WO2000079649A1 - Dispositif d'emission et/ou de reception de signaux - Google Patents

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WO2000079649A1
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circular
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Ali Louzir
Philippe Minard
Jean-François PINTOS
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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/29—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic

Definitions

  • the present invention relates to a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves, more particularly an antenna known by the term "printed antenna".
  • a “printed antenna” in English “microstrip antenna” will be called an antenna produced in so-called “microstrip” technology comprising a radiating element, typically a “patch”, a slot, etc., or a network of such elements, the number of elements depending on the gain sought.
  • This type of antenna is used in particular as a primary source at the focal point of a lens or a parabola.
  • printed antennas are increasingly used in many wireless communications systems (wireless local area networks, access networks whether terrestrial or satellite, etc.).
  • wireless communications systems wireless local area networks, access networks whether terrestrial or satellite, etc.
  • the object of the invention is to provide a device for receiving and / or transmitting signals comprising a high quality printed antenna of circular or linear polarization over an enlarged frequency band and over a wide angle sector.
  • the subject of the present invention is a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves comprising at least one radiating element for radiating a circular or linear polarization of given direction, characterized in that it comprises at least one dimensioning means and positioned in relation to the radiating element so that radiate, at the frequency of the radiating element, a circular or linear polarization in the opposite direction to that of the radiating element and the phase of which is adjusted to compensate for the crossed component of the radiating element.
  • the means dimension and positioned with respect to the radiating element so as to radiate, at the frequency of the radiating element, a circular or linear polarization of opposite direction to that of the radiating element and whose the phase is adjusted to compensate for the crossed component of the radiating element consisting of a radiating element of the traveling wave type such as a helix or a dielectric rod associated with polarizers.
  • FIG. 1 a and FIG. 1 b are views schematic in perspective of a network of a printed antenna constituted by a network of “patches” respectively according to the prior art and according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 schematically shows the total radiated field resulting from the radiation of the printed antenna and the helix, this total field being decomposed on an orthogonal base consisting of right and left circular polarizations
  • FIGS. 3a to 3e are schematic perspective views of different embodiments of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 5 is u no curve giving the ellipticity rate as a function of the frequency in the case of a printed network alone or of a network provided with means in accordance with the present invention
  • FIGS. 6a and 6b present the radiation diagram of the radiating elements respectively in the case of a single network and in the case of a network provided with means in accordance with the present invention
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 6 relate to a printed antenna adapted to transmit / receive a right or left circular polarization while the embodiment of the figure 7 relates to a printed antenna whose radiating elements can receive a circular polarization or a linear polarization.
  • FIG. 1a there is shown in perspective an embodiment of a printed antenna which can receive means according to the present invention. More specifically, on a substrate 1 of given permittivity, the underside of which is covered with a metal layer 2 forming a ground plane, a network of n “patches” has been produced, more particularly a network comprising four parallel branches of three "Patches” 3 1 f 3 ',, 3', 3 2 , 3 ' 2 , 3 " 2 , 3 3 , 3' 3 , 3" 3 , 3 4 , 3 ' 4 , 3 " 4 connected in series, l 'assembly being connected to a supply network referenced 4, made in microstrip technology.
  • the "patches” are designed and supplied to radiate and / or receive a wave with circular polarization.
  • the printed antenna thus produced radiates an imperfect circular polarization of given direction, as will be explained with reference to the Figure 2.
  • to improve the circular polarization is provided near the network of "patches” means sized and positioned relative to the network of "patches” so as to radiate at the frequency of the “patch” network, a circular polarization in the opposite direction to that of the “patch” network to compensate for the crossed component of the radiating element. These means will hereinafter be called means of compensation.
  • radiating elements of the traveling wave type are provided, more particularly propellers 4 1 t 4 2 , 4 3 , 5. ,, 4, 5 2 , 4 ' 2 , 5 3 , 4 "4" 2 , 4 " 3 which are planted, as shown in section AA, in the substrate 1 and are not connected to an excitation network.
  • the simplest method consists in connecting the network of propellers having a reverse circular polarization to that radiated by the network of “patches”, to an excitation circuit and to regulate the characteristics of the propellers so as to obtain a diagram of radiation identical to the radiation pattern of the network of “patches” to be compensated.
  • Rimprimée represents the field radiated by a printed antenna consisting of the network of "patches” alone. This radiated field has an unwanted cross component.
  • This crossed component radiated by the printed antenna excites the network of propellers which in turn radiates a Rhélice field whose phase is adjusted by rotation of the propeller around its axis so that it comes to oppose completely or partly to the cross component of the printed antenna, thereby improving the purity of the circular polarization radiated by the printed antenna.
  • FIG. 3a a radiating element of a printed antenna constituted by a "patch" 11 has been produced on a substrate 11.
  • the compensation means are constituted by a network of four propellers 12 17 12 2 , 12 3 , 12 4 planted in the substrate.
  • the radiation diagram of the propellers 12 1 f 12 2 , 12 3 , 12 4 was simulated, by connecting the propellers alone to an excitation network, and the propellers were designed in a known manner, so that their radiation pattern is equivalent to the radiation pattern of the "patch” and that their polarization is opposite to that of the patch network. Then, the propellers 12. ,, 12 2 , 12 3 , 12 4 were rotated around their axis so that their radiation comes to oppose the crossed component radiated by the "patch". On the other hand, in known manner, the “patch” 11 is connected by the line 13 made in microstrip technology to a supply circuit of known type.
  • FIG. 3b shows another embodiment of the printed antenna, namely a network of four “patches” 20 1? 20 2 , 20 3 , 20 4 connected to a supply circuit of known type.
  • the “patch” 20. is connected to the “patch” 20 4 by a microstrip line and the “patch” 20 2 is connected to the “patch” 20 3 by another microstrip line, the two lines being connected together and at the output of the supply circuit 30.
  • the compensation means consists of a propeller 21 positioned at the center of the network of the four "patches”. This propeller is dimensioned and rotated around its axis using the same principles as mentioned above.
  • FIG. 3d another embodiment of the present invention is shown.
  • the printed antenna consists of four networks of four “patches” of the type described in FIG. 3b.
  • the cross component of each “patch” is compensated for by helices positioned at the four corners of the “patch”. More specifically and as shown in FIG. 3d, the “patch” 1 1 is surrounded by the propellers 12 ⁇ 12 2 , 12 3 , 12 4 .
  • FIG. 3c represents another embodiment in which four networks of four “patches” of the type represented in FIG. 3b are used.
  • the means compensation is constituted by a propeller 21 positioned as in the case of Figure 3.
  • an additional propeller 22 is placed at point C center of the 4x4 network "patches”.
  • FIG. 3e An additional embodiment of a device according to the present invention is shown in Figure 3e.
  • the compensation means are constituted by a network of propellers.
  • the propellers are positioned in the middle of the sides of each "Patch".
  • the “patch” 40 is surrounded by four helices 41 ,, 41 2 , 41 3 , 41 4 placed respectively in the middle of each of the four sides, the “patch” 40 'is also surrounded by four propellers 41 2 41 5 , 41 6 , 41 7 and so on for the other “patches”.
  • the radiation patterns of the “patches” and of the propellers are obtained as mentioned above.
  • the adjustment of the amplitude and of the phase of the radiated field by the compensation means can be obtained by adjusting one or more of the elements below. -after:
  • a compensation element namely a means sized and positioned relative to the 'radiating element so as to radiate at the frequency of the radiating element a circular polarization in the opposite direction to that of the radiating element to compensate for the crossed component of the radiating element, in accordance with the present invention.
  • a printed antenna operating at 12 GHz. This printed antenna is formed by a network of four “patches” 102 ,, 102 2 , 102 3 , 102 4 produced on a substrate 100 provided on its underside with a metal layer 101 forming a ground plane. As shown in FIG.
  • the “patch” 102 and the “patch” 102 2 are connected together to the supply circuit produced in microstrip technology. More specifically, the “patch” 102, is connected to the point C by a length L1 while the “patch” 102 2 is connected to the point C by a length L2. Similarly, the “patch” 102 4 is connected to point C by a length L4 and the “patch” 102 3 is connected to point C by a length L3. The points C and C are connected to the input A of the supply circuit respectively by a length L5 and a length L6.
  • the compensation means is constituted by a radiating element of the traveling wave type, more particularly by a propeller 103 which is planted in the substrate at the center of the network, namely symmetrically with respect to the four "patches” 102 ,, 102 2 , 102 3 , 102 4 .
  • a radiating element of the traveling wave type more particularly by a propeller 103 which is planted in the substrate at the center of the network, namely symmetrically with respect to the four "patches" 102 ,, 102 2 , 102 3 , 102 4 .
  • the ellipticity rate is represented as a function of the frequency of the printed antenna of FIG. 4.
  • the frequency band of the printed antenna goes from 430 MHz, in the absence of the propeller, to 628 MHz in the presence of a correctly sized propeller.
  • the increase in the frequency bandwidth of the network provided by the parasitic propeller in the case of this particular embodiment is 46%.
  • FIGS. 6a and 6b show the improvement in the quality of the circular polarization as a function of the angle of observation relative to the main direction of the beam. This is given by the radiation diagrams of the printed network in the presence of a parasitic helix, namely FIG. 6b and in the absence of the parasitic helix, see FIG. 6a. These radiation diagrams show a marked improvement in the quality of circular polarization in a large area of angles.
  • FIG. 7 shows another embodiment of the compensation means.
  • the printed antenna is constituted in a known manner by a network of “patches” 112 ,, 112 2 produced on a substrate 110 provided with a ground plane 111.
  • This “patch” network can radiate a linear (for example horizontal linear) or circular (for example straight circular) polarization.
  • a radiating element of the traveling wave type constituted by a dielectric rod 114 also called polyrod in English, mounted in a base 113.
  • the polyrod is dimensioned to radiate a polarization orthogonal to that of the patch network (in this case vertical linear in the case of a linear polarization or left circular in the case of a circular polarization). Simulations carried out with a device of this type have shown that the unwanted crossed component radiated by the network of “patches” excites the polyrod which in turn radiates a field whose phase can be adjusted so that it comes s oppose in whole or in part to the crossed component of the printed antenna thus improving the purity of the circular polarization radiated by the antenna.
  • the invention makes it possible to obtain a printed antenna radiating a wave with circular or linear polarization over a widened frequency band.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques comprenant au moins un élément rayonnant pour rayonner une polarisation circulaire de sens donné, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen dimensionné et positionné par rapport à l'élément rayonnant de manière à rayonner, à la fréquence de l'élément rayonnant, une polarisation circulaire de sens opposé à celle de l'élément rayonnant pour compenser la composante croisée de l'élément rayonnant 1021, 1022, 1023, 1024. L'invention s'applique plus particulièrement aux antennes imprimées fonctionnant en polarisation circulaire.

Description

DISPOSITIF D'EMISSION ET/OU DE RECEPTION DE SIGNAUX
La présente invention concerne un dispositif d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques, plus particulièrement une antenne connue sous le terme « antenne imprimée ».
Dans tout ce qui suit, on appellera « antenne imprimée » (en anglais « microstrip antenna ») une antenne réalisée en technologie dite « microstrip » comprenant un élément rayonnant, typiquement un « patch », une fente, etc, ou un réseau de tels éléments, le nombre d'éléments dépendant du gain recherché. Ce type d'antenne est utilisé notamment comme source primaire au foyer d'une lentille ou d'une parabole,.
Grâce à leur légèreté, leur planéité, la flexibilité de conception qu'elles offrent, la facilité de leur intégration à l'intérieur de nombreux équipements électroniques, la compatibilité de leur fabrication avec des techniques éprouvées de réalisation en grand volume de circuits imprimés et finalement leur faible coût de revient, les antennes imprimées sont de plus en plus utilisées dans de nombreux systèmes de communications sans fil (réseaux locaux sans fil, réseaux d'accès qu'ils soient terrestres ou par satellite, etc.). Or, dans de nombreuses applications, il peut être avantageux et/ou nécessaire d'utiliser la polarisation circulaire pour les antennes d'émission / réception.
Toutefois, les antennes imprimées sont mieux adaptées pour émettre/recevoir une onde à polarisation linéaire. Ainsi, pour émettre/recevoir de la polarisation circulaire avec des antennes imprimées, plusieurs techniques ont été mises en oeuvre. Ces techniques sont décrites, par exemple, dans le « Handbook of Microstrip Antennas » edited by JR James & PS Hall ; published by : Peter Peregrinus Ltd., London, United Kingdom - ISBN 0 86341 150 9. En particulier, le chapitre 4 : Circular polarisation and bandwith, pp. 219 -274. Ces techniques consistent essentiellement à exciter simultanément deux ondes à polarisation linéaire déphasées de 90°. De ce fait, la qualité de la polarisation circulaire qui peut être quantifiée par le taux d'ellipticité (« Axial ratio » en langue anglaise) de l'onde rayonnée ou reçue par l'antenne ne peut être obtenue que sur une bande de fréquence étroite.
Des solutions pour élargir la bande de fréquences telles que l'usage d'un coupleur hybride associé à un élément rayonnant ou l'usage de la technique de la rotation séquentielle dans le cas d'un réseau (Voir
« application of sequential feeding to wide bandwith, circularly polarised microstrip patch arrays » P. S. Hall, IEE Proceedings, Vol. 136, Pt. H, N° 5,
October 1989) permettent d'élargir cette bande de fréquence.
Cependant, il n'est pas toujours possible de mettre en oeuvre ces solutions.
De plus : - pour certaines applications, les largeurs de bande obtenues avec ces techniques restent insuffisantes, - dans le cas de l'usage de la rotation séquentielle, la qualité de la polarisation circulaire se dégrade assez rapidement dès que l'on s'écarte de la direction principale du faisceau. Ceci pose un problème, par exemple, pour une antenne-source utilisée pour l'éclairement d'une parabole ou d'une lentille.
L'objet de l'invention est de proposer un dispositif de réception et/ou d'émission de signaux comprenant une antenne imprimée de haute qualité de polarisation circulaire ou linéaire sur une bande de fréquence élargie et sur un large secteur d'angle.
Ainsi, la présente invention a pour objet un dispositif d'émission et/ou réception d'ondes électromagnétiques comprenant au moins un élément rayonnant pour rayonner une polarisation circulaire ou linéaire de sens donné, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen dimensionne et positionné par rapport à l'élément rayonnant de manière à rayonner, à la fréquence de l'élément rayonnant, une polarisation circulaire ou linéaire de sens opposé à celle de l'élément rayonnant et dont la phase est ajustée pour compenser la composante croisée de l'élément rayonnant. Selon un mode de réalisation préférentiel, le moyen dimensionne et positionné par rapport à l'élément rayonnant de manière à rayonner, à la fréquence de l'élément rayonnant, une polarisation circulaire ou linéaire de sens opposé à celle de l'élément rayonnant et dont la phase est ajustée pour compenser la composante croisée de l'élément rayonnant est constitué par un élément rayonnant du type à ondes progressives tel qu'une hélice ou une tige diélectrique associée à des polariseurs.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : la figure 1 a et la figure 1 b sont des vues schématiques en perspective d'un réseau d'une antenne imprimée constituée par un réseau de « patchs » respectivement selon l'art antérieur et selon un mode de réalisation de la présente invention, la figure 2 montre schématiquement le champ rayonné total résultant du rayonnement de l'antenne imprimée et de l'hélice, ce champ total étant décomposé sur une base orthogonale constituée des polarisations circulaires droite et gauche, les figures 3a à 3e sont des vues en perspective schématique de différents modes de réalisation de la présente invention, la figure 4 est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, la figure 5 est une courbe donnant le taux d'ellipticité en fonction de la fréquence dans le cas d'un réseau imprimé seul ou d'un réseau muni de moyens conformément à la présente invention, les figures 6a et 6b présentent le diagramme de rayonnement des éléments rayonnants respectivement dans le cas d'un réseau seul et dans le cas d'un réseau muni de moyens conformes à la présente invention, et la figure 7 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation de la présente invention.
Dans les figures, pour simplifier la description, les mêmes éléments portent les mêmes références. D'autre part, la présente invention sera décrite en se référant à une antenne comprenant un élément rayonnant tel qu'un « patch » ou un réseau de « patchs ». Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut s'appliquer à tous types d'antennes imprimées, à savoir des antennes dans lesquelles les éléments rayonnants peuvent être aussi constitués par une fente, un réseau de fentes, un dipole ou un réseau de dipoles, etc.. D'autre part, dans la description, les figures 1 à 6 concernent une antenne imprimée adaptée pour émettre/recevoir une polarisation circulaire droite ou gauche tandis que le mode de réalisation de la figure 7 concerne une antenne imprimée dont les éléments rayonnants peuvent recevoir une polarisation circulaire ou une polarisation linéaire.
Sur la figure 1a, on a représenté en perspective un mode de réalisation d'une antenne imprimée qui peut recevoir des moyens conformes à la présente invention. De manière plus spécifique, sur un substrat 1 de permittivité donnée dont la face inférieure est recouverte d'une couche métallique 2 formant plan de masse, a été réalisé un réseau de n « patchs », plus particulièrement un réseau comportant quatre branches parallèles de trois « patchs » 31 f 3',, 3' , 32, 3'2, 3"2, 33, 3'3, 3"3, 34, 3'4, 3"4 montés en série, l'ensemble étant connecté à un réseau d'alimentation référencé 4, réalisé en technologie microruban.
De manière connue, les « patchs » sont conçus et alimentés pour rayonner et/ou recevoir une onde à polarisation circulaire. Toutefois, dans ce cas, l'antenne imprimée ainsi réalisée rayonne une polarisation circulaire imparfaite de sens donné, comme cela sera expliqué avec référence à la figure 2. Aussi, conformément à la présente invention et comme représenté sur la figure 1b, pour améliorer la polarisation circulaire, on prévoit près du réseau de « patchs » des moyens dimensionnés et positionnés par rapport au réseau de « patchs » de manière à rayonner à la fréquence du réseau de « patchs », une polarisation circulaire de sens opposé à celle du réseau de « patchs » pour compenser la composante croisée de l'élément rayonnant. Ces moyens seront appelés ci-après moyens de compensation. Ainsi, comme représenté sur la figure 1b, on prévoit des éléments rayonnants du type à ondes progressives, plus particulièrement des hélices 41 t 42, 43, 5.,, 4 , 52, 4'2, 53, 4" 4"2, 4"3 qui sont plantées, comme montré sur la coupe AA,dans le substrat 1 et ne sont pas connectées à un réseau d'excitation.
Il est connu de l'homme de l'art qu'une hélice correctement dimensionnée fonctionne en mode axial et reçoit ou émet naturellement une polarisation circulaire. Le sens de cette polarisation circulaire ( gauche ou droite ) dépend du sens d'enroulement de l'hélice.
Dans le cadre de la présente invention, il est important que l'ensemble des hélices ou autres éléments rayonnants du type à ondes progressives donnant une polarisation circulaire présente un diagramme de rayonnement sensiblement équivalent au diagramme de rayonnement du réseau de « patchs ». En conséquence, différents procédés peuvent être utilisés pour calculer le diagramme de rayonnement du réseau d'hélices utilisé comme moyen de compensation. Ainsi, le procédé le plus simple consiste à connecter le réseau d'hélices ayant une polarisation circulaire inverse à celle rayonnée par le réseau de « patchs », à un circuit d'excitation et à régler les caractéristiques des hélices de manière à obtenir un diagramme de rayonnement identique au diagramme de rayonnement du réseau de « patchs » à compenser. Ensuite, pour que le rayonnement de l'hélice vienne s'opposer à la composante croisée rayonnée par le réseau de « patchs », il faut ajuster sa phase en tournant les hélices autour de leurs axes. La compensation obtenue en utilisant une hélice est représentée sur la figure 2. Sur cette figure, Rimprimée représente le champ rayonné par une antenne imprimée constituée du réseau de « patchs » seuls. Ce champ rayonné présente une composante croisée non désirée. Cette composante croisée rayonnée par l'antenne imprimée excite le réseau d'hélices qui rayonne à son tour un champ Rhélice dont la phase est ajustée par rotation de l'hélice autour de son axe de manière qu'il vienne s'opposer en totalité ou en partie à la composante croisée de l'antenne imprimée, améliorant ainsi la pureté de la polarisation circulaire rayonnée par l'antenne imprimée. En effet, le champ rayonné en présence de l'hélice est tel que Rtotal = Rimprimée + Rhélice comme représenté sur la figure 2. On décrira maintenant avec référence aux figures 3a à 3e différents modes de réalisation d'un dispositif conforme à la présente invention. Comme représenté sur la figure 3a, sur un substrat 10 a été réalisé un élément rayonnant d'une antenne imprimée constituée par un « patch » 11. Conformément à la présente invention, dans ce cas les moyens de compensation sont constitués par un réseau de quatre hélices 1217 122, 123, 124 plantées dans le substrat. Comme expliqué ci-dessus, le diagramme de rayonnement des hélices 121 f 122, 123, 124 a été simulé, en connectant les hélices seules à un réseau d'excitation, et les hélices ont été conçues de manière connue, de telle sorte que leur diagramme de rayonnement soit équivalent au diagramme de rayonnement du « patch » et que leur polarisation soit opposée à celle du réseau de patchs.. Ensuite, les hélices 12.,, 122, 123, 124ont été tournées autour de leur axe de manière à ce que leur rayonnement vienne s'opposer à la composante croisée rayonnée par le « patch ». D'autre part, de manière connue, le « patch » 11 est connecté par la ligne 13 réalisée en technologie microruban à un circuit d'alimentation de type connu.
Sur la figure 3b, on a représenté un autre mode de réalisation de l'antenne imprimée, à savoir un réseau de quatre « patchs » 201 ? 202, 203, 204 connectés à un circuit d'alimentation de type connu. Ainsi, le « patch » 20., est connecté au « patch » 204 par une ligne microruban et le « patch » 202 est connecté au « patch » 203 par une autre ligne microruban, les deux lignes étant reliées ensemble et à la sortie du circuit d'alimentation 30. Dans ce cas, conformément à la présente invention, le moyen de compensation est constitué par une hélice 21 positionnée au centre du réseau des quatre « patchs ». Cette hélice est dimensionnée et tournée autour de son axe en utilisant les mêmes principes que mentionnés ci-dessus.
Sur la figure 3d, on a représenté un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans ce cas, l'antenne imprimée est constituée par quatre réseaux de quatre « patchs » du type de celui décrit à la figure 3b. Dans le mode de réalisation de la figure 3d, la composante croisée de chaque « patch » est compensée par des hélices positionnées aux quatre coins du « patch ». De manière plus spécifique et comme représenté sur la figure 3d, le « patch » 1 1 est entouré des hélices 12^ 122, 123, 124. De même, le « patch » 1 1 ' est entouré des hélices 122, 125, 123, 126 et le « patch » 11" est entouré des hélices 124, 123, 127, 128, ces hélices étant positionnées comme mentionné ci-dessus, aux quatre coins de chaque « patch », avec des hélices communes pour les « patchs » adjacents. Dans ce cas aussi, les diagrammes de rayonnement du réseau de « patchs » et des hélices constituant le moyen de compensation doivent être sensiblement équivalents et sont calculés comme mentionné ci-dessus. La figure 3c représente un autre mode de réalisation dans lequel on utilise quatre réseaux de quatre « patchs » du type de celui représenté à la figure 3b. Dans ce cas, le moyen de compensation est constitué par une hélice 21 positionnée comme dans le cas de la figure 3b. De plus, une hélice supplémentaire 22 est placée au point C centre du réseau de 4x4 « patchs ».
Un mode supplémentaire de réalisation d'un dispositif conforme à la présente invention est représenté sur la figure 3e. Dans ce cas, sur un substrat 10 ont été réalisés quatre réseaux de quatre « patchs » du type de celui représenté à la figure 3b. Dans le mode de réalisation de la figure 3e, les moyens de compensation sont constitués par un réseau d'hélices. Toutefois, les hélices sont positionnées au milieu des côtés de chaque « patch ». Ainsi, de manière plus spécifique, le « patch » 40 est entouré de quatre hélices 41,, 412, 413, 414 placées respectivement au milieu de chacun des quatre côtés, le « patch » 40' est lui aussi entouré de quatre hélices 412 415, 416, 417 et ainsi de suite pour les autres « patchs ». Les diagrammes de rayonnement des « patchs » et des hélices sont obtenus comme mentionné ci-dessus.
De manière plus générale, dans les circuits décrits ci-dessus, l'ajustement de l'amplitude et de la phase du champ rayonné par les moyens de compensation, peut être obtenu par l'ajustement de l'un ou de plusieurs des éléments ci-après :
- Le niveau de couplage de ou des hélices à l'antenne imprimée.
- La directivité de celle-ci.
- La longueur de la tige support et/ou de la charge en bout de l'hélice. - La position des hélices.
- La rotation angulaire des hélices par rapport à leur axe.
On décrira maintenant avec référence aux figures 4, 5 et 6 un mode de réalisation particulier d'un dispositif d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques comprenant un élément de compensation, à savoir un moyen dimensionne et positionné par rapport à l'élément rayonnant de manière à rayonner à la fréquence de l'élément rayonnant une polarisation circulaire de sens opposé à celle de l'élément rayonnant pour compenser la composante croisée de l'élément rayonnant, conforme à la présente invention. Sur la figure 4, on a représenté une antenne imprimée fonctionnant à 12 GHz. Cette antenne imprimée est constituée par un réseau de quatre « patchs » 102,, 1022, 1023, 1024 réalisés sur un substrat 100 muni sur sa face inférieure d'une couche métallique 101 formant plan de masse. Comme représenté sur la figure 4, le « patch » 102, et le « patch » 1022 sont connectés ensemble au circuit d'alimentation réalisé en technologie microruban. De manière plus spécifique, le « patch » 102, est connecté au point C par une longueur L1 tandis que le « patch » 1022 est connecté au point C par une longueur L2. De manière identique, le « patch » 1024 est connecté au point C par une longueur L4 et le « patch » 1023 est connecté au point C par une longueur L3. Les points C et C sont connectés à l'entrée A du circuit d'alimentation respectivement par une longueur L5 et une longueur L6. Les quatre « patchs » 102,, 1022, 1023, 1024 formant un réseau séquentiel, les différentes longueurs L1 , L2, L3, L4 ainsi que L5 et L6 ont des dimensions bien connues de l'homme de l'art de manière à obtenir les déphasages nécessaires sur les différents « patchs » . Les équations donnant ces longueurs ne seront pas redonnées ci-après. Conformément à la présente invention, le moyen de compensation est constitué par un élément rayonnant du type à ondes progressives, plus particulièrement par une hélice 103 qui est plantée dans le substrat au centre du réseau, à savoir symétriquement par rapport aux quatre « patchs » 102,, 1022, 1023, 1024. Sur la figure 5, on a représenté le taux d'ellipticité en fonction de la fréquence de l'antenne imprimée de la figure 4. Ainsi, dans ce cas, pour un taux d'ellipticité maximum fixé à 2dB, la bande de fréquences de l'antenne imprimée passe de 430 MHz, en l'absence de l'hélice, à 628 MHz en présence d'une hélice correctement dimensionnée. L'augmentation de la largeur de bande de fréquences du réseau apportée par l'hélice parasite dans le cas de cette réalisation particulière est de 46 %. D'autre part, les figures 6a et 6b montrent l'amélioration de la qualité de la polarisation circulaire en fonction de l'angle d'observation par rapport à la direction principale du faisceau. Ceci est donné par les diagrammes de rayonnement du réseau imprimé en présence d'une hélice parasite, à savoir figure 6b et en l'absence de l'hélice parasite, voir figure 6a. Ces diagrammes de rayonnement mettent en évidence une amélioration nette de la qualité de la polarisation circulaire dans un large secteur d'angles.
Sur la figure 7, on a représenté un autre mode de réalisation du moyen de compensation. Dans ce cas, l'antenne imprimée est constituée de manière connue par un réseau de « patchs » 112,, 1122 réalisé sur un substrat 110 muni d'un plan de masse 111. Ce réseau de « patch » peut rayonner une polarisation linéaire (par exemple linéaire horizontale) ou circulaire (par exemple circulaire droite). Au milieu du réseau de « patchs » 112,, 1122 a été positionnée un élément rayonnant du type à ondes progressives constitué par une tige diélectrique 114 appelée aussi polyrod en langue anglaise, montée dans un culot 113. Le polyrod est dimensionne pour rayonner une polarisation orthogonale à celle du réseau de patchs ( en l'occurrence linéaire verticale dans le cas d'une polarisation linéaire ou circulaire gauche dans le cas d'une polarisation circulaire ). Les simulations réalisées avec un dispositif de ce type ont montré que la composante croisée non désirée rayonnée par le réseau de « patchs » excite le polyrod qui rayonne à son tour un champ dont la phase peut être ajustée de manière à ce qu'il vienne s'opposer en totalité ou en partie à la composante croisée de l'antenne imprimée améliorant ainsi la pureté de la polarisation circulaire rayonnée par l'antenne.
Ainsi, l'invention permet d'obtenir une antenne imprimée rayonnant une onde à polarisation circulaire ou linéaire sur une bande de fréquences élargie.
De plus, dans le cas d'une polarisation circulaire, son utilisation avec la technique de la rotation séquentielle permet en plus de l'élargissement de la bande de fréquences, d'améliorer la qualité de la polarisation circulaire pour des angles différents de la direction principale du faisceau.
Sa mise en œuvre est peu coûteuse. Elle offre une grande flexibilité d'ajustement.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques comprenant au moins un élément rayonnant
(3,11 ,20,40,102,112) pour rayonner une polarisation circulaire ou linéaire de sens donné, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen (4,5,12,21 ,22,41 ,103,114) dimensionne et positionné par rapport à l'élément rayonnant de manière à rayonner, à la fréquence de l'élément rayonnant, une polarisation circulaire ou linéaire de sens opposé à celle de l'élément rayonnant et dont la phase est ajustée pour compenser la composante croisée de l'élément rayonnant.
2 - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément rayonnant est un élément rayonnant d'une antenne dite
« imprimée ».
3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément rayonnant est constitué par un « patch », une fente, un dipole ou un réseau de n « patchs », de n dipoles ou de n fentes, l'élément étant excité de manière à obtenir une polarisation circulaire ou linéaire de sens donné.
4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen dimensionne et positionné par rapport à l'élément rayonnant de manière à rayonner, à la fréquence de l'élément rayonnant, une polarisation circulaire ou linéaire de sens opposé à celle de l'élément rayonnant et dont la phase est ajustée pour compenser la composante croisée de l'élément rayonnant est constitué par un élément rayonnant du type à ondes progressives. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément rayonnant du type à ondes progressives est choisi parmi les hélices et les tiges diélectriques associées à des polariseurs .
6 - Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les éléments rayonnants du type à ondes progressives sont positionnés symétriquement par rapport aux éléments rayonnants de l'antenne.
7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments rayonnants du type à ondes progressives sont positionnés aux quatre coins de ou des élément(s) rayonnant(s) du dispositif d'émission/réception.
8 - Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que, lorsque le dispositif d'émission/réception est constitué par un réseau de n éléments rayonnants, les éléments rayonnants du type à ondes progressives sont positionnés au centre du réseau.
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