WO2011051403A1 - Antenne a resonateur dielectrique a double polarisation - Google Patents

Antenne a resonateur dielectrique a double polarisation Download PDF

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WO2011051403A1
WO2011051403A1 PCT/EP2010/066399 EP2010066399W WO2011051403A1 WO 2011051403 A1 WO2011051403 A1 WO 2011051403A1 EP 2010066399 W EP2010066399 W EP 2010066399W WO 2011051403 A1 WO2011051403 A1 WO 2011051403A1
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antenna
line
dielectric resonator
axis
substrate
Prior art date
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PCT/EP2010/066399
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English (en)
Inventor
Rohith Kunnath Raj
Stéphane THURIES
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Axess Europe
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0485—Dielectric resonator antennas

Definitions

  • the invention relates to a dual polarization dielectric resonator antenna.
  • the invention also relates to a network antenna consisting of elementary antennas arranged in the form of N lines and M columns, each elementary antenna of the network antenna being a double polarization dielectric resonator antenna according to the invention.
  • An application field of the antenna of the invention is to transmit / receive signals from a satellite to mobile platforms such as, for example, planes, trains, boats, etc.
  • the antenna of the invention is intended to be used in phased array antennas.
  • the phased array antennas use the principle of semi-electronic scanning in which a small fraction of the angular variation of the transmitted wave is effected by electronic scanning, the remainder of the variation being performed by mechanical means.
  • a limitation of the sweep is due to the geometry of the pattern of the radiating element.
  • Phase controlled array antennas have been developed that use planar microstrip antennas with printed dipoles.
  • the gain of a planar microstrip antenna with printed dipoles decreases when the scanning angle deviates from the direction perpendicular to the axis of the dipoles. This results in a decrease in the equivalent isotropically radiated power for large scanning angles.
  • Mechanical devices are then designed to tilt the structure of the antenna.
  • the microstrip antennas are inherently low bandwidth because of the very high Q factor of the resonators. This is another disadvantage.
  • the dual polarized dielectric resonator antenna of the invention does not have the disadvantages of the antennas mentioned above.
  • the invention relates to a dual polarization antenna comprising:
  • microstrip substrate having a first face covered with a metallization and a second face, opposed to the first face, covered with two microstrip lines having axes substantially perpendicular to each other, an etching being practiced in the metallization, the etching having a rectangle-shaped cross section having a large side and a small side the projection, on the second face, of the axis of symmetry of the rectangle which is parallel to the long side being substantially aligned with the axis of a first line of the two lines;
  • a dielectric resonator having the shape of a cylinder of revolution fixed, substantially centered, on the etching made in the metallization, the axis of the first line and the axis of the second line having a point of intersection on the axis of the cylinder of revolution, a first end of the first line forming a first port of the antenna and a first end of the second line forming a second port of the antenna;
  • an electrically conductive linear element having an axis substantially parallel to the axis of revolution of the cylinder, the electrically conductive linear element being placed in contact with the dielectric resonator and being electrically connected to a second end of the first line, via a hole formed in the substrate, on the side of the first face, a second end of the second line being substantially beyond the etching, the length of the second line between its first and second ends being substantially equal to a quarter of the wavelength of a wave whose frequency is the center frequency of a band of use of the antenna.
  • two additional parallel linear engravings are made at the ends of the rectangle-shaped engraving, so as to constitute, with the rectangle-shaped engraving, an "H" -shaped engraving. .
  • FIG. 1 represents a perspective view of a dielectric resonator antenna according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents a view from below of the dielectric resonator antenna according to the first embodiment of the invention
  • FIGS. 3A, 3B, 3C show, respectively, a view from above (FIG. 3A) and two side views (FIGS. 3B and 3C) of the dielectric resonator antenna according to the first embodiment of the invention;
  • FIGS. 4A and 4B illustrate the parameters in reflection and in transmission, commonly called S parameters, of an antenna according to the invention which works, respectively, in transmission and in reflection;
  • FIGS. 5A and 5B show, respectively, the distribution of the signal emitted in the plane E and in the plane H of an antenna according to the invention when a first port of the antenna is excited;
  • FIGS. 6A and 6B show, respectively, the distribution of the signal emitted in the plane E and in the plane H, when a second port of the antenna is excited;
  • FIG. 7 represents a perspective view of a dielectric resonator antenna according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 8 represents a view from above of a dielectric resonator antenna according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 9 represents the parameters S in reflection of an antenna according to the second embodiment of the invention.
  • Figure 10 shows an example of a network antenna of the invention.
  • FIG. 1 represents a perspective view of a dielectric resonator antenna according to a first variant of a first embodiment of the invention and FIG. 2 represents a view from below of the antenna represented in FIG.
  • the antenna comprises a dielectric substrate 1, a dielectric resonator 2 having the shape of a cylinder of revolution and an electrically conductive rod 3 of very small diameter.
  • the dielectric resonator 2 is fixed on the substrate 1, for example by gluing.
  • the face of the substrate 1 on which the dielectric resonator is fixed is entirely covered with a metallization layer M, with the exception of an H-shaped etched area.
  • the dielectric resonator 2 fixed on the substrate 1 covers the etched area devoid of metallization substantially centrally, that is to say so that the center of the etched area is placed substantially opposite the center of the face of the dielectric resonator which is fixed on the substrate.
  • the face of the substrate which is opposed to the face on which the dielectric resonator is fixed is not covered with any particular material, with the exception of two conductive lines L1, L2 whose axes are perpendicular and intersect at a point located on the axis of the cylinder formed by the dielectric resonator.
  • the projection of the horizontal bar of the H, on the face of the substrate where the lines L1 and L2 are engraved, is substantially aligned with the axis of the line L1.
  • a first end of the line L1 constitutes a first port PI of the antenna and a first end of the line L2 constitutes a second port P2 of the antenna.
  • the line L2 has a second end in an open circuit and its length is substantially equal to a quarter of the wave length of a wave whose frequency is the central frequency of the band of use of the antenna.
  • An opening 5 is made in the substrate 1, on the side of the face covered with the metallization M and the electrically conductive rod 3 is placed in the opening 5 so that a first of its ends is brought into electrical contact, for example by welding , with a second end of the line L1.
  • the opening 5 is formed in the substrate 1 so that, once the rod 3 and the resonator 2 are fixed, the rod 3 and the resonator 2 are in contact with each other.
  • the electrically conductive rod 3 is, for example, made of copper, gold, etc.
  • the dielectric substrate 1 is, for example, ROGER 4003 C material of relative dielectric constant equal to 3.38. Other materials may also be used, such as, for example, alumina, aluminum nitride, low temperature co-fired ceramics, and the like.
  • the thickness of the substrate 1 is, for example, equal to 0.813 mm.
  • the dielectric resonator 2 is made, for example, of aluminum nitride AIN.
  • FIGS. 3A, 3B, 3C show, respectively, a view from above (FIG. 3A) and two side views (FIGS. 3B and 3C) of the dielectric resonator antenna according to the first embodiment of the invention.
  • Figures 3A, 3B, 3C illustrate the geometry of the antenna with reference to the dimensions of the various elements that constitute it. Numerical values of these dimensions are specified, by way of example, in the two tables below for, on the one hand, reception operation (frequency band 10.7 GHz - 12.75 GHz; see Table 1) and on the other hand, transmission operation (14 GHz - 14.5 GHz frequency band, see Table 2).
  • the substrate is made in the dielectric material of relative dielectric constant equal to 3.38 mentioned above and the dielectric resonator is made of aluminum nitride (AIN) of constant relative dielectric equal to 8. All dimensions are given in millimeters.
  • - A and B are the dimensions of the sides of the substrate 1;
  • - D is the length of the two vertical bars of H
  • - E is the distance between the two vertical bars of the H
  • - G is the width of the horizontal bar of H
  • H is the length of the second line L1;
  • I is the thickness of the substrate 1
  • - J is the height of the conductive rod 3 taken from the face of the substrate 1 where are engraved lines L1 and L2;
  • K is the diameter of the rod 3
  • L is the width of lines L1 and L2;
  • M is the diameter of the dielectric resonator 2
  • N is the height of the dielectric resonator 2
  • the lines L1 and L2 are respectively connected to the ports PI and P2 of the antenna.
  • a first end of the line L1 thus constitutes the PI port of the antenna and a first end of the line L2 constitutes the port P2.
  • the lines L1 and L2 are perpendicular to each other to obtain the two vertical and horizontal linear polarizations.
  • In transmission at least one of the two ports PI, P2 is excited by an emission signal according to the polarization or polarizations that it is desired to transmit.
  • reception the signals received on the ports PI and P2 are transmitted to the processing circuits.
  • the line L1 connects the port PI to an excitation element 3 which has the shape of an electrically conductive rod.
  • the port PI is connected to an excitation element which is a vertical conductive line printed on the dielectric resonator 2.
  • a connection between the line L1 and the conductive line printed on the dielectric resonator is then carried out by a conductive wire wherein a first side is welded to the line L1 and a second side welded to the printed line on the dielectric resonator.
  • FIGS. 4A and 4B show, respectively, the parameters S of an antenna designed for reception and the parameters S of an antenna designed for transmission according to the first variant of the first embodiment of the invention.
  • the curves Cla, C2a and C3a of FIG. 4A represent, respectively as a function of frequency and expressed in decibels, the reflection coefficient Slla of the port PI, the reflection coefficient S22a of the port P2 and the transmission coefficient S21a of the port PI to the P2 port of the receiving antenna.
  • 4B represent, respectively as a function of frequency and expressed in decibels, the reflection coefficient S11b of the port PI, the reflection coefficient S22b of the port P2 and the transmission coefficient S21b of the port PI to the P2 port of the transmitting antenna.
  • the reception band is between 10.7GHZ and 12.75GHz and the transmission band between 14GHz and 14.5GHz.
  • the coefficient Slla is less than -10 dB, the coefficient S22a less than -16 dB and the coefficient S21a less than -42 dB.
  • the reflection coefficient S11b is between -14dB and -20dB, the reflection coefficient S22b between -22dB and -18dB and the transmission coefficient S21b less than -40dB. The skilled person can see the quality of the results obtained.
  • FIGS. 5A and 5B show, respectively, in decibels, the distribution of the signal emitted in the plane E and in the plane H of a transmitting antenna according to the invention when the PI port of the antenna is excited and the FIGS. 6A and 6B show, respectively, in decibels, the distribution of the signal emitted in the plane E and in the plane H of a transmitting antenna according to the invention when the port P2 of the antenna is excited.
  • the plane E and the plane H are respectively the plane containing the electric field vector and the maximum radiation direction and the plane containing the magnetic field vector and the maximum radiation direction. It appears that the antenna emits a wave having radiation with wide angular aperture on the two ports PI, P2. The angular aperture can be further improved at the sequential rotation scanning antenna. The difference in gain that exists between the two ports is taken into account to generate the polarization state of the wave that is emitted.
  • Figures 7 and 8 show, respectively, a perspective view and a top view of a dielectric resonator antenna according to a second embodiment of the invention.
  • the Substrate 1 is made of low temperature co-fired ceramic, also called LTCC ceramic material (LTCC for "Low Temperature Co-fired Ceramic"), for example Ferro A6M, and the opening 4 etched in the ground plane has a cross-section in rectangle shape having a large side and a small side.
  • the projection, on the face where the lines L1 and L2 are engraved, of the axis of symmetry of the rectangle which is parallel to the long side of the rectangle is substantially aligned with the axis of the line L1.
  • the large side of the rectangle is, for example, substantially equal to two-thirds of the diameter of the dielectric resonator and the short side of the rectangle, for example, at half the width of lines L1 and L2.
  • FIG. 9 represents the parameters of a reception antenna according to the second embodiment of the invention.
  • the curves C1c, C2c and C3c of FIG. 9 represent, respectively as a function of frequency and expressed in decibels, the reflection coefficient S11c of the port PI, the reflection coefficient S22c of the port P2 and the transmission coefficient S21c of the port PI to the P2 port of the receiving antenna. It appears that, in the reception band, the reflection coefficients S11c and S22c are lower, or even much lower, at -10 dB and that the isolation between the ports PI and P2 is very much less than -40 dB. Whatever the embodiment of the invention, it is a particularly advantageous feature of the invention to provide a dielectric resonator antenna with double polarization whose insulation coefficient between ports is very low (less than -40dB ).
  • FIG 10 shows an example of a network antenna of the invention.
  • the network antenna consists of a matrix of 9 x 9 elementary antennas with dielectric resonator and double polarization according to the invention.
  • the 9 x 9 elementary antennas share the same dielectric substrate 1 and are mounted on the same support S.
  • the PI and P2 ports of each elementary antenna are respectively connected to electrical connectors K1 and K2 positioned on the same side of the antenna array .

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention concerne une antenne à double polarisation comprenant: un substrat microruban (1) recouvert, sur une première face, d'une métallisation (M) et, sur une face opposée à la première face, de deux lignes microruban; un résonateur diélectrique (2) ayant la forme d'un cylindre de révolution fixé sur une gravure (4) pratiquée dans le substrat, une première extrémité d'une première des deux lignes microruban formant un premier port de l'antenne et une première extrémité de la deuxième ligne microruban formant un deuxième port de l'antenne; et un élément linéaire électriquement conducteur (3) placé au contact du résonateur diélectrique et relié à une deuxième extrémité de la première ligne (L1), via un trou (5) formé dans le substrat (1), une deuxième extrémité de la deuxième ligne (L2) étant sensiblement à la verticale de la gravure.

Description

ANTENNE A RÉSONATEUR DIÉLECTRIQUE
A DOUBLE POLARISATION
DESCRIPTION
Domaine technique et art antérieur
L' invention concerne une antenne à résonateur diélectrique à double polarisation. L' invention concerne également une antenne réseau constituée d'antennes élémentaires disposées sous la forme de N lignes et M colonnes, chaque antenne élémentaire de l'antenne réseau étant une antenne à résonateur diélectrique à double polarisation selon 1 ' invention .
Un domaine d'application de l'antenne de l'invention est d'émettre/recevoir des signaux à partir d'un satellite vers des plateformes mobiles telles que, par exemple, des avions, des trains, des bateaux, etc.
L'antenne de l'invention est destinée à être utilisée dans les antennes réseau à commande de phase. Les antennes réseau à commande de phase utilisent le principe du balayage semi-électronique dans lequel une petite fraction de la variation angulaire de l'onde émise est effectuée par balayage électronique, le reste de la variation étant effectuée par des moyens mécaniques. Une limitation du balayage est due à la géométrie du motif de l'élément rayonnant.
Des antennes réseau à commande de phase ont été développées qui utilisent des antennes planaires microruban à dipôles imprimés. Le gain d'une antenne planaire microruban à dipôles imprimés diminue quand l'angle de balayage dévie de la direction perpendiculaire à l'axe des dipôles. Il en résulte une diminution de la puissance isotrope rayonnée équivalente pour des angles de balayage importants. Des dispositifs mécaniques sont alors conçus pour incliner la structure de l'antenne. De plus, les antennes microruban sont par nature à faible bande passante du fait du facteur Q très élevé des résonateurs. Ceci est également un autre inconvénient.
II est également connu du document « Hook- and 3-D J-shaped probe excited dielectric resonator antenna for dual polarisation applications » (R. Chair, A.A.Kishk and K.F.Lee, IEE Proc . -Microw . Antennas Propag., Vol. 153, N°3, June 2006) une antenne à résonateur diélectrique à double polarisation. Afin d'élargir la bande passante de l'antenne, il est prévu un résonateur diélectrique cylindrique évidé dans sa partie basse et un système d'excitation qui comprend quatre éléments filaires placés dans l'évidement du résonateur diélectrique. Une telle antenne à résonateur diélectrique présente une structure particulièrement complexe .
L'antenne à résonateur diélectrique à double polarisation de l'invention ne présente pas les inconvénients des antennes mentionnées ci-dessus.
Exposé de l'invention
En effet, l'invention concerne une antenne à double polarisation comprenant :
- un substrat microruban ayant une première face recouverte d'une métallisation et une deuxième face, opposée à la première face, recouverte de deux lignes microruban ayant des axes sensiblement perpendiculaires l'un à l'autre, une gravure étant pratiquée dans la métallisation, la gravure ayant une section droite en forme de rectangle ayant un grand côté et un petit côté, la projection, sur la deuxième face, de l'axe de symétrie du rectangle qui est parallèle au grand côté étant sensiblement alignée avec l'axe d'une première ligne parmi les deux lignes;
un résonateur diélectrique ayant la forme d'un cylindre de révolution fixé, de façon sensiblement centrée, sur la gravure pratiquée dans la métallisation, l'axe de la première ligne et l'axe de la deuxième ligne ayant un point d'intersection sur l'axe du cylindre de révolution, une première extrémité de la première ligne formant un premier port de l'antenne et une première extrémité de la deuxième ligne formant un deuxième port de 1 ' antenne ; et
un élément linéaire électriquement conducteur ayant un axe sensiblement parallèle à l'axe de révolution du cylindre, l'élément linéaire électriquement conducteur étant placé au contact du résonateur diélectrique et étant électriquement relié à une deuxième extrémité de la première ligne, via un trou formé dans le substrat, du côté de la première face, une deuxième extrémité de la deuxième ligne étant sensiblement au-delà de la gravure, la longueur de la deuxième ligne entre sa première et sa deuxième extrémités étant sensiblement égale au quart de la longueur d'onde d'une onde dont la fréquence est la fréquence centrale d'une bande d'utilisation de 1 ' antenne .
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, deux gravures linéaires parallèles supplémentaires sont pratiquées aux extrémités de la gravure en forme de rectangle, de façon à constituer, avec la gravure en forme de rectangle, une gravure en forme de « H ».
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes, parmi lesquelles :
- La figure 1 représente une vue en perspective d'une antenne à résonateur diélectrique selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 représente une vue de dessous de l'antenne à résonateur diélectrique selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
- les figure 3A, 3B, 3C représentent, respectivement, une vue de dessus (figure 3A) et deux vues latérales (figures 3B et 3C) de l'antenne à résonateur diélectrique selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 4A et 4B illustrent les paramètres en réflexion et en transmission, communément appelés paramètres S, d'une antenne selon l'invention qui travaille, respectivement, en émission et en réflexion ; - les figures 5A et 5B représentent, respectivement, la répartition du signal émis dans le plan E et dans le plan H d'une antenne selon l'invention quand un premier port de l'antenne est excité ;
- les figures 6A et 6B représentent, respectivement, la répartition du signal émis dans le plan E et dans le plan H, quand un deuxième port de l'antenne est excité ;
- la figure 7 représente une vue en perspective d'une antenne à résonateur diélectrique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 8 représente une vue de dessus d'une antenne à résonateur diélectrique selon le deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 9 représente les paramètres S en réflexion d'une antenne selon le deuxième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 10 représente un exemple d'antenne réseau de l'invention.
Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.
Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers de 1 ' invention
La figure 1 représente une vue en perspective d'une antenne à résonateur diélectrique selon une première variante d'un premier mode de réalisation de l'invention et la figure 2 représente une vue de dessous de l'antenne représentée en figure 1. L'antenne comprend un substrat diélectrique 1, un résonateur diélectrique 2 ayant la forme d'un cylindre de révolution et une tige électriquement conductrice 3 de très faible diamètre. Le résonateur diélectrique 2 est fixé sur le substrat 1, par exemple par collage. La face du substrat 1 sur laquelle le résonateur diélectrique est fixé est entièrement recouverte d'une couche de métallisation M, à l'exception d'une zone gravée en forme de H. Le résonateur diélectrique 2 fixé sur le substrat 1 recouvre la zone gravée dépourvue de métallisation de façon sensiblement centrée, c'est-à-dire de façon que le centre de la zone gravée soit placé sensiblement en regard du centre de la face du résonateur diélectrique qui est fixée sur le substrat. La face du substrat qui est opposée à la face sur laquelle le résonateur diélectrique est fixé n'est recouverte d'aucun matériau particulier, à l'exception de deux lignes conductrices Ll, L2 dont les axes sont perpendiculaires et se croisent en un point situé sur l'axe du cylindre que forme le résonateur diélectrique. La projection de la barre horizontale du H, sur la face du substrat où sont gravées les lignes Ll et L2, est sensiblement alignée avec l'axe de la ligne Ll . Une première extrémité de la ligne Ll constitue un premier port PI de l'antenne et une première extrémité de la ligne L2 constitue un deuxième port P2 de l'antenne. La ligne L2 a une deuxième extrémité en circuit ouvert et sa longueur est sensiblement égale au quart de la longueur de l'onde d'une onde dont la fréquence est la fréquence centrale de la bande d'utilisation de l'antenne. Une ouverture 5 est pratiquée, dans le substrat 1, du côté de la face recouverte de la métallisation M et la tige électriquement conductrice 3 est placée dans l'ouverture 5 de façon qu'une première de ses extrémités soit mise en contact électrique, par exemple par soudure, avec une deuxième extrémité de la ligne Ll . De façon préférentielle, l'ouverture 5 est pratiquée dans le substrat 1 de telle sorte que, une fois la tige 3 et le résonateur 2 fixés, la tige 3 et le résonateur 2 soient en contact l'un avec l'autre. La tige électriquement conductrice 3 est, par exemple, réalisée en cuivre, en or, etc. Le substrat diélectrique 1 est, par exemple, matériau ROGER 4003 C de constante diélectrique relative égale à 3,38. D'autres matériaux peuvent également être utilisés, tels que, par exemple, l'alumine, le nitrure d'aluminium, la céramique cofrittée à basse température, etc. L'épaisseur du substrat 1 est, par exemple, égale à 0,813mm. Le résonateur diélectrique 2 est réalisé, par exemple, en nitrure d'aluminium AIN.
Les figures 3A, 3B, 3C représentent, respectivement, une vue de dessus (figure 3A) et deux vues latérales (figures 3B et 3C) de l'antenne à résonateur diélectrique selon le premier mode de réalisation de l'invention. Les figures 3A, 3B, 3C illustrent la géométrie de l'antenne en référence aux dimensions des différents éléments qui la constituent. Des valeurs numériques de ces dimensions sont précisées, à titre d'exemple, dans les deux tableaux ci-dessous pour, d'une part, un fonctionnement en réception (bande de fréquences 10,7GHz - 12,75GHz ; voir tableau 1) et, d'autre part, un fonctionnement en émission (bande de fréquences 14GHz - 14,5GHz ; voir tableau 2 ) .
Pour les valeurs données dans les tableaux 1 et 2 ci-dessous, le substrat est fait dans le matériau diélectrique de constante diélectrique relative égale à 3,38 mentionné ci-dessus et le résonateur diélectrique est en nitrure d' aluminium (AIN) de constante diélectrique relative égale à 8. Toutes les dimensions sont données en millimètres.
Il vient :
- A et B sont les dimensions des côtés du substrat 1 ;
- C est la longueur de la ligne L2;
- D est la longueur des deux barres verticales du H ; - E est la distance entre les deux barres verticales du H ;
- F est la largeur de chacune des barres verticales du H ;
- G est la largeur de la barre horizontale du H ;
- H est la longueur de la deuxième ligne Ll ;
- I est l'épaisseur du substrat 1 ;
- J est la hauteur de la tige conductrice 3 prise à partir de la face du substrat 1 où sont gravées les lignes Ll et L2 ;
- K est le diamètre de la tige 3 ;
- L est la largeur des ligne Ll et L2 ;
- M est le diamètre du résonateur diélectrique 2 ;
- N est la hauteur du résonateur diélectrique 2 ;
- Φ est le diamètre de l'ouverture dans laquelle est placée la tige 3. A 50 A 50
B 50 B 50
C 28 C 29
D 2,4 D 2,4
E 2 E 2
F 0,5 F 0,5
G 0, 9 G 0, 9
H 22, 1 H 22, 5
I 0,813 I 0,813
J 5 J 5
K 0,2 K 0,2
L 1 L 1
M 6 M 5,2
N 8,7 N 7,7
Φ 1 Φ 1
Tableau 1 Tableau 2 Les lignes Ll et L2 sont respectivement reliées aux ports PI et P2 de l'antenne. Une première extrémité de la ligne Ll constitue ainsi le port PI de l'antenne et une première extrémité de la ligne L2 constitue le port P2. Les lignes Ll et L2 sont perpendiculaires l'une à l'autre pour obtenir les deux polarisations linéaires verticale et horizontale. En émission, au moins l'un des deux ports PI, P2 est excité par un signal d'émission selon la ou les polarisations qu'il est souhaité d'émettre. En réception, les signaux reçus sur les ports PI et P2 sont transmis aux circuits de traitement.
Selon une première variante du premier mode de réalisation de l'invention, la ligne Ll relie le port PI à un élément d'excitation 3 qui a la forme d'une tige électriquement conductrice. Selon une deuxième variante du premier mode de réalisation de l'invention, le port PI est relié à un élément d'excitation qui est une ligne conductrice verticale imprimée sur le résonateur diélectrique 2. Une liaison entre la ligne Ll et la ligne conductrice imprimée sur le résonateur diélectrique est alors réalisée par un fil conducteur dont un premier côté est soudé à la ligne Ll et un deuxième côté soudé à la ligne imprimée sur le résonateur diélectrique.
Les figures 4A et 4B représentent, respectivement, les paramètres S d'une antenne conçue pour la réception et les paramètres S d'une antenne conçue pour l'émission selon la première variante du premier mode de réalisation de l'invention. Les courbes Cla, C2a et C3a de la figure 4A représentent, respectivement, en fonction de la fréquence et exprimé en décibels, le coefficient de réflexion Slla du port PI, le coefficient de réflexion S22a du port P2 et le coefficient de transmission S21a du port PI vers le port P2 de l'antenne de réception. Les courbes Clb, C2b et C3b sur la figure 4B représentent, respectivement, en fonction de la fréquence et exprimé en décibels, le coefficient de réflexion Sllb du port PI, le coefficient de réflexion S22b du port P2 et le coefficient de transmission S21b du port PI vers le port P2 de l'antenne d'émission.
La bande de réception est comprise entre 10,7GHZ et 12,75GHz et la bande d'émission entre 14GHz et 14,5GHz. Pour l'antenne de réception, il apparaît que le coefficient Slla est inférieur à -lOdB, le coefficient S22a inférieur à -16dB et le coefficient S21a inférieur à -42dB. Pour l'antenne d'émission, il apparaît que le coefficient de réflexion Sllb est compris entre -14dB et -20dB, le coefficient de réflexion S22b entre -22dB et -18dB et le coefficient de transmission S21b inférieur à -40dB. L'homme du métier peut constater la qualité des résultats obtenus.
Les figures 5A et 5B représentent, respectivement, exprimée en décibels, la répartition du signal émis dans le plan E et dans le plan H d'une antenne d'émission selon l'invention quand le port PI de l'antenne est excité et les figures 6A et 6B représentent, respectivement, exprimée en décibels, la répartition du signal émis dans le plan E et dans le plan H d'une antenne d'émission selon l'invention quand le port P2 de l'antenne est excité. Comme cela est connu de l'homme de l'art, le plan E et le plan H sont respectivement le plan contenant le vecteur champ électrique et la direction de rayonnement maximal et le plan contenant le vecteur champ magnétique et la direction de rayonnement maximal. Il apparaît que l'antenne émet une onde ayant un rayonnement à large ouverture angulaire sur les deux ports PI, P2. L'ouverture angulaire peut encore être améliorée au niveau de l'antenne à balayage par rotation séquentielle. La différence de gain qui existe entre les deux ports est prise en compte pour générer l'état de polarisation de l'onde qui est émise.
Les figures 7 et 8 représentent, respectivement, une vue en perspective et une vue de dessus d'une antenne à résonateur diélectrique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, le substrat 1 est en céramique cofrittée à basse température, également appelé matériau céramique LTCC (LTCC pour « Low Température Co-fired Ceramic ») , par exemple le Ferro A6M, et l'ouverture 4 gravée dans le plan de masse a une section droite en forme de rectangle ayant un grand côté et un petit côté. La projection, sur la face où sont gravées les lignes Ll et L2, de l'axe de symétrie du rectangle qui est parallèle au grand côté du rectangle est sensiblement alignée avec l'axe de la ligne Ll . Tous les autres éléments de l'antenne sont identiques à ceux du premier mode de réalisation de l'invention. Le grand côté du rectangle est, par exemple, sensiblement égal aux deux tiers du diamètre du résonateur diélectrique et le petit côté du rectangle, par exemple, à la moitié de la largeur des lignes Ll et L2.
La figure 9 représente les paramètres d'une antenne de réception selon le deuxième mode de réalisation de l'invention.
Les courbes Clc, C2c et C3c de la figure 9 représentent, respectivement, en fonction de la fréquence et exprimé en décibels, le coefficient de réflexion Sllc du port PI, le coefficient de réflexion S22c du port P2 et le coefficient de transmission S21c du port PI vers le port P2 de l'antenne de réception. Il apparaît que, dans la bande de réception, les coefficients de réflexion Sllc et S22c sont inférieurs, voire très inférieurs, à -lOdB et que l'isolation entre les ports PI et P2 est très largement inférieure à -40dB. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, c'est une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention que de proposer une antenne à résonateur diélectrique à double polarisation dont le coefficient d' isolation entre ports soit très faible (inférieur à -40dB) . Aucune antenne à résonateur diélectrique à double polarisation de l'art antérieur ne présente une telle isolation. Ce résultat particulièrement avantageux est obtenu par une structure d'antenne nouvelle conforme à celle de la revendication 1 et qui est illustrée par les figures jointes. Les antennes à double polarisation de l'art connu ont une isolation dégradée entre ports du fait de l'apparition de modes de résonance d'ordre supérieur au mode requis. Avantageusement, la structure nouvelle de l'antenne de l'invention évite l'apparition de ces modes de résonance d'ordre supérieur.
La figure 10 représente un exemple d'antenne réseau de l'invention. L'antenne réseau est constituée d'une matrice de 9 x 9 antennes élémentaires à résonateur diélectrique et à double polarisation conformes à l'invention. Les 9 x 9 antennes élémentaires partagent le même substrat diélectrique 1 et sont montées sur un même support S. Les ports PI et P2 de chaque antenne élémentaire sont respectivement reliés à des connecteurs électriques Kl et K2 positionnés sur un même côté de l'antenne réseau.

Claims

REVENDICATIONS
1. Antenne à double polarisation comprenant :
- un substrat microruban (1) ayant une première face recouverte d'une métallisation (M) et une deuxième face, opposée à la première face, recouverte de deux lignes microruban (Ll, L2) ayant des axes sensiblement perpendiculaires l'un à l'autre, une gravure (4) étant pratiquée dans la métallisation
(M), la gravure (4) ayant une section droite en forme de rectangle ayant un grand côté et un petit côté, la projection, sur la deuxième face, de l'axe de symétrie du rectangle qui est parallèle au grand côté étant sensiblement alignée avec l'axe d'une première ligne (Ll) parmi les deux lignes;
- un résonateur diélectrique (2) ayant la forme d'un cylindre de révolution fixé, de façon sensiblement centrée, sur la gravure (4) pratiquée dans la métallisation, l'axe de la première ligne (Ll) et l'axe de la deuxième ligne (L2) ayant un point d'intersection sur l'axe du cylindre de révolution, une première extrémité de la première ligne formant un premier port de l'antenne et une première extrémité de la deuxième ligne formant un deuxième port de l'antenne ; et
- un élément linéaire électriquement conducteur (3) ayant un axe sensiblement parallèle à l'axe de révolution du cylindre, l'élément linéaire électriquement conducteur étant placé au contact du résonateur diélectrique et étant électriquement relié à une deuxième extrémité de la première ligne (Ll), via un trou (5) formé dans le substrat (1), du côté de la première face, une deuxième extrémité de la deuxième ligne (L2) étant sensiblement au-delà de la gravure, la longueur de la deuxième ligne (L2) entre sa première et sa deuxième extrémités étant sensiblement égale au quart de la longueur d'onde d'une onde dont la fréquence est la fréquence centrale d'une bande d'utilisation de l'antenne.
2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle deux gravures (4) linéaires parallèles supplémentaires sont pratiquées aux extrémités de la gravure (4) en forme de rectangle, de façon à constituer, avec la gravure en forme de rectangle, une gravure en forme de « H ».
3. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le substrat (1) est en matériau céramique LTCC.
4. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'élément linéaire électriquement conducteur (3) est une tige métallique soudée à la deuxième extrémité de la première ligne (Ll) .
5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'élément linéaire électriquement conducteur (3) est constitué d'un élément métallique électriquement relié à la deuxième extrémité de la première ligne et d'une métallisation imprimée sur le résonateur diélectrique, l'élément métallique étant mis en contact électrique avec la métallisation imprimée sur le résonateur diélectrique.
6. Antenne réseau constituée d'antennes élémentaires disposées sous la forme de N lignes et M colonnes, caractérisée en ce que chaque antenne élémentaire de l'antenne réseau est une antenne à résonateur diélectrique à double polarisation conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, les premiers ports des antennes élémentaires étant reliés à un même premier connecteur électrique et les deuxièmes ports des antennes élémentaires étant reliés à un même deuxième connecteur électrique.
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