WO2012095363A1 - Recepteur d'ondes electromagnetiques, a antenne a resonateur dielectrique, application a un recepteur a antenne en reseau phase - Google Patents

Recepteur d'ondes electromagnetiques, a antenne a resonateur dielectrique, application a un recepteur a antenne en reseau phase Download PDF

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WO2012095363A1
WO2012095363A1 PCT/EP2012/050170 EP2012050170W WO2012095363A1 WO 2012095363 A1 WO2012095363 A1 WO 2012095363A1 EP 2012050170 W EP2012050170 W EP 2012050170W WO 2012095363 A1 WO2012095363 A1 WO 2012095363A1
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WO
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dielectric resonator
substrate
receiver
antenna
probes
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/050170
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English (en)
Inventor
Stéphane THURIES
Pierre Larregle
Original Assignee
Axess Europe S.A.
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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 present invention relates to an electromagnetic wave receiver, dielectric resonator antenna (in English, dielectric resonator antenna).
  • Dielectric resonator antennas with simple termination are already known. But the characteristics of cross polarization (in English, cross polarization) of these antennas are not good.
  • a dielectric resonator antenna, using a differential excitation technique is also known from the following document:
  • the antenna described in this document is limited to the detection of circularly polarized electromagnetic waves.
  • the upper face of a dielectric substrate carries a dielectric resonator provided with conductive probes, and conductive feeders connected to the probes. ; and the underside of the substrate carries a conductive layer constituting a ground plane.
  • the structure of this antenna has a disadvantage: the position of the conductive lines on the face of the substrate which carries the dielectric resonator is capable of generating radiation disturbing the detection of waves by the antenna.
  • the present invention aims to overcome the above disadvantages.
  • the receiver which is the subject of the invention, uses a differential excitation technique and therefore has better cross-polarization characteristics than receivers using a single-receiving antenna.
  • the receiver object of the invention is not limited to the detection of circularly polarized electromagnetic waves: it is capable of detecting any polarization waves.
  • a face of a dielectric substrate carries a ground plane and, thereon, a dielectric resonator, provided with conductive probes, while the opposite face of the substrate carries conductive lines connected to the probes.
  • the subject of the present invention is an electromagnetic wave receiver, comprising a dielectric resonator antenna and an electronic circuit for processing electrical signals supplied by the dielectric resonator antenna,
  • dielectric resonator antenna comprises:
  • first, second, third and fourth electrically conductive probes which are arranged in this order at 90 degrees from each other, are in contact with the dielectric resonator and are electrically isolated from the ground plane,
  • the electronic circuit comprises a first elementary electronic circuit, connected to the first and third probes, and a second elementary electronic circuit, connected to the second and fourth probes, the first and second elementary electronic circuits being arranged to process the electrical signals provided by the probes when the dielectric resonator receives electromagnetic waves.
  • the first to fourth electrically conductive probes are in contact with the periphery of the dielectric resonator.
  • the ground plane is formed on the first face of the substrate
  • the dielectric resonator is on the ground plane
  • the dielectric resonator antenna further comprises four electrically conductive lines, arranged on the second face of the substrate and respectively connected to the four probes through holes passing through the substrate and the ground plane, and the elementary electronic circuits are connected to the probes via the electrically conductive lines.
  • the dielectric resonator is cylindrical.
  • the relative permittivity s r of the dielectric resonator is high, greater than 10. This makes it possible to better confine the field components in the resonator and thus to reduce the coupling between the conductive probes.
  • a good material for manufacturing the dielectric resonator is ZrSnTiC s for which r is equal to 37.
  • a substrate whose permittivity is also high, at least equal to 1/5 that of the resonator preferably a substrate constituted by a dielectric laminate (in English, dielectric laminate), for the antenna to have good performance and good adaptation.
  • the first and second elementary electronic circuits are differential amplifiers.
  • the present invention also relates to a phased array antenna receiver, comprising a set of electromagnetic wave receivers, in accordance with the electromagnetic wave receiver, object of the invention.
  • the electromagnetic wave receivers have a common dielectric substrate, having opposite first and second faces, and a common ground plane, formed on the first face of the substrate, the Dielectric resonators of the electromagnetic wave receivers are on the ground plane, the electrically conductive lines of these receivers are formed on the second face of the substrate and are connected to the receivers probes through holes passing through the substrate and the ground plane, and the elementary electronic circuits are formed on the second face of the substrate.
  • FIG. 1 is a schematic top view of a particular embodiment of the receiver, object of the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic and partial sectional view of the receiver of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a diagrammatic and partial top view of a particular embodiment of the phased array antenna receiver, object of the invention.
  • FIG. 4 is a diagrammatic and partial bottom view of the receiver of FIG. 3.
  • Figure 1 is a schematic top view of an example of the electromagnetic wave receiver object of the invention.
  • Figure 2 is the section AA of Figure 1.
  • the receiver of FIGS. 1 and 2 comprises a dielectric resonator antenna 2 and an electronic circuit 4 for processing electrical signals supplied by this antenna 2.
  • the dielectric resonator antenna 2 comprises a dielectric substrate 6, an electrically conductive layer 8, constituting a ground plane, a cylindrical dielectric resonator 10 and four electrically conductive probes 12, 14, 16, 18 which are arranged, in this order, at 90 degrees from each other, on the periphery of the dielectric resonator 10, and are electrically isolated from the ground plane 8.
  • probes 12 and 16 More precisely, probes 12 and 16
  • probes 12 to 18 are symmetrical to each other with respect to the Z axis of the cylindrical resonator 10. These probes 12 to 18 may be metal elements bonded to the resonator or vertical metal lines printed on the latter .
  • the ground plane 8 is formed on the upper face of the substrate 6 and the dielectric resonator is on the ground plane (and is fixed to it by means of a suitable glue); and the antenna 2 further comprises four electrically conductive lines 20, 22, 24, 26 which are arranged on the underside of the substrate 6 (opposite to the upper face) and are respectively connected to the four probes 12, 14, 16, 18 through vertical holes 28, 30, 32, 34 which pass through the substrate 6 and the ground plane 8.
  • the four lines 20-26 are micro ⁇ conductive traces (English, conductive microstrip) which constitute the four ports (English, ports) 1 antenna 2.
  • the electronic circuit 4 comprises a first elementary electronic circuit 36 which is electrically connected to the probes 12 and 16 respectively via the lines 20 and 24, and a second elementary electronic circuit 38 which is electrically connected to the probes 14 and 18 respectively via the lines 22 and 26.
  • These elementary circuits 36 and 38 are provided for processing the electrical signals provided by the probes when the dielectric resonator 10 receives electromagnetic waves 40.
  • the elementary circuits 36 and 38 are differential amplifiers (low noise amplifiers). The latter are respectively followed by downstream converters 42 and 44, and the signals supplied by these reception mixers are processed by appropriate electronic means to provide the information carried by the waves 40 received by the antenna.
  • the circuit 4 uses the differential mode signals, generated at the ports 20 and 24, and the common mode signals, generated at the ports 22 and 26, to detect the polarization of an electromagnetic signal that reaches the antenna 2.
  • the dielectric resonator is made of a high permittivity s r dielectric material to reduce the level of coupling.
  • the cylindrical resonator 10 has a diameter of 3 mm and a height of 4.9 mm.
  • the antenna 2 thus has the following characteristics: bandwidth: 19%; gain: about 2.5 dBi; half-power beamwidth (HPBW): greater than 140 ° in plane H and 100 ° in plane E.
  • bandwidth 19%
  • gain about 2.5 dBi
  • HPBW half-power beamwidth
  • the antenna 2 receives a plane electromagnetic wave, horizontally polarized, and that the electric field E of this wave is directed along the Y axis, horizontal axis along which lines 20 and 24 extend and which is perpendicular to the vertical axis Z.
  • the Y and Z axes are complemented by a horizontal axis X which is perpendicular to Y and Z.
  • the lines 20 and 26 extend along this axis X.
  • the mode of the cylindrical dielectric resonator 10 undergoes a variation of one half-wave along the diameter of the resonator.
  • the values of the field E are maximum at both ends of this resonator because of the open circuit (air-dielectric interface); and the E field is minimal in the center of the resonator (on the Z axis).
  • the variation of a half-wave thus makes it possible to have a maximum potential + V max at port 20 and a potential -V max at port 24, while ports 22 and 26 are excited by the same potential.
  • differential signals are developing at ports 20 and 24 while common mode signals are developing at ports 22 and 26.
  • the differential amplifiers 36 and 38 connected to the ports 20 to 26, amplify the differential signals, while the common mode output is returned.
  • the electric field of such a wave has components E x and E Y respectively on the X and Y axes, and these components E x and E Y generate signals at the two outputs 48 and 50 of the differential amplifiers 36 and 38.
  • the dielectric resonator 10 resonates along the X and Y axes.
  • the sum of the signals supplied by the outputs respective ones 48 and 50 of the differential amplifiers 36 and 38 give the total bias information.
  • the antenna 2 is simple to manufacture.
  • the impedance can be adapted by varying the length of the probes 12 to 18.
  • the antenna 2 of the receiver of Figures 1 and 2 has good characteristics of return loss characteristics (English, return loss characteristics). It should be noted that the use of TMM6 (registered trademark), for which s r is 6, improves the characteristics the impedance of the antenna when a ZrSnTiC resonator is used. Simulations with different dielectric constants for the substrate 6 have shown that the impedance matching is optimal when s r is equal to 6.
  • the impedance matching may further be controlled by the size of the holes 28, 30, 32, 34 which pass through the substrate 6 and the ground plane 8 and which are capacitive in nature.
  • a dielectric resonator of cylindrical shape was used, but these examples could be adapted to a resonator of different shape, for example parallelepipedal or hemispherical or other.
  • Figures 3 and 4 are schematic and partial views of a particular embodiment of the phased array antenna receiver object of the invention.
  • Figure 3 is a top view of the receiver, and
  • Figure 4 is a bottom view.
  • This receiver comprises a set 52 of electromagnetic wave receivers of the kind that has been described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • These electromagnetic wave receivers 52 use a rectangular array of antennas of the antenna type 2 Figures 1 and 2. They have a common dielectric substrate 54 and a common ground plane 56 formed on the upper face of the substrate 54.
  • the dielectric resonators 58 of the electromagnetic wave receivers are on the ground plane 56 and the electrically conductive lines (not shown) of these receivers are formed on the lower face of the substrate 54 and are connected to the conductive probes (not shown) of the receivers through holes (not shown) passing through the substrate 54 and the ground plane 56.
  • this distance D can take values that depend on the wavelength, for example 0.5 ⁇ , where ⁇ is the wavelength at the highest operating frequency.
  • each elementary antenna is connected to an electronic circuit 60 which is formed on the underside of the substrate 54 and which processes the signals received by this antenna.
  • the circuits 60 are radio frequency integrated circuits (RFICs) and each comprise the differential amplifiers and the reception mixers mentioned above.
  • RFICs radio frequency integrated circuits
  • each RFIC receives, on the one hand, the signals coming from the ports 20 and 24. corresponding antenna and, on the other hand, the signals from the ports 22 and 26 of this antenna.
  • the two output signals 62 and 64 of the RFIC are combined to generate the required bias information. This is done in digital stages (not shown), which follow the RFICs, or using analog circuits. Next stages (not shown) perform beamforming and demodulation functions to retrieve the information.

Landscapes

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

Abstract

Récepteur d'ondes électromagnétiques, à antenne à résonateur diélectrique, application à un récepteur à antenne en réseau phasé. Ce récepteur comprend une antenne à résonateur diélectrique (2) et un circuit (4) de traitement de signaux fournis par l'antenne. L'antenne comprend un substrat diélectrique (6), un plan de masse (8), un résonateur diélectrique (10) et des 1ère à 4ème sondes (12 à 18) disposées, dans cet ordre, à 90° les unes des autres, en contact avec le résonateur. Le circuit comprend un circuit élémentaire (38), relié aux 1ère et 3ème sondes, et un autre circuit élémentaire (38), relié aux 2ème et 4ème sondes. Le plan de masse (8) est formé sur la première face du substrat (6), le résonateur diélectrique (10) est sur le plan de masse (8), l'antenne à résonateur diélectrique (2) comprend en outre quatre lignes électriquement conductrices (20, 22, 24, 26), disposées sur la deuxième face du substrat (6) et respectivement reliées aux quatre sondes (12, 14, 16, 18) à travers des trous (28, 30, 32, 34) traversant le substrat et le plan de masse, et les circuits électroniques élémentaires sont reliés aux sondes par l'intermédiaire des lignes électriquement conductrices.

Description

RECEPTEUR D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES, A ANTENNE A RESONATEUR DIELECTRIQUE, APPLICATION A UN RECEPTEUR A
ANTENNE EN RESEAU PHASE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un récepteur d'ondes électromagnétiques, à antenne à résonateur diélectrique (en anglais, dielectric resonator antenna) .
Elle s'applique notamment à un récepteur à antenne en réseau phasé (en anglais, phased array antenna) .
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
On connaît déjà des antennes à résonateur diélectrique, à terminaison simple. Mais les caractéristiques de polarisation croisée (en anglais, cross polarization) de ces antennes ne sont pas bonnes.
On connaît aussi une antenne à résonateur diélectrique, utilisant une technique d'excitation différentielle, par le document suivant :
[1] Kah-Wee Khoo et al., "Wideband circularly polarized dielectric resonator antenna", IEEE transaction on antennas and propagation, vol. 55, n°7, juillet 2007, pages 1929 à 1931.
Toutefois, l'antenne décrite dans ce document est limitée à la détection d'ondes électromagnétiques polarisées circulairement . En outre, dans cette antenne connue, la face supérieure d'un substrat diélectrique porte un résonateur diélectrique pourvu de sondes conductrices (en anglais, conductive probes), et des lignes conductrices d'alimentation (en anglais, conductive feeders), reliées aux sondes ; et la face inférieure du substrat porte une couche conductrice, constituant un plan de masse (en anglais, ground plane) .
La structure de cette antenne présente un inconvénient: la position des lignes conductrices sur la face du substrat qui porte le résonateur diélectrique est susceptible d'engendrer un rayonnement perturbant la détection des ondes par l'antenne.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.
Le récepteur, objet de l'invention, utilise une technique d'excitation différentielle et présente de ce fait de meilleures caractéristiques de polarisation croisée que les récepteurs utilisant une antenne à réception simple. De plus, de par sa conception, le récepteur objet de l'invention n'est pas limité à la détection d'ondes électromagnétiques polarisées circulairement : il est capable de détecter des ondes de polarisation quelconque.
En outre, dans ce récepteur, une face d'un substrat diélectrique porte un plan de masse et, sur celui-ci, un résonateur diélectrique, pourvu de sondes conductrices, tandis que la face opposée du substrat porte des lignes conductrices reliées aux sondes. Une telle conception permet de réduire tout rayonnement provenant des lignes conductrices ; la détection des ondes est ainsi améliorée.
De façon précise, la présente invention a pour objet un récepteur d'ondes électromagnétiques, comprenant une antenne à résonateur diélectrique et un circuit électronique de traitement de signaux électriques fournis par l'antenne à résonateur diélectrique,
dans lequel l'antenne à résonateur diélectrique comprend :
un substrat diélectrique ayant des première et deuxième faces opposées,
une couche électriquement conductrice, constituant un plan de masse,
- un résonateur diélectrique, et des première, deuxième, troisième et quatrième sondes électriquement conductrices qui sont disposées, dans cet ordre, à 90 degrés les unes des autres, sont en contact avec le résonateur diélectrique et sont électriquement isolées du plan de masse,
et dans lequel le circuit électronique comprend un premier circuit électronique élémentaire, relié aux première et troisième sondes, et un deuxième circuit électronique élémentaire, relié aux deuxième et quatrième sondes, les premier et deuxième circuits électroniques élémentaires étant prévus pour traiter les signaux électriques fournis par les sondes lorsque le résonateur diélectrique reçoit des ondes électromagnétiques. De préférence, les première à quatrième sondes électriquement conductrices sont en contact avec la périphérie du résonateur diélectrique.
Cela permet d'améliorer les caractéristiques de détection du récepteur.
Dans l'invention, le plan de masse est formé sur la première face du substrat, le résonateur diélectrique est sur le plan de masse, l'antenne à résonateur diélectrique comprend en outre quatre lignes électriquement conductrices, disposées sur la deuxième face du substrat et respectivement reliées aux quatre sondes à travers des trous traversant le substrat et le plan de masse, et les circuits électroniques élémentaires sont reliés aux sondes par l'intermédiaire des lignes électriquement conductrices.
Comme on l'a vu plus haut, cela permet d'améliorer la détection des ondes.
Selon un mode de réalisation particulier du récepteur, objet de l'invention, le résonateur diélectrique est cylindrique.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la permittivité relative sr du résonateur diélectrique est élevée, supérieure à 10. Cela permet de mieux confiner les composantes de champ dans le résonateur et donc de réduire le couplage entre les sondes conductrices.
A titre d'exemple, un bon matériau pour fabriquer le résonateur diélectrique est le ZrSnTiC pour lequel sr est égal à 37. Dans ce cas, on utilise de préférence un substrat dont la permittivité relative sr est sensiblement égale à 6. Cela permet d'améliorer les caractéristiques d'impédance de l'antenne du récepteur.
Plus généralement, si l'on utilise un résonateur dont la permittivité relative est élevée, supérieure à 10, il est préférable d'utiliser un substrat dont la permittivité est également élevée, au moins égale à 1/5 de celle du résonateur, de préférence un substrat constitué par un stratifié diélectrique (en anglais, dielectric laminate) , pour que l'antenne ait de bonnes performances et une bonne adaptation.
De préférence, les premier et deuxième circuits électroniques élémentaires sont des amplificateurs différentiels.
La présente invention concerne aussi un récepteur à antenne en réseau phasé, comprenant un ensemble de récepteurs d'ondes électromagnétiques, conformes au récepteur d'ondes électromagnétiques, objet de l'invention.
Selon un mode de réalisation préféré du récepteur à antennes en réseau phasé, les récepteurs d'ondes électromagnétiques ont un substrat diélectrique commun, ayant des première et deuxième faces opposées, et un plan de masse commun, formé sur la première face du substrat, les résonateurs diélectriques des récepteurs d'ondes électromagnétiques sont sur le plan de masse, les lignes électriquement conductrices de ces récepteurs sont formées sur la deuxième face du substrat et sont reliées aux sondes des récepteurs à travers des trous traversant le substrat et le plan de masse, et les circuits électroniques élémentaires sont formés sur la deuxième face du substrat. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue de dessus schématique d'un mode de réalisation particulier du récepteur, objet de l'invention,
la figure 2 est une vue en coupe schématique et partielle du récepteur de la figure 1, la figure 3 est une vue de dessus schématique et partielle d'un mode de réalisation particulier du récepteur à antenne en réseau phasé, objet de l'invention, et
la figure 4 est une vue de dessous schématique et partielle du récepteur de la figure 3.
EXPOSE DE TAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
La figure 1 est une vue de dessus schématique d'un exemple du récepteur d'ondes électromagnétiques, objet de l'invention. La figure 2 est la coupe AA de la figure 1.
Le récepteur des figures 1 et 2 comprend une antenne à résonateur diélectrique 2 et un circuit électronique 4 de traitement de signaux électriques fournis par cette antenne 2. L'antenne à résonateur diélectrique 2 comprend un substrat diélectrique 6, une couche électriquement conductrice 8, constituant un plan de masse, un résonateur diélectrique cylindrique 10 et quatre sondes électriquement conductrices 12, 14, 16, 18 qui sont disposées, dans cet ordre, à 90 degrés les unes des autres, sur la périphérie du résonateur diélectrique 10, et sont électriquement isolées du plan de masse 8.
Plus précisément, les sondes 12 et 16
(respectivement 14 et 18) sont symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe Z du résonateur cylindrique 10. Ces sondes 12 à 18 peuvent être des éléments métalliques collés sur le résonateur ou des lignes métalliques verticales imprimées sur ce dernier.
Le plan de masse 8 est formé sur la face supérieure du substrat 6 et le résonateur diélectrique est sur le plan de masse (et lui est fixé au moyen d'une colle appropriée) ; et l'antenne 2 comprend en outre quatre lignes électriquement conductrices 20, 22, 24, 26 qui sont disposées sur la face inférieure du substrat 6 (opposée à la face supérieure) et sont respectivement reliées aux quatre sondes 12, 14, 16, 18 à travers des trous verticaux 28, 30, 32, 34 qui traversent le substrat 6 et le plan de masse 8.
Les quatre lignes 20 à 26 sont des micro¬ rubans conducteurs (en anglais, conductive microstrips) qui constituent les quatre ports (en anglais, ports) de 1 ' antenne 2.
Le circuit électronique 4 comprend un premier circuit électronique élémentaire 36 qui est électriquement relié aux sondes 12 et 16 respectivement par l'intermédiaire des lignes 20 et 24, et un deuxième circuit électronique élémentaire 38 qui est électriquement relié aux sondes 14 et 18 respectivement par l'intermédiaire des lignes 22 et 26. Ces circuits élémentaires 36 et 38 sont prévus pour traiter les signaux électriques fournis par les sondes lorsque le résonateur diélectrique 10 reçoit des ondes électromagnétiques 40.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, les circuits élémentaires 36 et 38 sont des amplificateurs différentiels (amplificateurs à faibles bruit) . Ces derniers sont respectivement suivis par des mélangeurs réception (en anglais, down converters) 42 et 44, et les signaux fournis par ces mélangeurs réception sont traités par des moyens électroniques appropriés pour fournir les informations transportées par les ondes 40 reçues par l'antenne.
On précise que le circuit 4 utilise les signaux de mode différentiel, engendrés au niveau des ports 20 et 24, et les signaux de mode commun, engendrés au niveau des ports 22 et 26, pour détecter la polarisation d'un signal électromagnétique qui parvient à l'antenne 2.
Le résonateur diélectrique est fait d'un matériau de permittivité diélectrique sr élevée pour réduire le niveau de couplage. Dans l'exemple, on utilise le ZrSnTiC ( sr=37) et le substrat diélectrique 6 est fait d'un composite polymère thermodurci- céramique, de permittivité relative égale à 6. On utilise, à titre purement indicatif et nullement limitatif, le matériau commercialisé par la Société Rogers Corporation sous la référence TMM6 (marque déposée) .
En outre, à titre purement indicatif et nullement limitatif, le résonateur cylindrique 10 a un diamètre de 3 mm et une hauteur de 4,9 mm.
L'antenne 2 a ainsi les caractéristiques suivantes : largeur de bande : 19% ; gain : environ 2,5 dBi ; largeur de faisceau à mi-puissance (HPBW) : supérieure à 140° dans le plan H et à 100° dans le plan E.
On explique ci-après le fonctionnement du récepteur schématiquement représenté sur les figures 1 et 2.
On suppose que l'antenne 2 reçoit une onde électromagnétique plane, polarisée horizontalement, et que le champ électrique E de cette onde est dirigé suivant l'axe Y, axe horizontal suivant lequel s'étendent les lignes 20 et 24 et qui est perpendiculaire à l'axe vertical Z. On notera que les axes Y et Z sont complétés par un axe horizontal X qui est perpendiculaire à Y et à Z . Les lignes 20 et 26 s'étendent suivant cet axe X.
Le mode du résonateur diélectrique cylindrique 10 subit une variation d'une demi-onde le long du diamètre du résonateur. Les valeurs du champ E sont maximales aux deux extrémités de ce résonateur du fait du circuit ouvert (interface air-diélectrique) ; et le champ E est minimal au centre du résonateur (sur l'axe Z) . La variation d'une demi-onde permet ainsi d'avoir un potentiel maximal +Vmax au port 20 et un potentiel -Vmax au port 24, tandis que les ports 22 et 26 sont excités par le même potentiel. En d'autres termes, des signaux différentiels se développent au niveau des ports 20 et 24 tandis que des signaux de mode commun se développent au niveau des ports 22 et 26.
Les amplificateurs différentiels 36 et 38, reliés aux ports 20 à 26, amplifient les signaux différentiels, tandis que la sortie de mode commun est re etée .
Lorsque l'antenne 2 reçoit une onde dont la polarisation est inclinée par rapport à celle que l'on vient de considérer, le champ électrique d'une telle onde a des composantes Ex et EY respectivement sur les axes X et Y, et ces composantes Ex et EY engendrent des signaux au niveau des deux sorties 48 et 50 des amplificateurs différentiels 36 et 38. Dans ce cas, le résonateur diélectrique 10 résonne le long des axes X et Y. La somme des signaux fournis par les sorties respectives 48 et 50 des amplificateurs différentiels 36 et 38 donne l'information de polarisation totale.
Il convient de noter que l'antenne 2 est simple à fabriquer. L'impédance peut être adaptée en jouant sur la longueur des sondes 12 à 18.
L'antenne 2 du récepteur des figures 1 et 2 présente de bonnes caractéristiques de pertes de retour (en anglais, return loss characteristics ) . Il convient de noter que l'utilisation du TMM6 (marque déposée), pour lequel sr vaut 6, améliore les caractéristiques d'impédance de l'antenne lorsqu'un résonateur en ZrSnTiC est utilisé. Des simulations avec différentes constantes diélectriques pour le substrat 6 ont montré que l'adaptation d'impédance est optimale lorsque sr est égal à 6.
L'adaptation d'impédance peut en outre être contrôlée par la taille des trous 28, 30, 32, 34 qui traversent le substrat 6 et le plan de masse 8 et qui sont de nature capacitive.
Des études de la réception, par l'antenne 2, de diverses ondes planes, ont confirmé que cette antenne pouvait être utilisée dans des systèmes agiles en polarisation. Le tableau 1 ci-dessous résume les résultats obtenus. Les tensions observées au niveau des différents ports sont exprimées en volts.
TABLEAU 1
Figure imgf000013_0001
Ces résultats ont été obtenus pour une onde plane tombant latéralement sur l'antenne 2. On note que pour une polarisation horizontale, des tensions différentielles se développent au niveau des ports 20 et 24, tandis que les tensions sont sensiblement les mêmes au niveau des ports 22 et 26. Pour une inclinaison de la polarisation à 45°, des signaux différentiels se développent au niveau des deux paires de ports. Ces observations permettent de valider l'utilisation de l'antenne 2 pour des applications pratiques . L'exemple du récepteur que l'on a donné en faisant référence aux figures 1 et 2 est adapté à la détection d'ondes radiofréquence de la bande Ku, dont les fréquences vont de 10,7 GHz à 12,75 GHz. Il pourrait bien entendu être adapté à la détection d'ondes radiofréquence de la bande Ka, dont les fréquences vont de 18,3 GHz à 18,8 GHz et de 19,7 GHz à 20,2 GHz, ou même à la détection d'ondes appartenant à d'autres bandes de fréquences.
De plus, dans les exemples, on a utilisé un résonateur diélectrique de forme cylindrique, mais ces exemples pourraient être adaptés à un résonateur de forme différente, par exemple parallélépipédique ou hémisphérique ou autre.
Les figures 3 et 4 sont des vues schématiques et partielles d'un mode de réalisation particulier du récepteur à antenne en réseau phasé, objet de l'invention. La figure 3 est une vue de dessus du récepteur, et la figure 4 une vue de dessous.
Ce récepteur comprend un ensemble 52 de récepteurs d'ondes électromagnétiques du genre de celui qui a été décrit en faisant référence aux figures 1 et 2. Ces récepteurs d'ondes électromagnétiques 52 utilisent un réseau rectangulaire d'antennes du genre de l'antenne 2 des figures 1 et 2. Ils ont un substrat diélectrique commun 54 et un plan de masse commun 56, formé sur la face supérieure du substrat 54.
Les résonateurs diélectriques 58 des récepteurs d'ondes électromagnétiques sont sur le plan de masse 56 et les lignes électriquement conductrices (non représentées) de ces récepteurs sont formées sur la face inférieure du substrat 54 et sont reliées aux sondes conductrices (non représentées) des récepteurs à travers des trous (non représentés) traversant le substrat 54 et le plan de masse 56.
Comme on le voit, les résonateurs 58 sont séparés les uns des autres d'une distance D. Suivant les spécifications du réseau, cette distance D peut prendre des valeurs qui dépendent de la longueur d'onde, par exemple 0,5 λ, où λ est la longueur d'onde à la fréquence de fonctionnement la plus élevée.
Le récepteur des figures 3 et 4 utilise un concept de réseau actif dans lequel chaque antenne élémentaire est reliée à un circuit électronique 60 qui est formé sur la face inférieure du substrat 54 et qui traite les signaux reçus par cette antenne.
Les circuits 60 sont des circuits intégrés radiofréquence (RFIC) et comprennent chacun les amplificateurs différentiels et les mélangeurs réception dont il a été question plus haut.
Sur la figure 4, on a symbolisé par des flèches les signaux reçus par chaque RFIC et l'on a repris les notations de la figure 1 : on voit que le RFIC reçoit, d'une part, les signaux issus des ports 20 et 24 de l'antenne correspondante et, d'autre part, les signaux issus des ports 22 et 26 de cette antenne.
Les deux signaux de sortie 62 et 64 du RFIC (signaux issus des mélangeurs réception) sont combinés pour engendrer les informations de polarisation requises. Cela se fait dans des étages numériques (non représentés), qui suivent les RFIC, ou en utilisant des circuits analogiques. Des étages suivants (non représentés) accomplissent des fonctions de formation de faisceau et de démodulation pour récupérer les informations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Récepteur d'ondes électromagnétiques, comprenant une antenne à résonateur diélectrique (2) et un circuit électronique (4) de traitement de signaux électriques fournis par l'antenne à résonateur diélectrique,
dans lequel l'antenne à résonateur diélectrique (2) comprend :
- un substrat diélectrique (6) ayant des première et deuxième faces opposées,
une couche électriquement conductrice (8), constituant un plan de masse,
- un résonateur diélectrique (10), et
- des première, deuxième, troisième et quatrième sondes électriquement conductrices (12, 14, 16, 18) qui sont disposées, dans cet ordre, à 90 degrés les unes des autres, sont en contact avec le résonateur diélectrique et sont électriquement isolées du plan de masse,
dans lequel le circuit électronique (4) comprend un premier circuit électronique élémentaire (36), relié aux première et troisième sondes (12, 16), et un deuxième circuit électronique élémentaire (38), relié aux deuxième et quatrième sondes (14, 18), les premier et deuxième circuits électroniques élémentaires étant prévus pour traiter les signaux électriques fournis par les sondes lorsque le résonateur diélectrique reçoit des ondes électromagnétiques (40), et dans lequel le plan de masse (8) est formé sur la première face du substrat (6), le résonateur diélectrique (10) est sur le plan de masse (8), l'antenne à résonateur diélectrique (2) comprend en outre quatre lignes électriquement conductrices (20, 22, 24, 26), disposées sur la deuxième face du substrat (6) et respectivement reliées aux quatre sondes (12, 14, 16, 18) à travers des trous (28, 30, 32, 34) traversant le substrat et le plan de masse, et les circuits électroniques élémentaires sont reliés aux sondes par l'intermédiaire des lignes électriquement conductrices.
2. Récepteur selon la revendication 1, dans lequel les première à quatrième sondes électriquement conductrices (12 à 18) sont en contact avec la périphérie du résonateur diélectrique (10) .
3. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le résonateur diélectrique (10) est cylindrique.
4. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la permittivité relative du résonateur diélectrique (10) est supérieure à 10.
5. Récepteur selon la revendication 4, dans lequel le résonateur diélectrique (10) est fait de ZrSnTi04.
6. Récepteur selon la revendication 5, dans lequel la permittivité relative du substrat (6) est sensiblement égale à 6.
7. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les premier et deuxième circuits électroniques élémentaires sont des amplificateurs différentiels (36, 38) .
8. Récepteur à antenne en réseau phasé, comprenant un ensemble (52) de récepteurs d'ondes électromagnétiques, conformes au récepteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Récepteur selon la revendication 8, dans lequel les récepteurs d'ondes électromagnétiques ont un substrat diélectrique commun (54), ayant des première et deuxième faces opposées, et un plan de masse commun (56), formé sur la première face du substrat, les résonateurs diélectriques (58) des récepteurs d'ondes électromagnétiques sont sur le plan de masse, les lignes électriquement conductrices de ces récepteurs sont formées sur la deuxième face du substrat et sont reliées aux sondes des récepteurs à travers des trous traversant le substrat et le plan de masse, et les circuits électroniques élémentaires (60) sont formés sur la deuxième face du substrat.
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