WO2015079038A2 - Structure antennaire compacte pour télécommunications par satellites - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une structure antennaire (10) pour télécommunications, notamment par satellite, caractérisée en ce que la structure antennaire (10) comprend au moins une antenne élémentaire (12) présentant une forme hélicoïdale et dimensionnée pour émettre et/ou recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence comprise entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku.
Description
Structure antennaire compacte pour télécommunications par satellites
La présente invention concerne une structure antennaire pour télécommunications, une plateforme comprenant la structure antennaire et un procédé de communication par satellites entre deux stations utilisant la structure antennaire.
Dans le domaine des communications satellitaires haut débit (c'est-à-dire ne transmettant pas uniquement de la voix), l'obtention d'une communication de bonne qualité implique des performances particulières pour les ondes électromagnétiques produites par la structure antennaire utilisée dans la communication en termes de gain et de niveau des lobes secondaires (rapport entre l'intensité des lobes secondaires et l'intensité du lobe principal).
Pour cela, il est connu d'utiliser, par exemple, une structure antennaire de type parabolique comprenant une source produisant des ondes électromagnétiques et une parabole agencée pour focaliser les ondes électromagnétiques produites par la source. La source est positionnée à un point focal de la parabole.
Afin d'avoir les meilleures performances au regard des critères mentionnés précédemment en termes de gain et de niveau des lobes secondaires, la parabole doit présenter un diamètre d'au moins 40 centimètres pour éviter un masquage important de la source émettrice.
Toutefois, dans le cas précédent, pour pointer le faisceau rayonné dans une direction particulière, deux motorisations sont nécessaires. Aussi, la structure antennaire peut présenter un encombrement gênant dans certaines applications impliquant notamment l'implantation de la structure antennaire sur une plateforme aérienne, par exemple, sur un hélicoptère.
Il est également connu d'utiliser une structure antennaire à balayage électronique par déphasage. Une telle structure antennaire implique d'utiliser des sources élémentaires le plus souvent sous la forme de patchs (notamment superposés) pour obtenir une bande passante relativement large. La vérification du critère en terme de gain pour la structure antennaire impose, en outre, de recourir à la mise en réseau d'un certain nombre de sources élémentaires.
Mais, cela entraîne une augmentation de l'encombrement global de la structure antennaire. De plus, dans le cas où l'émission d'une polarisation circulaire est souhaitée, l'emploi d'une structure antennaire à balayage électronique peut impliquer d'employer un polariseur additionnel, ce qui peut dégrader légèrement le gain de la structure rayonnante comprenant la structure antennaire et le polariseur. En outre, pour pointer le faisceau dans une direction particulière, au moins une motorisation est indispensable.
En fonction de l'encombrement global de la structure antennaire, des contraintes fortes en terme de couple moteur sont nécessaires au niveau du dispositif de motorisation à utiliser.
Il existe donc un besoin pour une structure antennaire pour télécommunications, en particulier satellitaires, présentant un encombrement réduit (c'est-à-dire un diamètre inférieur à 10 fois la longueur d'onde relative à la fréquence de fonctionnement) tout en permettant l'obtention d'une communication haut débit de bonne qualité, notamment en termes de gain et de réduction des lobes secondaires.
A cet effet, l'invention propose une structure antennaire pour télécommunications, notamment par satellite, comprenant au moins une antenne élémentaire présentant une forme hélicoïdale et dimensionnée pour émettre et/ou recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence comprise entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku.
Suivant des modes de réalisation particuliers, la structure antennaire comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la structure antennaire comprend une surface d'émission-réception, chaque antenne élémentaire s'étendant entre une première extrémité adjacente à la surface d'émission-réception et une deuxième extrémité distante de la surface d'émission- réception ;
- la structure antennaire comprend un boîtier dont la surface de base est la surface d'émission-réception délimitant une cavité d'alimentation des antennes élémentaires en ondes électromagnétiques agencée en contact avec la surface d'émission-réception ;
- les antennes élémentaires sont dépourvues d'une boucle d'insertion du champ magnétique et comprennent en outre un élément d'insertion du champ électrique ;
- l'élément d'insertion est une tige métallique et les antennes élémentaires comprennent en outre un dispositif diélectrique d'isolation inséré entre la tige et le boîtier ;
- la structure antennaire comprend en outre un radôme propre à être fixé au boîtier et comportant une cavité de positionnement apte à recevoir le dispositif diélectrique dans une position insérée ;
- le boîtier comporte une première paroi intérieure parallèle à la surface d'émission-réception, la surface d'émission-réception étant comprise entre la première paroi intérieure et le radôme, et le dispositif diélectrique est en appui contre la première paroi intérieure lorsque le radôme est fixé au boîtier et le dispositif diélectrique est dans sa position insérée ;
- le dispositif diélectrique comporte une cavité de réception de la tige ;
- la tige comporte une première partie rectiligne cylindrique à base circulaire, le dispositif diélectrique comporte une première partie d'extrémité et une deuxième partie d'extrémité cylindrique à base circulaire, et la cavité de réception comporte une cavité axiale propre à recevoir la première partie rectiligne, la première partie rectiligne présentant un quatrième diamètre, la deuxième partie d'extrémité présentant un sixième diamètre et la cavité axiale présentant une deuxième profondeur égale à la moitié de la somme du quatrième diamètre et du sixième diamètre ;
- le dispositif diélectrique comporte une couronne cylindrique à base circulaire présentant un septième diamètre, la surface d'émission-réception comporte un orifice d'accès coaxial apte à recevoir le dispositif diélectrique, l'orifice d'accès coaxial est cylindrique à base circulaire et présente un premier diamètre supérieur au septième diamètre ;
- la structure antennaire est de forme générale circulaire et comprend au moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires, les antennes élémentaires de chaque ensemble étant agencées le long d'un cercle de rayon propre de cet ensemble, tous lesdits cercles étant concentriques ;
- la structure antennaire comprend une surface d'émission-réception de forme générale rectangulaire ;
- la structure antennaire comprend des sources d'alimentation et au moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires, les antennes élémentaires de chaque ensemble étant le long d'une ligne propre de cet ensemble, chaque ligne étant parallèle aux autres lignes propres et étant alimentée par une source d'alimentation respective.
En outre, l'invention se rapporte aussi à une plateforme, notamment aérienne, comprenant au moins une structure antennaire telle que décrit précédemment.
La présente invention a également pour objet un procédé de télécommunication, notamment par satellite, entre deux stations comprenant une étape d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku, par une structure antennaire telle que décrit précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui sont :
- figures 1 à 3, des schémas d'une structure antennaire selon un premier mode de réalisation respectivement en vue de haut, en perspective et en vue de côté ;
- figure 4, un graphique montrant l'évolution de l'adaptation de la structure antennaire du premier mode de réalisation en fonction de la fréquence (cas d'une structure adaptée par les bandes satellite en bande X) ;
- figure 5, un diagramme de rayonnement en gain de la structure antennaire du premier mode de réalisation ;
- figures 6 et 7, des schémas d'une structure antennaire selon un deuxième mode de réalisation en perspective et en vue de côté ;
- figure 8, un diagramme de rayonnement en gain de la structure antennaire du deuxième mode de réalisation ;
- figures 9 et 10, des schémas d'une structure antennaire selon un troisième mode de réalisation en perspective vue de haut et en perspective vue du bas, et
- figure 1 1 , un graphique montrant l'évolution du gain en fonction de l'angle d'émission considéré pour la structure antennaire du troisième mode de réalisation ;
- Figures 12 et 13, des vues partielles en coupe selon un plan transversal de la structure antennaire de la figure 1 , la structure antennaire étant munie d'un dispositif diélectrique d'isolation apte à maintenir la rectitude de l'antenne élémentaire et à assurer les performances de rayonnement optimales.
Une structure antennaire 10 pour télécommunications, notamment par satellite, est représentée sur la figure 1 .
La structure antennaire 10 comprend une antenne élémentaire 12, une surface d'émission-réception 14 et un radôme 16.
L'antenne élémentaire 12 présente une forme hélicoïdale. Ainsi, l'antenne élémentaire 12 comporte une partie émissive constituée d'un fil métallique décrivant une spirale qui s'enroule autour d'un axe. En l'occurrence, cet axe est la normale à la surface d'émission-réception 14. La projection de la spirale sur la surface d'émission-réception 14 est un cercle dont le diamètre est noté D. De manière connue en soi, le diamètre de la projection de la spirale, le nombre de spires de la spirale, l'espacement entre ces spires permettent de déterminer la ou les fréquences que l'antenne élémentaire 12 est propre à émettre ou à recevoir.
L'antenne élémentaire 12 peut être dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz pour des applications dans le contexte des communications satellitaires Cela signifie qu'une telle antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z inférieure à 20 millimètres (mm) et un diamètre inférieur à 30 mm.
Avantageusement, l'antenne élémentaire 12 est dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise entre 4 GHz et 50 GHz. Cela signifie qu'une telle antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 1 ,5 mm et 20 mm et un diamètre compris entre 2 mm et 30 mm.
De préférence, l'antenne élémentaire 12 est dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku.
Par définition, une onde électromagnétique dans le domaine de communications satellitaires appartient à la bande X lorsque l'onde présente une fréquence comprise entre 7,2 GHz et 8,4 GHz. Ainsi, une antenne élémentaire 12 est propre à émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique appartenant à la bande X si l'antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 9 mm et 10 mm et un diamètre compris entre 14 mm et 15 mm.
Par définition, une onde électromagnétique dans le domaine des communications satellitaires appartient à la bande Ku lorsque l'onde présente une fréquence comprise entre 10,7 GHz et 14,25 GHz. Ainsi, une antenne élémentaire 12 est propre à émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique appartenant à la bande Ku si l'antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 6 mm et 8 mm et un diamètre compris entre 10 mm et 12 mm.
L'antenne élémentaire 12 s'étend entre une première extrémité 18 alimentée par un accès coaxial présent sur la surface d'émission-réception 14 et une deuxième extrémité 20 distante de la surface d'émission-réception 14. La première extrémité 18 est adjacente à la surface d'émission réception 14. L'antenne élémentaire 12 fait ainsi saillie depuis la surface d'émission-réception 14.
La surface d'émission-réception 14 est de forme circulaire.
La surface d'émission-réception 14 présente une aire A inférieure ou égale à 100*λ2 où « * » désigne l'opération mathématique de multiplication, et λ désigne la longueur d'onde moyenne des différentes longueurs d'ondes des ondes que les antennes élémentaires 12 sont dimensionnées à émettre et/ou recevoir.
Par exemple, selon l'exemple de la figure 1 , l'aire A est inférieure à 7600 mm2.
La structure antennaire 10 comporte, en outre, un boîtier 22 cylindrique dont la surface de base est la surface d'émission-réception 22.
Le boîtier 22 délimite une cavité d'alimentation de l'antenne élémentaire 12 en ondes électromagnétiques agencée avec des orifices d'accès coaxiaux présents sur la surface d'émission-réception 14.
Le boîtier 22 comporte une entrée 24 d'injection d'une onde électromagnétique, le champ électrique de l'onde électromagnétique se propageant ensuite dans la cavité radiale.
L'antenne élémentaire 12 est pourvue d'élément d'insertion du champ électrique. Cela signifie que l'antenne élémentaire 12 est dépourvue d'une boucle d'insertion du champ magnétique.
Dans un exemple, l'élément d'insertion du champ électrique est une tige métallique pouvant être ou non en contact avec le boîtier 22. Dans le cas où il n'aurait pas de contact, un dispositif diélectrique d'isolation est inséré entre la tige et le boîtier 22 qui permet de maintenir la rectitude de la tige et incidemment de l'antenne élémentaire 12. Idéalement ce dispositif diélectrique présente des caractéristiques diélectriques inférieures à 4 afin de garantir des performances optimales de la structure antennaire.
Le radôme 16 présente une forme cylindrique dont la base est la surface d'émission-réception 14.
Le radôme 16 présente un diamètre inférieur à 50 millimètres (mm). Le radôme 16 présente une extension, le long de la direction Z, inférieure à 14 mm et est positionné à une distance supérieure à 1 mm des antennes élémentaires 12.
La structure antennaire 10 peut être en plastique métallisé, notamment le boîtier 22 et l'antenne élémentaire 22 sont dans un tel matériau pour limiter son poids global. Mais idéalement, le matériau doit être un métal conducteur.
En fonctionnement, la structure antennaire 10 est alimentée par une onde électromagnétique. L'antenne élémentaire 12 capte le champ électrique issu de cette onde électromagnétique pour émettre une onde dans la bande de fréquence souhaitée.
La figure 4 montre que sur toute la bande d'intérêt (dans ce cas, il s'agit de la bande X) l'adaptation est inférieure à -20 dB. Cela témoigne de la bonne adaptation en terme d'impédance de l'antenne pour un fonctionnement dans la bande X.
Il apparaît sur la figure 5 que la structure antennaire 10 présente un gain de l'ordre de 13 dB.
La source élémentaire hélicoïdale présente une large bande, soit une bande supérieure à 25% autour de la fréquence centrale de fonctionnement, à polarisation circulaire et une très bonne efficacité de rayonnement (notamment le rapport axial pour une aussi petite antenne est meilleur que dans l'état de la technique et apodisation de l'onde émise facilitée).
Il en résulte que la structure antennaire 10 présente des meilleures performances qu'une parabole de taille réduite, une meilleure compacité et un poids réduit (cet effet étant accentué dans les autres modes de réalisation présentés ci-après). Ce poids réduit
permet de réduire les contraintes notamment dans le cas où la structure antennaire 10 est accompagnée d'un positionneur mécanique. La structure antennaire 10 est capable d'émettre une onde polarisée circulaire sans utilisation d'un polariseur additionnel.
Les figures 6 et 7 illustrent un deuxième mode de réalisation de la structure antennaire 10 selon l'invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.
Dans le deuxième mode de réalisation, au lieu d'une seule antenne élémentaire 12, la structure antennaire 10 comporte une pluralité d'antennes élémentaires 12.
Chaque antenne élémentaire 12 des figures 6 et 7 est identique à l'antenne élémentaire 12 décrite en référence à la figure 1 .
En variante, certaines antennes sont différentes.
La structure antennaire 10 comprend au moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires 12. Selon l'exemple de la figure 6, la structure antennaire 10 comprend quatre ensembles 30, 32, 34, 36 de pluralité d'antennes élémentaires 12.
Les antennes élémentaires 12 de chaque ensemble 30, 32, 34, 36 sont agencées le long d'un cercle de rayon propre de cet ensemble 30, 32, 34, 36, tous lesdits cercles 30, 32, 34, 36 étant concentriques.
Ainsi, dans le cas de la figure 6, le premier ensemble 30 comprend six antennes élémentaires 12 agencées le long d'un premier cercle présentant un premier rayon R1 ; le deuxième ensemble 32 comprend quatorze antennes élémentaires 12 agencées le long d'un deuxième cercle présentant un deuxième rayon R2 ; le troisième ensemble 34 comprend vingt antennes élémentaires 12 agencées le long du troisième cercle présentant un troisième rayon R3 et le quatrième ensemble 36 comporte vingt-six antennes élémentaires 12 agencées le long du quatrième cercle présentant un quatrième rayon R4. Les quatre rayons R1 , R2, R3, R4 sont tels que le premier rayon R1 est inférieur au deuxième rayon R2, que le deuxième rayon R2 est inférieur au troisième rayon R3, que le troisième rayon R3 est inférieur au quatrième rayon R4.
Les antennes élémentaires 12 sont pourvues d'éléments d'insertion du champ électrique. Selon l'exemple représenté, les éléments d'insertion du champ électrique sont en forme de tiges métalliques. Cela signifie que les antennes élémentaires 12 sont dépourvues d'une boucle d'insertion du champ magnétique.
La structure antennaire 10 comporte, en outre, un boîtier 22 cylindrique dont la surface de base est la surface d'émission-réception 22.
Les tiges alimentant les antennes élémentaires 12 peuvent être ou non en contact avec le boîtier 22. Dans le cas où il n'y aurait pas de contact, un dispositif diélectrique
d'isolation est inséré entre la tige et le boîtier 22 qui permet de maintenir la rectitude de la tige et incidemment de l'antenne élémentaire 12.
Le boîtier 22 délimite une cavité d'alimentation des antennes élémentaires 12 en ondes électromagnétiques agencée en contact avec la surface d'émission-réception 14.
Le radôme 16 présente une forme cylindrique dont la base est la surface d'émission-réception 14.
Le radôme 16 présente un diamètre inférieur à 350 mm et une hauteur inférieure à
30 mm.
Le fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le deuxième mode de réalisation est similaire au fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le premier mode de réalisation.
Il apparaît sur la figure 8 que la structure antennaire 10 présente un gain de l'ordre de 28 dB.
Dans le cas du mode de réalisation avec une cavité radiale pour l'alimentation (surface d'émission-réception 14 en format circulaire), la réalisation de la structure antennaire 10 est simplifiée puisque la cavité d'alimentation est peu complexe.
En outre, la structure antennaire 10 présente une large bande, supérieure à 10 % autour de la fréquence centrale de fonctionnement et une très bonne efficacité de rayonnement (meilleure que 70 %) avec des pertes faibles.
L'optimisation de la structure antennaire 10 pour améliorer la réduction des lobes secondaires est également facile à mettre en œuvre puisque ceux-ci dépendent uniquement de la position et de l'orientation des antennes élémentaires 12.
La taille de la structure antennaire 10 est réduite, notamment dans la direction Z. Il en résulte une meilleure compacité de la structure antennaire 10.
Le gain de la structure antennaire 10 est aisément contrôlable puisque l'augmentation du nombre d'antennes élémentaires 12 entraîne une augmentation du gain de la structure antennaire 10.
La structure antennaire 10 présente une masse plus faible que la parabole d'une structure antennaire 10 parabolique dont la source est déportée, notamment si la matière est du plastique métallisé.
De plus, dans le cas où la structure antennaire 10 est réalisée en plastique métallisé, ceci peut conduire à des baisses du coût de fabrication de la structure antennaire 10.
Les figures 9 et 10 illustrent un troisième mode de réalisation de la structure antennaire 10. Les éléments identiques au premier mode de réalisation de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.
Dans le troisième mode de réalisation, au lieu d'une seule antenne élémentaire 12, la structure antennaire 10 comporte une pluralité d'antennes élémentaires 12.
Chaque antenne élémentaire 12 de la figure 9 est identique à l'antenne élémentaire 12 décrite en référence à la figure 1 .
En variante, certaines antennes sont différentes.
La structure antennaire 10 comprend au moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires 12. Selon l'exemple de la figure 9, la structure antennaire 10 comprend douze ensembles 50 de pluralité d'antennes élémentaires 12.
En outre, chaque ensemble 50 comprend douze antennes élémentaires 12 alimentées en mode propagatif dans un guide linéaire.
Les antennes élémentaires 12 de chaque ensemble 50 sont le long d'une ligne propre de cet ensemble 50.
Chaque ligne propre est parallèle aux autres lignes propres.
Il apparaît sur la figure 1 1 qu'un ensemble 50 présente un gain de l'ordre de 23 dB.
La structure antennaire 10 comprend une pluralité de sources élémentaires 52. Le nombre de sources élémentaires 52 est identique au nombre d'ensembles 50 que comprend la structure antennaire 10. En l'occurrence, la structure antennaire 10 comporte douze sources élémentaires 52. Chaque antenne élémentaire 12 est alimentée par une source d'alimentation 52 respective.
Le radôme 16 présente une forme parallélépipédique dont la base est la surface d'émission-réception 14.
Dans le cas de la bande X, le radôme 16 présente une longueur inférieure à 300 mm et une largeur inférieure à 200 mm.
Le fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le troisième mode de réalisation est similaire au fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le premier mode de réalisation.
Dans le cas du mode de réalisation avec un guide en mode propagatif pour l'alimentation (surface d'émission-réception 14 en format planaire), les pertes sont diminuées, notamment dans le cadre d'une utilisation de type antenne à balayage.
En outre, l'antenne élémentaire 12 étant compacte, les possibilités de pointage d'un axe précis sont augmentées.
La réalisation de la structure antennaire 10 est également simplifiée.
Ainsi, dans tous les modes de réalisations, du fait que l'antenne élémentaire 12 est large bande, de polarisation circulaire et présente une bonne efficacité de rayonnement, la structure antennaire 10 présente un encombrement réduit par rapport
aux structures antennaires de l'état de la technique pour des performances en terme de rayonnement identiques. La structure antennaire 10 est capable d'émettre une émission polarisée circulaire sans utilisation d'un polariseur additionnel. Cette meilleure compacité s'accompagne d'un gain en légèreté et d'un gain en performance de rayonnement (large bande) par rapport à une parabole de petite taille (diamètre inférieur à 40 cm pour un fonctionnement en bande X). En outre, la structure antennaire 10 est de réalisation aisée et peut être fabriquée à bas coût.
Ainsi, la structure antennaire 10 proposée est utilisable en substitution d'une antenne parabolique de petite dimension et/ou d'une antenne à balayage pour des applications de télécommunications entre deux stations, notamment par satellite. Il est à noter que dans ce cas, le diagramme de rayonnement de la structure antennaire 10 ainsi réalisée est conforme aux gabarits spécifiés pour être utilisé avec certains satellites.
Une telle structure antennaire 10 est avantageusement utilisable dans une plateforme, notamment aérienne de type hélicoptère. Dans le cadre de cette utilisation, la compacité de la structure antennaire 10 permet de réduire les contraintes sur les implantations d'équipements dans la plateforme.
La figure 12 illustre un quatrième mode de réalisation de la structure antennaire 10 selon l'invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.
Dans la suite de cette description, il est utilisé le repère défini dans la figure 1 , dans lequel la direction Z est la normale à la surface d'émission-réception 14.
Dans le quatrième mode de réalisation, l'antenne élémentaire 12 comporte un élément d'insertion du champ électrique 100.
Le boîtier 22 présente une première paroi intérieure 102 et une deuxième paroi intérieure 104 qui délimitent selon la direction Z la cavité d'alimentation en ondes électromagnétiques.
Au moins un orifice d'accès coaxial 106 est ménagé dans la surface d'émission- réception 14.
Le radôme 16 comprend une troisième paroi intérieure 108 et une cavité de positionnement 1 10. Le radôme 16 est configuré pour être fixé au boîtier 22.
Un dispositif diélectrique d'isolation 1 12 est inséré entre la tige et le boîtier 22. Le dispositif diélectrique 1 12 est prévu pour maintenir la rectitude de l'antenne élémentaire 12. Le dispositif diélectrique d'isolation 1 12 permet également d'empêcher le contact entre l'antenne élémentaire 12 et le boîtier 22.
Selon l'exemple de la figure 12, l'élément d'insertion du champ électrique 100 est une tige. En outre, la tige 100 est réalisée en métal.
Dans le cas de la figure 12, la tige 100 est coudée de sorte que la tige 100 comporte deux parties rectilignes 1 14, 1 16 reliées par un coude 1 18.
La première paroi intérieure 102 est parallèle à la surface d'émission-réception 14. Sur la figure 12, la première paroi intérieure 102 est en forme d'un disque. La première paroi inférieure 102 est distante, selon la direction Z, d'une première distance H1 de la surface d'émission-réception 14.
La deuxième paroi intérieure 104 est parallèle à la surface d'émission- réception 14. La deuxième paroi intérieure 104 est portée par la même pièce que la surface d'émission-réception 14. Sur la figure 12, la deuxième paroi intérieure 104 est en forme d'un disque. L'orifice d'accès coaxial 106 est délimité selon la direction Z par la surface d'émission-réception 14 et la première surface intérieure 100. L'orifice d'accès coaxial 106 est cylindrique à base circulaire, d'axe Z. L'orifice d'accès cylindrique 106 a un premier diamètre D1 .
La troisième paroi intérieure 108 fait face à la surface d'émission-réception 14. Selon la direction Z, la troisième paroi intérieure 108 est distante d'une deuxième distance H2 de la deuxième paroi intérieure 104.
La cavité de positionnement 1 10 est configurée pour recevoir le dispositif diélectrique 1 12 dans une position insérée. Sur la figure 12, la cavité de positionnement 1 10 est cylindrique à base circulaire. La cavité de positionnement 1 10 présente un deuxième diamètre D2. La cavité de positionnement 1 10 présente une première profondeur P1 .
Le dispositif diélectrique 1 12 comporte une première extrémité 120, une deuxième extrémité 122, une surface latérale 124 et une cavité 126 de réception de l'antenne élémentaire 12.
La première partie rectiligne 1 14 s'étend le long de la direction Z tandis que la deuxième partie rectiligne 1 16 s'étend le long de la direction Y.
La première partie rectiligne 1 14 présente une première longueur L1 le long de la direction Z. La première partie rectiligne 1 14 est cylindrique, d'axe Z La première partie rectiligne 1 14 est cylindrique à base circulaire. La première partie rectiligne 1 14 présente un troisième diamètre D3.
La deuxième partie rectiligne 1 16 présente une deuxième longueur L2 le long de la direction X. La deuxième partie rectiligne 1 16 est cylindrique d'axe X. La deuxième partie rectiligne 1 16 présente un quatrième diamètre D4. Sur la figure 13, le quatrième diamètre D4 est égal au troisième diamètre D3.
La première longueur L1 est supérieure à la deuxième longueur L2. Selon l'exemple de la figure 12, la première longueur L1 est supérieure au double de la deuxième longueur L2.
La première extrémité 120 est apte à être insérée dans la cavité de positionnement 1 10. La première extrémité 120 est plane. La première extrémité 120 est perpendiculaire à la direction Z. La première extrémité 120 est cylindrique à base circulaire, et présente un cinquième diamètre D5. Le cinquième diamètre D5 est inférieur ou égal au deuxième diamètre D2.
La deuxième extrémité 122 est parallèle à la première extrémité 120. La deuxième extrémité 122 est plane. La deuxième extrémité 122 est cylindrique à base circulaire, et présente un sixième diamètre D6. Le sixième diamètre D6 est supérieur ou égal au cinquième diamètre D5. Le sixième diamètre D6 est inférieur ou égal au premier diamètre D1 .
La surface latérale 124 présente une symétrie de révolution autour de l'axe Z. La surface latérale 124 comporte une première partie d'extrémité 128, une deuxième partie d'extrémité 130 et une partie médiane 132.
La cavité de réception 126 est configurée pour recevoir la tige 100. La cavité de réception 126 est apte à maintenir la tige 100 en position par rapport au dispositif diélectrique 1 12. La cavité de réception 126 est formée par la réunion d'une cavité axiale 134 et d'une cavité latérale 136.
La première partie d'extrémité 128 est située entre la partie médiane 132 de la surface latérale 124 et la première extrémité 120. La première partie d'extrémité 128 comporte un premier épaulement 137, une première portion 138 délimitée selon la direction Z par l'épaulement 137 et la première extrémité 120, et une deuxième portion 139 délimitée selon la direction Z par l'épaulement 137 et la partie médiane 132.
Le premier épaulement 137 est situé à une troisième distance H3 de la première extrémité 120. La troisième distance H3 est inférieure ou égale à la profondeur P1 . Le premier épaulement 137 est situé à une quatrième distance H4 de la deuxième extrémité 122. Sur la figure 12, la quatrième distance H4 est égale à la deuxième distance H2.
La première portion 138 est complémentaire de la cavité de positionnement 1 10.
Sur la figure 12, la première portion 138 est cylindrique d'axe Z. La première portion 138 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la première portion 138 est égal au cinquième diamètre D5. De préférence, la première portion 138 est apte à être montée serrée dans la cavité de positionnement 1 10. Par exemple, le cinquième diamètre D5 est égal au deuxième diamètre D2.
La deuxième portion 139 est cylindrique d'axe Z. La deuxième portion 139 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la deuxième portion 139 est égal au sixième diamètre D6. La deuxième partie d'extrémité 130 est située entre la partie médiane 132 de la surface latérale 124 et la deuxième extrémité 122. La deuxième partie d'extrémité 120 est cylindrique à d'axe Z. La deuxième partie d'extrémité 130 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la deuxième partie d'extrémité 130 est égal au sixième diamètre D6.
La partie médiane 132 est située entre la première partie d'extrémité 128 et la deuxième partie d'extrémité 130. La partie médiane 132 est délimitée selon la direction Z par un deuxième épaulement 140 et un troisième épaulement 142. La partie médiane 132 comporte, en outre, une couronne 144.
Le deuxième épaulement 140 est compris, selon la direction Z, entre la couronne 144 et la première extrémité 120. Le troisième épaulement 142 est compris, selon la direction Z, entre la couronne 144 et la deuxième extrémité 122. Selon la direction Z, le troisième épaulement 142 est situé à une quatrième distance H4 de la deuxième extrémité 122. Sur la figure 12, la quatrième distance H4 est égale à la première distance H1 .
La cavité axiale 134 s'étend entre la deuxième extrémité 122 et le premier épaulement 142. La cavité axiale 134 est apte à recevoir la première partie rectiligne 1 14 par une translation selon la direction Y. Par exemple, la cavité axiale 134 est parallélépipédique. Sur la figure 12, les trois paires de côtés de la cavité axiale 134 sont respectivement perpendiculaires aux directions X, Y et Z. Selon la direction X, la cavité axiale 134 présente une première largeur 11 supérieure ou égale au troisième diamètre D3. Sur la figure 12, la première largeur 11 est égale au troisième diamètre D3.
La cavité axiale 134 est configurée de telle sorte que, lorsque la première partie rectiligne 1 14 est insérée dans la cavité axiale 134, l'axe de révolution de la première partie rectiligne 1 14 est confondu avec l'axe de révolution de la surface latérale 124. Selon la direction Y, la cavité axiale 134 présente une deuxième profondeur P2 égale à la moitié de la somme entre le sixième diamètre D6 et le troisième diamètre D3. En d'autres termes, on a mathématiquement P2=(D6+D3)/2.
La cavité latérale 136 est comprise entre le deuxième épaulement 142 et le troisième épaulement 144. La cavité latérale 136 est apte à recevoir la deuxième partie rectiligne 1 16 par une translation selon la direction Y. Par exemple, la cavité latérale 136 est parallélépipédique. Sur la figure 12, les trois paires de côtés de la cavité axiale 134 sont respectivement perpendiculaires aux directions X, Y et Z. Selon la direction Z, la
cavité latérale 136 présente une deuxième largeur 12 supérieure ou égale au quatrième diamètre D4. Sur la figure 12, la deuxième largeur 12 est égale au quatrième diamètre D4.
La couronne 144 est cylindrique à base circulaire, d'axe Z. La couronne 144 présente un septième diamètre D7. Le septième diamètre D7 est supérieur ou égal au sixième diamètre D6. Sur la figure 12, le septième diamètre D7 est inférieur au premier diamètre D1 .
Selon la direction Y, la cavité latérale 136 présente une troisième profondeur P3 égale à la moitié de la somme entre le septième diamètre D7 et le troisième diamètre D4. En d'autres termes, on a mathématiquement P3 = (D7+D4)/2.
La couronne 144 est délimitée selon la direction Z par le deuxième épaulement
142 et le troisième épaulement 144.
Selon la direction Z, la couronne 144 présente une troisième largeur L3. La troisième largeur L3 est supérieure au quatrième diamètre D4.
Le fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le quatrième mode de réalisation est similaire au fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le premier mode de réalisation.
Une fois inséré dans la cavité de positionnement 1 10, la rectitude du dispositif diélectrique 1 12 est fixée par la construction du radôme 16 et de la cavité de positionnement 1 10. Aucun outil spécifique n'est donc employé pour fixer la rectitude du dispositif diélectrique 1 12. Lorsque le dispositif diélectrique 1 12 est dans sa position insérée, le dispositif diélectrique est fixe par rapport au radôme 16, en l'absence d'une force exercée par un opérateur. Cela signifie que, lorsque le dispositif diélectrique 1 12 est dans sa position insérée, la cavité de positionnement 1 10 exerce sur le dispositif diélectrique une force de serrage supérieure à la somme des poids du dispositif diélectrique 1 12 et de l'antenne élémentaire 12.
De plus, il est possible de pré-assembler une pluralité d'antennes élémentaires 12 et de dispositifs diélectriques 1 12 au radôme 16 avant de fixer le radôme 16 au boîtier 22. Chacune des antennes élémentaires 12 peut être retirée ou remplacée aisément. Le montage de la structure antennaire 10 est ainsi simplifié. Lors du montage de la structure antennaire 10, l'antenne élémentaire 12 est insérée dans le dispositif diélectrique 1 12. Le dispositif diélectrique 1 12 est ensuite inséré dans la cavité de positionnement 1 10, puis le radôme 16 est fixé au boîtier 22. Le dispositif diélectrique 1 12 s'étend alors à travers l'orifice d'accès coaxial 106 sans être en contact avec la surface d'émission-réception 14.
Claims
1 .- Structure antennaire (10) pour télécommunications, notamment par satellite, caractérisée en ce que la structure antennaire (10) comprend au moins une antenne élémentaire (12) présentant une forme hélicoïdale et dimensionnée pour émettre et/ou recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence comprise entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku.
2.- Structure antennaire selon la revendication 1 comportant une surface d'émission-réception (14), chaque antenne élémentaire (12) s'étendant entre une première extrémité (18) adjacente à la surface d'émission-réception (14) et une deuxième extrémité (20) distante de la surface d'émission-réception (14).
3.- Structure antennaire selon la revendication 2, dans laquelle la structure antennaire (10) comporte, en outre, un boîtier (22) dont la surface de base est la surface d'émission-réception (14) délimitant une cavité d'alimentation des antennes élémentaires (12) en ondes électromagnétiques agencée en contact avec la surface d'émission- réception (14).
4.- Structure antennaire selon la revendication 3, dans laquelle les antennes élémentaires (12) sont dépourvues d'une boucle d'insertion du champ magnétique et comprennent en outre un élément d'insertion du champ électrique (100).
5.- Structure antennaire selon la revendication 4, dans laquelle l'élément d'insertion (100) est une tige métallique et les antennes élémentaires (12) comprennent, en outre, un dispositif diélectrique (1 12) d'isolation inséré entre la tige (100) et le boîtier (22).
6.- Structure antennaire selon la revendication 5, comprenant, en outre, un radôme (16) propre à être fixé au boîtier (22) et comportant une cavité de positionnement (1 10) apte à recevoir le dispositif diélectrique (1 12) dans une position insérée.
7.- Structure antennaire selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle le boîtier (22) comporte une première paroi intérieure (102) parallèle à la surface d'émission-réception (14), la surface d'émission-réception (14) étant comprise entre la première paroi intérieure
(102) et le radôme (16), le dispositif diélectrique (1 12) étant en appui contre la première paroi intérieure (102) lorsque le radôme (16) est fixé au boîtier (22) et le dispositif diélectrique (1 12) est dans sa position insérée.
8.- Structure antennaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle le dispositif diélectrique (1 12) comporte une cavité (126) de réception de la tige (100).
9. - Structure antennaire selon la revendication 8, dans laquelle la tige (100) comporte une première partie rectiligne (1 14) cylindrique à base circulaire, le dispositif diélectrique (1 12) comporte une première partie d'extrémité (128) et une deuxième partie d'extrémité (130) cylindrique à base circulaire, et la cavité de réception (126) comporte une cavité axiale (134) propre à recevoir la première partie rectiligne (1 14),
la première partie rectiligne (1 14) présentant un quatrième diamètre (D4), la deuxième partie d'extrémité (130) présentant un sixième diamètre (D6) et la cavité axiale (134) présentant une deuxième profondeur (P2) égale à la moitié de la somme du quatrième diamètre (D4) et du sixième diamètre (D6).
10. - Structure antennaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans laquelle le dispositif diélectrique (1 12) comporte une couronne (144) cylindrique à base circulaire présentant un septième diamètre (D7), la surface d'émission-réception (14) comporte un orifice d'accès coaxial (106) apte à recevoir le dispositif diélectrique (1 12), l'orifice d'accès coaxial (106) étant cylindrique à base circulaire et présentant un premier diamètre (D1 ), le premier diamètre (D1 ) étant supérieur au septième diamètre (D7).
1 1 . - Structure antennaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, dans laquelle la surface d'émission-réception (14) est de forme générale circulaire et la structure antennaire (10) comprend au moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires (12), les antennes élémentaires (12) de chaque ensemble (30, 32, 34, 36) étant agencées le long d'un cercle de rayon propre (R1 , R2, R3, R4) de cet ensemble (30, 32, 34, 36), tous lesdits cercles étant concentriques.
12. - Structure antennaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, dans laquelle la surface d'émission-réception (14) est de forme générale rectangulaire.
13. - Structure antennaire selon la revendication 12, comprenant des sources d'alimentation (52) et au moins deux ensembles (50) d'une pluralité d'antennes élémentaires (12), les antennes élémentaires (12) de chaque ensemble (50) étant le long d'une ligne propre de cet ensemble (50), chaque ligne étant parallèle aux autres lignes propres et étant alimentée par une source d'alimentation (52) respective.
14. - Plateforme, notamment aérienne, comprenant au moins une structure antennaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
15.- Procédé de télécommunication, notamment par satellite, entre deux stations comprenant une étape d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku, par une structure antennaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
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