WO2019238643A1 - Systeme de depointage a formation de faisceau - Google Patents

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WO2019238643A1
WO2019238643A1 PCT/EP2019/065150 EP2019065150W WO2019238643A1 WO 2019238643 A1 WO2019238643 A1 WO 2019238643A1 EP 2019065150 W EP2019065150 W EP 2019065150W WO 2019238643 A1 WO2019238643 A1 WO 2019238643A1
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WO
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guiding structure
forming device
beam forming
rotation
depointing
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/065150
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English (en)
Inventor
Romain Czarny
Hervé Legay
Gilles Quagliaro
Mauro Ettorre
Ronan Sauleau
Original Assignee
Thales
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite De Rennes 1
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/14—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying the relative position of primary active element and a refracting or diffracting device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/22—Longitudinal slot in boundary wall of waveguide or transmission line
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
    • H01Q21/0043—Slotted waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism

Definitions

  • the invention relates to a system for depointing a microwave beam, and to an antenna comprising at least one microwave source and such a depointing system. It relates in particular to antennas which must have an ultra-flat profile.
  • the field of the invention relates to steerable beam antennas. It can be implemented in the context of dynamic links, for example for satellite communications (also called Satcom according to English terminology), on-board radars, missile seeker, detection and avoidance systems (also called sense and avoid systems), jammers and periscope radar systems, or in the context of static links, for example for telecommunications networks.
  • dynamic links for example for satellite communications (also called Satcom according to English terminology), on-board radars, missile seeker, detection and avoidance systems (also called sense and avoid systems), jammers and periscope radar systems
  • static links for example for telecommunications networks.
  • the beam generated by the antenna must accompany the path of the carrier or the target, thanks to a tracking system.
  • the beam in a static link, the beam must be able to be reoriented in the event of a change in the positioning of one of the telecommunication elements.
  • VICTS Very-Inclination Continuous Transverse Stub
  • a network antenna comprising an upper conductive plate equipped with pins ( or “stubs” according to English terminology), and a lower conductive plate, equipped with corrugations having variable dimensions and intended to modify the impedance of the guide formed by the two plates.
  • the upper conductor plate and the lower conductor plate are spaced from each other by a height-adjustable guide structure, and are rotatable with respect to each other.
  • the rotation of the upper plate relative to the lower plate is used to vary the inclination of a linearly polarized wave, generated by a source integral with the lower plate.
  • This structure has several drawbacks.
  • the posts are extruded at a predetermined angle, which can complicate their machining.
  • machining the corrugations of the lower conductive plate is a delicate and expensive operation.
  • the variable height between the upper plate and the lower plate leaves no room for inserting a polarizer, in particular at the end of the plate where the height is minimum; polarization is therefore exclusively linear.
  • the source is secured to the bottom plate, which can bring additional constraints related to the supply of the source.
  • Figure 1 describes the operating principle of such a device applied to microwave.
  • An antenna emits radiation towards two prisms (PR1, PR2) arranged "back to back”, in rotation relative to one another along an axis ZZ 'perpendicular to the emission surface, and independently.
  • PR1, PR2 two prisms
  • ZZ axis
  • the incident radiation is deflected in a given direction, as a function of the refractive index of the material or materials constituting the prism PR1 and of its angle at the apex.
  • the total deflection angle Q provided by all of the two prisms depends on the angles of rotation of the two prisms, as well as on the refractive index of the material constituting the prism PR2 and its angle at the top.
  • Several types of scanning can be envisaged. The so-called “linear” scanning, in a single plane (site or deposit), is obtained when the prisms are rotating with the same speed, but in opposite directions. The so-called “conical” scanning is obtained when the prisms are rotating with the same speed, and in the same direction. This solution, however, leads to a structure that is too thick, in particular when it is sought to obtain large deflection angles.
  • Document FR 3 043 499 proposes to combine one of the prisms with a dielectric lens.
  • a diffractive grating (having the same function as the PR2 prism in Figure 1) is thus associated in cascade with a holographic component, which consists of an off-axis diffractive lens having a double function of collimation and deflection (corresponding to the prism PR1 in figure 1).
  • the holographic component and the diffractive grating can be rotated, according to the principle of Risley prisms.
  • the source is placed at the focus of the holographic component, in the axis normal to the plane of the holographic component.
  • the F / D ratio which corresponds to the ratio between the focal length and the diameter of the holographic component, must be substantially between 0.3 and 0.5.
  • a too low F / D ratio certainly gives a very compact structure, but imposes a source with a very large opening angle.
  • the structure is more bulky. For example, for an antenna diameter of 40 cm, and for an F / D ratio equal to 0.4, the distance between the source and the holographic component must be 160 mm, which can be penalizing in terms of overall thickness of the antenna.
  • the object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks, by proposing a system for depointing a microwave beam, having a high compactness in height and a reduced manufacturing cost, and configured to radiate both in linear polarization and in circular polarization. .
  • An object of the invention is therefore a system for depointing a microwave beam comprising at least one port for supplying a microwave signal, at least one device, substantially planar, for forming a beam, coupled to the supply port , and configured to form a beam having a direction of propagation forming a non-zero angle with respect to the normal to the plane of the beam forming device, and a deflecting component, configured to deflect the beam formed by the beam forming device, the deflector component and at least part of the beam forming device being movable in rotation about a common axis of rotation.
  • the beam forming device comprises a first guiding structure, a plurality of radiation slots being arranged on the surface of the first guiding structure.
  • the first guiding structure is coupled to the supply port by means of a second guiding structure.
  • the beam forming device is a quasi-optical beam former of the pillbox type, the first guiding structure and the second guiding structure being at least in part. superimposed, a parabolic reflector making the transition between the first guiding structure and the second guiding structure, the supply port being arranged in the focal zone of the parabolic reflector.
  • the supply port comprises a coaxial line equipped with an internal conductor and an external conductor, the coaxial line being fixed relative to the beam forming device, and coupled without contact to the second guiding structure.
  • the inner conductor has one end, called the plunger, entering the second guiding structure through an orifice arranged around the axis of rotation, the plunger being aligned, at least in the second guiding structure, with the axis of rotation, and the second guiding structure comprising a primary reflector, disposed near the plunger.
  • the depointing system comprises two quasi-optical beam formers of the pillbox type, each comprising a parabolic reflector, the parabolic reflectors of each quasi-optical beam former of the pillbox type facing each other, two supply ports being integral in rotation with the beam former and substantially arranged in the focal area of each parabolic reflector so as to form four beams of deviation.
  • the beam forming device is a quasi-optical beam former with a lens, the second guiding structure being fixed relative to the first guiding structure, and being arranged laterally opposite the first guiding structure, a lens being arranged in the second guiding structure.
  • the beam forming device comprises a plurality of radiating antenna elements, the beam forming device being configured so that the antenna elements radiant can be fed according to a predetermined phase law so that a plane wave is formed in the direction of propagation of the beam.
  • the antenna elements are grouped into four sub-networks, each sub-network being configured to form a deviation path.
  • the depointing system comprises a polarization converter mobile in rotation around the common axis of rotation of the beam forming device and the deflector component.
  • the polarization converter is disposed between the beam forming device and the deflector component.
  • the polarization converter comprises a mechanism for adjusting its relative positioning with respect to the beam forming device, depending on the type of polarization conversion to be applied.
  • the invention also relates to an antenna comprising at least one microwave source and the above-mentioned depointing system.
  • FIG. 1 an illustration of the scanning principle based on Risley prisms
  • FIGS. 3 and 4 illustrations of the depointing of a microwave beam, respectively by the beam forming device and by the deflector component;
  • FIG. 5 an illustration of the central power supply of the pillbox type beam forming device
  • FIG. 6 an illustration of the multi-channel and multi-beam operation of the beam forming device
  • FIG. 7 an illustration of the central power supply of the pillbox type beam forming device, applied to the multi-channel and multi-beam operation of the beam forming device;
  • FIG. 8 an illustration of the lateral supply of the lens-type beam forming device
  • FIG. 9 an illustration of the multi-channel operation of the beam forming device
  • FIG. 10 an illustration of the depointing system according to the invention incorporating a polarization converter.
  • FIG. 2 illustrates a depointing system according to the invention.
  • a beam forming device FF is excited, at the power supply port PA, by a source of a microwave signal (not shown).
  • microwave signal is meant a signal whose wavelength is between 1 mm and 1 m.
  • the depointing system according to the invention is described in emission mode, with a source capable of emitting a microwave beam.
  • the invention applies in the same way to the reception mode, with a receiver capable of receiving a microwave beam.
  • the FF beam former is configured so that the main beam is oriented at a non-zero elevation angle ⁇ from normal to the plane of the FF beam former.
  • the radiation is then said to be “off-axis”.
  • the angle a is fixed at a given frequency.
  • FIG. 3 represents the plane wave OP formed by the beam forming device FF.
  • the beam generated by the beam forming device FF can be in linear polarization, or in circular polarization.
  • the deflection system also includes a deflector component CD, configured to deflect the beam formed by the beam forming device FF.
  • the deflected beam represented by the deflected plane wave OPD in FIG. 4, is oriented at a non-zero angle b relative to the normal to the plane of the beam forming device FF.
  • the beam forming device FF and the deflector component CD have circular shapes. Other forms can be adopted, without departing from the scope of the invention.
  • the beam forming device FF and the deflector component CD are movable in rotation about a common axis of rotation AX.
  • AX common axis of rotation
  • the overall thickness of the depointing system is essentially that of the beam forming device FF, namely typically 2 l, where l is the wavelength corresponding to the central frequency of the microwave signal.
  • the beam forming device FF can be a quasi-optical beam former, according to a leaky-wave antenna structure (or “leaky-wave antenna” according to English terminology), illustrated by FIGS. 5 and 7 ; this structure advantageously has a low thickness, low losses, even for large antennas.
  • the beam forming device FF thus comprises a first guiding structure SG1.
  • a traveling wave generated at the supply port PA is transported in the first guiding structure SG1.
  • the energy which is contained in the first guiding structure SG1 is periodically radiated obliquely, according to the angle of incidence a, via a plurality of radiation slots FE arranged on the surface of the first guiding structure SG1.
  • FIG. 5 illustrates a first embodiment of the beam forming device FF according to a leak wave antenna structure.
  • the beam forming device FF is a quasi-optical beam forming device of the pillbox type.
  • the first guiding structure SG1 is stacked with a second guiding structure SG2.
  • the first guiding structure SG1 and the second guiding structure SG2 can be guides PPW (Parallel Plate Waveguide) or SIW (Substrate Integrated Waveguide).
  • the first guiding structure SG1 and the second guiding structure SG2 are planar waveguides, in order to vertically confine the wave.
  • a parabolic reflector RP makes the transition between the first guiding structure SG1 and the second guiding structure SG2.
  • the PA power port is located in the focal area of the RP parabolic reflector.
  • the pillbox type quasi-optical beam former thus converts a cylindrical TEM mode generated at the power supply port PA into a flat TEM mode, which is radiated obliquely, according to the angle of incidence a.
  • the feed port PA advantageously comprises a coaxial line LC, fixed relative to the beam forming device FF.
  • the LC coaxial line has the advantage of being broadband. It is equipped with an inner conductor Cl (the core of the LC coaxial line) and an outer conductor CE (ground). The inner conductor C1 and the outer conductor CE are separated by an insulator (sheath) of relative permittivity e G , which can in particular be air.
  • the LC coaxial line is fixed relative to the device of beam formation FF, and coupled without contact to the second guiding structure SG2. Contactless coupling makes it possible to do without a rotating joint, and thus to have a gain in height, along the axis of rotation AX.
  • the contactless coupling is carried out via one end of the internal conductor C1, called the plunger PL.
  • the plunger PL enters the second guiding structure SG2 through an orifice OR arranged around the axis of rotation AX.
  • the plunger PL is aligned, at least in the second guiding structure SG2, with the axis of rotation AX.
  • a propagation mode is thus excited in the second guiding structure SG2.
  • the second guiding structure SG2 also comprises a primary reflector RE, placed near the plunger PL, preferably at a distance l / 4, where l is the wavelength corresponding to the central frequency of the microwave signal.
  • the primary reflector RE reflects electromagnetic energy which does not initially propagate towards the parabolic reflector RP.
  • An impedance adaptation can be carried out, for example by adding adjustment screws to the wall of the second common guiding structure SG2 backed by the first guiding structure SG1, facing the plunger PL.
  • the adaptation can also be carried out by slightly modifying the position of the plunger PL in the second guiding structure SG2, or the distance of the primary reflector RE with respect to the plunger PL.
  • FIG. 6 illustrates an application of the embodiment of the pillbox type quasi-optical beam former, in multi-channel and multi-beam operation.
  • One of the two deviation pathways (for example V05) can be dedicated to transmission, the other (V06) to reception.
  • V05 the other
  • V06 the other
  • two beams are formed (beams FA1 and FA2 for the channel V05, beams FA3 and FA4 for the channel V06), using two sources, placed in the focal plane of the parabolic reflector RP, for example side by side.
  • the main lobes of each of the beams are directed in slightly different directions while retaining a certain overlap, in order to carry out the deviation measurement.
  • Two pillbox type quasi-optical beam formers each include a RP parabolic reflector.
  • each parabolic reflector RP of each quasi-optical beam former of the pillbox type face each other so as to form two deviation pathways (V05, V06).
  • Each parabolic reflector is associated with two supply ports, to form two beams.
  • Figure 7 illustrates such a configuration. In the figure, only two of the four supply ports (PA1, PA2, PA3, PA4), of the coaxial line type, are visible. The supply ports which are not visible are situated “behind” the two visible supply ports, according to the section plane in FIG. 7.
  • the primary reflector RE is common to the two parabolic reflectors RP. For this application, the power ports cannot be fixed. They are rotated with the beam formers, in an integral manner.
  • FIG. 8 illustrates a second embodiment of the beam forming device FF according to a leak wave antenna structure.
  • the beam forming device FF is a quasi-optical beam former of the lens type.
  • the second guiding structure SG3 is fixed relative to the first guiding structure SG1.
  • the supply is therefore lateral, and not central as in the first embodiment.
  • a lens LE is arranged in the second guiding structure SG3.
  • the lens LE essentially serves as a phase corrector for the wave front generated at the power supply port PA, and makes it possible to convert cylindrical wave fronts into plane wave fronts.
  • a transition dielectric not shown, can be placed in the second guiding structure SG3, between the lens LE and the opening of the first guiding structure SG1 which faces the second guiding structure SG3.
  • the first guiding structure SG1 is movable in rotation about the axis of rotation AX. To guarantee propagation of the wave front formed by the lens LE for all the angles of rotation, it is necessary to provide a propagation of the waves around the entire periphery of the first guiding structure.
  • the first guiding structure SG1 must be open around its entire periphery and therefore mechanically contain dielectric as is the case for example for a guide SIW (Substrate Integrated Waveguide, waveguide integrated in the substrate).
  • SIW Substrate Integrated Waveguide, waveguide integrated in the substrate.
  • the lateral supply of the beam forming device FF makes it possible to gain in compactness according to the height of the depointing system. This embodiment can then be advantageously implemented on aircraft, for which there is a high aerodynamic constraint.
  • the beam forming device FF comprises an array antenna structure. It includes a plurality of radiating antenna elements, which can be arrays of metal plates (or “patches” according to English terminology), arrays of slots, or even dipoles.
  • the antenna elements can be arranged in series, in parallel, or in series / parallel combination.
  • a phase law is applied between the different antenna elements, thereby obtaining a fixed angle depointing.
  • the phase law can be obtained by playing on the supply network of the antenna elements according to the lengths of the lines between the antenna elements and the supply port, and / or the impedance of the lines. Alternatively, the phase law can be obtained using a circuit which produces the desired phase shift for a given frequency.
  • FIG. 9 illustrates an application of the embodiment of the beam former in array antenna configuration, for multi-channel operation, for determining the exact position of the target, according to the deviation technique.
  • the antenna elements are grouped into four sub-networks (SR1, SR2, SR3, SR4), each sub-network being configured to form a deviation path (V01, V02, V03, V04).
  • the beam former then operates in reception, to measure the direction (angle) of arrival of a signal.
  • the reception signals formed in each of the four deviation channels can for example be added or subtracted, to form sum, difference in azimuth and difference in elevation signals, according to the so-called monopulse technique.
  • the reception signals formed in each of the four deviation channels can be processed digitally, by digital combination of the beams (adaptive antenna, or beam formation by calculation).
  • the CD deflector component shown in particular in Figure 2, performs the prism function.
  • the CD deflector component can be a diasporameter produced with a diffractive grating.
  • the diffractive grating can be a ladder network, or preferably comprises dielectric components structured on a sub-l scale, as presented in document FR 3 002 697.
  • the term sub-l scale means components whose patterns are separated from a distance less than 1/2, l being the wavelength of the incident beam.
  • the use of a diffractive network based on dielectric components structured on a sub-l scale advantageously makes it possible to remove the shading effect obtained by a diasporameter produced with ladder networks.
  • it can be produced with purely dielectric microstructures.
  • the microstructures can be produced in a metallic and dielectric hybrid.
  • the microstructures are hybrid in that they include a metallic guide structure, partially filled with dielectric.
  • the microstructures can be exclusively metallic, and printed on a printed circuit.
  • the set of microstructures can form a frequency selective surface, a selective polarization surface, or even a metal plate connected through lines of variable length.
  • the CD deflector component can be planar, forming the microstructures on a planar surface. This arrangement has a minimum size.
  • the microstructures can be formed on a non-planar surface, such as a surface with symmetry of revolution such as a hemisphere or a cone, in order to improve the orientation efficiency for grazing incidences (high angle b ), as presented in the document FR 3 043 499.
  • a 3D surface instead of a flat surface, makes it possible in fact to increase the apparent surface of the antenna and therefore the gain for grazing incidences.
  • the depointing system includes a first rotation mechanism allowing the rotation of the beam forming device FF around the common axis of rotation AX. It also includes a second rotation mechanism allowing the rotation of the CD deflector component around the common axis of rotation AX.
  • the first rotation mechanism and the second rotation mechanism are independent.
  • the depointing system comprises a polarization converter CP mobile in rotation about the common axis of rotation AX of the beam forming device FF and the deflector component CD.
  • the polarization converter CP is particularly useful if the beam from the beam forming device FF is in linear polarization.
  • the polarization converter CP can be placed above the deflector component CD, which makes it possible to mechanically protect the deflector component CD, by acting as a polarizing radome.
  • the polarization converter CP can be placed between the beam forming device FF and the deflector component CD, which allows it to always have the same angle of incidence, namely that of the radiation off the axis of the device beam formation FF.
  • the polarization converter CP advantageously comprises a mechanism for adjusting MR of its relative positioning with respect to the beam forming device FF. In order to properly perform the polarization conversion function, the polarization converter CP must rotate at the same time as the beam former FF.
  • the polarization converter CP consists in this case of a so-called quarter-wave converter. Circular polarization is notably required in the Ka band of satellite communications.
  • the polarization converter CP is then oriented at 45 ° with respect to the plane of polarization of the beam coming from the beam forming device FF.
  • orientation control mechanism to go from a left circular polarization to a right circular polarization, and vice versa, can be achieved for example using a stepper motor and a screw system unending.
  • Linear polarization is particularly required in the X and Ku bands of satellite communications.
  • the change in linear polarization can consist, for example, of converting a horizontal polarization into a vertical polarization, or vice versa.
  • the depointing system according to the invention beyond its performance in terms of compactness, is compatible with low-cost manufacturing methods.
  • the beam forming device FF can in particular be manufactured using SIW, PPW technology, or alternatively using a metal additive manufacturing technique.
  • the CD deflector component can be manufactured in particular according to an additive manufacturing technique, by plastic molding, or even by metal molding, or by combination of the abovementioned techniques.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Système de dépointage d'un faisceau hyperfréquence comprenant au moins un port d'alimentation (PA) d'un signal hyperfréquence, au moins un dispositif, sensiblement plan, de formation de faisceau (FF), couplé au port d'alimentation (PA), et configuré pour former un faisceau présentant une direction de propagation formant un angle (α) non nul par rapport à la normale au plan du dispositif de formation de faisceau (FF), et un composant déflecteur (CD), configuré pour défléchir le faisceau formé par le dispositif de formation de faisceau (FF), le composant déflecteur (CD) et au moins une partie du dispositif de formation de faisceau (FF) étant mobiles en rotation autour d'un axe de rotation commun (AX).

Description

SYSTEME DE DEPOINTAGE A FORMATION DE FAISCEAU
L'invention porte sur un système de dépointage d’un faisceau hyperfréquence, et sur une antenne comprenant au moins une source hyperfréquence et un tel système de dépointage. Elle concerne notamment les antennes devant avoir un profil ultra-plat.
Le domaine de l’invention concerne les antennes à faisceau orientable. Elle peut être mise en oeuvre dans le cadre de liaisons dynamiques, par exemple pour des communications satellites (également appelées Satcom selon la terminologie anglo-saxonne), des radars embarqués, des autodirecteurs de missiles, des systèmes de détection et d’évitement (également appelés systèmes « sense and avoid »), des brouilleurs et des systèmes radars de périscopes, ou dans le cadre de liaisons statiques, par exemple pour des réseaux de télécommunications. Dans une liaison dynamique, dans laquelle le porteur ou la cible sont mobiles, le faisceau généré par l’antenne doit accompagner le trajet du porteur ou de la cible, grâce à un système de dépointage. De la même manière, dans une liaison statique, le faisceau doit pouvoir être réorienté en cas de modification dans le positionnement d’un des éléments de télécommunication.
Plusieurs techniques de dépointage existent actuellement. La première met en oeuvre un dépointage purement mécanique dans la direction souhaitée. Cette technique, qui est la plus répandue et la plus économique, souffre principalement de problèmes inertiels ainsi que d’une mécanique encombrante liée au débattement de l’antenne. En particulier, le débattement peut être gênant sur un véhicule terrestre, où il y a une forte contrainte en termes de volume d’équipement. Il peut également être gênant sur un aéronef, de par la trainée aérodynamique qu’il engendre, ou bien sur le toit d’un train, en raison de la hauteur maximale imposée par les tunnels ou par les caténaires. Les techniques mettant en œuvre un dépointage purement électronique permettent d’éviter le recours à la mécanique pour effectuer le pointage tout en permettant de conserver un profil plat. Bien qu’extrêmement performantes, ces architectures sont complexes du fait de la nécessité de commander électroniquement et de manière indépendante chaque cellule de l’antenne. Elles sont, de ce fait, très onéreuses.
Les techniques antennaire à base de rotation de composants planaires permettent des approches bas-coûts plates. Une solution connue de l’état de la technique est la technologie « VICTS » (Variable-Inclination Continuous Transverse Stub), décrite notamment dans le document US 2004/02331 17. Il décrit une antenne réseau comprenant une plaque conductrice supérieure équipée de tenons (ou « stubs » selon la terminologie anglo-saxonne), et une plaque conductrice inférieure, équipée de corrugations ayant des dimensions variables et destinées à modifier l’impédance du guide formé par les deux plaques. La plaque conductrice supérieure et la plaque conductrice inférieure sont espacées l’une de l’autre par une structure guidante à hauteur variable, et sont mobiles en rotation l’une par rapport à l’autre. La rotation de la plaque supérieure par rapport à la plaque inférieure sert à varier l’inclinaison d’une onde polarisée linéairement, générée par une source solidaire de la plaque inférieure. Cette structure présente plusieurs inconvénients. Premièrement, les tenons sont extrudés selon un angle prédéterminé, ce qui peut complexifier leur usinage. De même, l’usinage des corrugations de la plaque conductrice inférieure est une opération délicate, et onéreuse. La hauteur variable entre la plaque supérieure et la plaque inférieure ne laisse pas de place pour insérer un polariseur, en particulier à l’extrémité de plaque où la hauteur est minimale ; la polarisation est donc exclusivement linéaire. Enfin, la source est solidaire de la plaque inférieure, ce qui peut apporter des contraintes supplémentaires liées à l’alimentation de la source.
Une autre solution est de reprendre le principe d'un balayage optique à base de prismes de Risley. La figure 1 décrit le principe de fonctionnement d'un tel dispositif appliqué aux hyperfréquences. Une antenne émet un rayonnement vers deux prismes (PR1 , PR2) disposés « dos à dos », en rotation l'un par rapport à l'autre suivant un axe ZZ' perpendiculaire à la surface d'émission, et de manière indépendante. Au passage dans le premier prisme PR1 , le rayonnement incident est dévié dans une direction donnée, fonction de l'indice de réfraction du matériau ou des matériaux constituant le prisme PR1 et de son angle au sommet. L'angle de déflexion total Q apporté par l'ensemble des deux prismes (PR1 , PR2) dépend des angles de rotation des deux prismes, ainsi que de l'indice de réfraction du matériau constituant le prisme PR2 et de son angle au sommet. Plusieurs types de balayage peuvent être envisagés. Le balayage dit « linéaire », dans un seul plan (de site ou de gisement), est obtenu lorsque les prismes sont en rotation avec la même vitesse, mais dans des directions opposées. Le balayage dit « conique » est obtenu lorsque les prismes sont en rotation avec la même vitesse, et dans la même direction. Cette solution conduit toutefois à une structure trop épaisse, en particulier lorsque l’on cherche à obtenir des angles de déflexion importants.
Plusieurs solutions ont été proposées afin de gagner en épaisseur, notamment en réduisant le nombre de composants du système de dépointage. Le document FR 3 043 499 propose de combiner un des prismes avec une lentille diélectrique. Un réseau diffractif (ayant la même fonction que le prisme PR2 dans la figure 1 ) est ainsi associé en cascade avec un composant holographique, qui consiste en une lentille diffractive hors d’axe ayant une double fonction de collimation et de déflexion (correspondant au prisme PR1 dans la figure 1 ). Le composant holographique et le réseau diffractif peuvent être mis en rotation, selon le principe des prismes de Risley. La source est placée au foyer du composant holographique, dans l’axe normal au plan du composant holographique. Afin d’assurer correctement la fonction de collimation, le rapport F/D, qui correspond au rapport entre la distance focale et le diamètre du composant holographique doit être compris sensiblement entre 0,3 et 0,5. A diamètre de composant holographique constant, un rapport F/D trop faible donne certes une structure très compacte, mais impose une source avec un angle d'ouverture très grand. A l’inverse, avec un rapport F/D élevé, la structure est plus encombrante. Par exemple, pour un diamètre d’antenne de 40 cm, et pour un rapport F/D égal à 0,4, la distance entre la source et le composant holographique doit être de 160 mm, ce qui peut être pénalisant en termes d’épaisseur globale de l’antenne.
L’invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, en proposant un système de dépointage d’un faisceau hyperfréquence, présentant une forte compacité en hauteur et un coût de fabrication réduit, et configuré pour rayonner tant en polarisation linéaire qu’en polarisation circulaire.
Un objet de l’invention est donc un système de dépointage d’un faisceau hyperfréquence comprenant au moins un port d’alimentation d’un signal hyperfréquence, au moins un dispositif, sensiblement plan, de formation de faisceau, couplé au port d’alimentation, et configuré pour former un faisceau présentant une direction de propagation formant un angle non nul par rapport à la normale au plan du dispositif de formation de faisceau, et un composant déflecteur, configuré pour défléchir le faisceau formé par le dispositif de formation de faisceau, le composant déflecteur et au moins une partie du dispositif de formation de faisceau étant mobiles en rotation autour d’un axe de rotation commun.
Avantageusement, le dispositif de formation de faisceau comprend une première structure guidante, une pluralité de fentes de rayonnement étant disposées à la surface de la première structure guidante.
Avantageusement, la première structure guidante est couplée au port d’alimentation par l’intermédiaire d’une deuxième structure guidante.
Avantageusement, le dispositif de formation de faisceau est un formateur de faisceau quasi-optique du type pillbox, la première structure guidante et la deuxième structure guidante étant au moins en partie superposées, un réflecteur parabolique faisant la transition entre la première structure guidante et la deuxième structure guidante, le port d’alimentation étant disposé dans la zone focale du réflecteur parabolique. Avantageusement, le port d’alimentation comprend une ligne coaxiale équipée d’un conducteur intérieur et d’un conducteur extérieur, la ligne coaxiale étant fixe par rapport au dispositif de formation de faisceau, et couplée sans contact à la deuxième structure guidante. Avantageusement, le conducteur intérieur a une extrémité, appelée plongeur, pénétrant dans la deuxième structure guidante par un orifice agencé autour de l’axe de rotation, le plongeur étant aligné, au moins dans la deuxième structure guidante, avec l’axe de rotation, et la deuxième structure guidante comprenant un réflecteur primaire, disposé à proximité du plongeur.
Avantageusement le système de dépointage comprend deux formateurs de faisceau quasi-optique du type pillbox, comprenant chacun un réflecteur parabolique, les réflecteurs paraboliques de chaque formateur de faisceau quasi-optique du type pillbox se faisant face, deux ports d’alimentation étant solidaires en rotation avec le dispositif de formation de faisceau et sensiblement disposés dans la zone focale de chaque réflecteur parabolique de façon à former quatre faisceaux d’écartométrie. Avantageusement, le dispositif de formation de faisceau est un formateur de faisceau quasi-optique à lentille, la deuxième structure guidante étant fixe par rapport à la première structure guidante, et étant disposée latéralement en regard de la première structure guidante, une lentille étant disposée dans la deuxième structure guidante.
Avantageusement, le dispositif de formation de faisceau comprend une pluralité d’éléments d’antenne rayonnants, le dispositif de formation de faisceau étant configuré pour que les éléments d’antenne rayonnants puissent être alimentés selon une loi de phase prédéterminée de telle sorte qu’une onde plane soit formée dans la direction de propagation du faisceau. Avantageusement, les éléments d’antenne sont regroupés en quatre sous réseaux, chaque sous-réseau étant configuré pour former une voie d’écartométrie.
Avantageusement le système de dépointage comprend un convertisseur de polarisation mobile en rotation autour de l’axe de rotation commun du dispositif de formation de faisceau et du composant déflecteur.
Avantageusement, le convertisseur de polarisation est disposé entre le dispositif de formation de faisceau et le composant déflecteur.
Avantageusement, le convertisseur de polarisation comprend un mécanisme de réglage de son positionnement relatif vis-à-vis du dispositif de formation de faisceau, en fonction du type de conversion de polarisation à appliquer.
L’invention se rapporte également à une antenne comprenant au moins une source hyperfréquence et un système de dépointage précité.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :
la figure 1 , une illustration du principe de balayage à base de prismes de Risley ;
la figure 2, une illustration du système de dépointage selon l’invention ; les figures 3 et 4, des illustrations du dépointage d’un faisceau hyperfréquence, respectivement par le dispositif de formation de faisceau et par le composant déflecteur ;
la figure 5, une illustration de l’alimentation centrale du dispositif de formation de faisceau de type pillbox ;
la figure 6, une illustration du fonctionnement multivoies et multifaisceaux du dispositif de formation de faisceau ;
la figure 7, une illustration de l’alimentation centrale du dispositif de formation de faisceau de type pillbox, appliquée au fonctionnement multivoies et multifaisceaux du dispositif de formation de faisceau ;
la figure 8, une illustration de l’alimentation latérale du dispositif de formation de faisceau de type lentille ;
la figure 9, une illustration du fonctionnement multivoies du dispositif de formation de faisceau ;
la figure 10, une illustration du système de dépointage selon l’invention intégrant un convertisseur de polarisation.
La figure 2 illustre un système de dépointage selon l’invention. Un dispositif de formation de faisceau FF est excité, au niveau du port d’alimentation PA, par une source d’un signal hyperfréquence (non représentée). Par signal hyperfréquence, on entend un signal dont la longueur d’ondes est comprise entre 1 mm et 1 m. Le système de dépointage selon l'invention est décrit en mode émission, avec une source apte à émettre un faisceau hyperfréquence. L'invention s'applique de la même manière au mode réception, avec un récepteur apte à recevoir un faisceau hyperfréquence. Le dispositif de formation de faisceau FF est configuré pour que le faisceau principal soit orienté d’un angle d’élévation a non nul par rapport à la normale au plan du dispositif de formation de faisceau FF. Le rayonnement est alors dit « hors d’axe ». L’angle a est fixe à fréquence donnée. La figure 3 représente l’onde plane OP formée par le dispositif de formation de faisceau FF. Le faisceau généré par le dispositif de formation de faisceau FF peut être en polarisation linéaire, ou en polarisation circulaire.
Le système de dépointage comprend également un composant déflecteur CD, configuré pour défléchir le faisceau formé par le dispositif de formation de faisceau FF. Le faisceau défléchi, représenté par l’onde plane défléchie OPD sur la figure 4, est orienté d’un angle b non nul par rapport à la normale au plan du dispositif de formation de faisceau FF.
Sur les figures, le dispositif de formation de faisceau FF et le composant déflecteur CD ont des formes circulaires. D’autres formes peuvent être adoptées, sans sortir du cadre de l’invention.
Le dispositif de formation de faisceau FF et le composant déflecteur CD sont mobiles en rotation autour d’un axe de rotation commun AX. De la même manière que dans une architecture à prismes de Risley, c’est le positionnement angulaire relatif du dispositif de formation de faisceau FF et du composant déflecteur CD autour d’un même axe de rotation qui permet de pointer le faisceau dans les différentes directions de l’espace, pour décrire notamment un cône d’angle au sommet b en cas de rotation dans le même sens du dispositif de formation de faisceau FF et du composant déflecteur CD.
En associant la fonction réalisée par un composant déflecteur
(i.e. le premier prisme de Risley dans une structure à deux prismes de Risley) à celle réalisée par le dispositif de formation de faisceau FF, on réduit ainsi le nombre de composants par rapport aux systèmes existants de dépointage à deux prismes, ainsi que l’épaisseur globale du système de dépointage. En effet, l’épaisseur globale du système de dépointage est essentiellement celle du dispositif de formation de faisceau FF, à savoir typiquement 2 l, où l est la longueur d’onde correspondant à la fréquence centrale du signal hyperfréquence.
Le dispositif de formation de faisceau FF peut être un formateur de faisceau quasi-optique, selon une structure d’antenne à ondes de fuite (ou « leaky-wave antenna » selon la terminologie anglo-saxonne), illustrée par les figures 5 et 7 ; cette structure présente avantageusement une faible épaisseur, des faibles pertes, même pour des antennes de grandes dimensions. Le dispositif de formation de faisceau FF comprend ainsi une première structure guidante SG1. Une onde progressive générée au niveau du port d’alimentation PA est transportée dans la première structure guidante SG1. L’énergie qui est contenue dans la première structure guidante SG1 est périodiquement rayonnée en oblique, selon l’angle d’incidence a, via une pluralité de fentes de rayonnement FE disposée à la surface de la première structure guidante SG1.
La figure 5 illustre un premier mode de réalisation du dispositif de formation de faisceau FF selon une structure d’antenne à ondes de fuite. Selon ce premier mode de réalisation, le dispositif de formation de faisceau FF est un formateur de faisceau quasi-optique du type pillbox. La première structure guidante SG1 est empilée avec une deuxième structure guidante SG2. La première structure guidante SG1 et la deuxième structure guidante SG2 peuvent être des guides PPW (Parallel Plate Waveguide, ou guide d’ondes à plaques parallèles) ou SIW (Substrate Integrated Waveguide, guide d’ondes intégré au substrat). La première structure guidante SG1 et la deuxième structure guidante SG2 sont des guides d’ondes planaires, afin de confiner verticalement l’onde. Un réflecteur parabolique RP fait la transition entre la première structure guidante SG1 et la deuxième structure guidante SG2. Le port d’alimentation PA est disposé dans la zone focale du réflecteur parabolique RP. Le formateur de faisceau quasi-optique du type pillbox convertit ainsi un mode TEM cylindrique généré au niveau du port d’alimentation PA en un mode TEM plan, qui est rayonné en oblique, selon l’angle d’incidence a.
Le port d’alimentation PA comprend avantageusement une ligne coaxiale LC, fixe par rapport au dispositif de formation de faisceau FF. La ligne coaxiale LC présente l’avantage d’être large bande. Elle est équipée d’un conducteur intérieur Cl (l’âme de la ligne coaxiale LC) et d’un conducteur extérieur CE (la masse). Le conducteur intérieur Cl et le conducteur extérieur CE sont séparés par un isolant (gaine) de permittivité relative eG, qui peut notamment être de l’air. La ligne coaxiale LC est fixe par rapport au dispositif de formation de faisceau FF, et couplée sans contact à la deuxième structure guidante SG2. Le couplage sans contact permet de se passer d’un joint tournant, et d’avoir ainsi un gain en hauteur, selon l’axe de rotation AX.
Le couplage sans contact est réalisé via une extrémité du conducteur intérieur Cl, appelée plongeur PL. Le plongeur PL pénètre dans la deuxième structure guidante SG2 par un orifice OR agencé autour de l’axe de rotation AX. Le plongeur PL est aligné, au moins dans la deuxième structure guidante SG2, avec l’axe de rotation AX. Un mode de propagation est ainsi excité dans la deuxième structure guidante SG2. La deuxième structure guidante SG2 comprend par ailleurs un réflecteur primaire RE, disposé à proximité du plongeur PL, de préférence à une distance l/4, où l est la longueur d’onde correspondant à la fréquence centrale du signal hyperfréquence. Le réflecteur primaire RE réfléchit l'énergie électromagnétique qui ne se propage pas initialement en direction du réflecteur parabolique RP. Elle se combine ainsi en phase avec l'onde qui se propage initialement en direction du réflecteur parabolique RP. Une adaptation d’impédance peut être réalisée, par exemple en ajoutant des vis de réglage sur la paroi de la deuxième structure guidante SG2 commune adossée à la première structure guidante SG1 , face au plongeur PL. L’adaptation peut également être réalisée en modifiant légèrement la position du plongeur PL dans la deuxième structure guidante SG2, ou la distance du réflecteur primaire RE vis-à-vis du plongeur PL.
L’alignement du plongeur PL avec l’axe de rotation AX, et le positionnement du plongeur PL à une distance focale du réflecteur primaire RP, confère à la structure d’ensemble une compacité importante, notamment en surface, à savoir dans le plan orthogonal à l’axe de rotation. Ce mode de réalisation est ainsi particulièrement avantageux sur un véhicule terrestre, où peu de surface est disponible pour des équipements de communications.
La figure 6 illustre une application du mode de réalisation du formateur de faisceau quasi-optique du type pillbox, en fonctionnement multivoies et multifaisceaux. Une des deux voies d’écartométrie (par exemple V05) peut être dédiée à l’émission, l’autre (V06) à la réception. Pour chacune des voies, deux faisceaux sont formés (faisceaux FA1 et FA2 pour la voie V05, faisceaux FA3 et FA4 pour la voie V06), en utilisant deux sources, placées dans le plan focal du réflecteur parabolique RP, par exemple côte à côte. Pour une même voie, les lobes principaux de chacun des faisceaux sont dirigés dans des directions légèrement différentes tout en gardant un certain recouvrement, afin de réaliser l’écartométrie. Deux formateurs de faisceau quasi-optique du type pillbox comprennent chacun un réflecteur parabolique RP. Les réflecteurs paraboliques RP de chaque formateur de faisceau quasi- optique du type pillbox se font face de façon à former deux voies d’écartométrie (V05, V06). Chaque réflecteur parabolique est associé à deux ports d’alimentation, pour former deux faisceaux. La figure 7 illustre une telle configuration. Sur la figure, seuls deux des quatre ports d’alimentation (PA1 , PA2, PA3, PA4), de type lignes coaxiales, sont visibles. Les ports d’alimentation qui ne sont pas visibles sont situés « derrière » les deux ports d’alimentation visibles, selon le plan de coupe de la figure 7. Le réflecteur primaire RE est commun aux deux réflecteurs paraboliques RP. Pour cette application, les ports d’alimentation ne peuvent pas être fixes. Ils sont entraînés en rotation avec les formateurs de faisceaux, de façon solidaire.
La figure 8 illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif de formation de faisceau FF selon une structure d’antenne à ondes de fuite. Selon ce deuxième mode de réalisation, le dispositif de formation de faisceau FF est un formateur de faisceau quasi-optique du type lentille. La deuxième structure guidante SG3 est fixe par rapport à la première structure guidante SG1. L’alimentation est donc latérale, et non pas centrale comme dans le premier mode de réalisation. Une lentille LE est disposée dans la deuxième structure guidante SG3. La lentille LE sert essentiellement de correcteur de phase pour le front d’onde généré au niveau du port d’alimentation PA, et permet de convertir des fronts d’ondes cylindriques en fronts d’ondes plans. Un diélectrique de transition, non représenté, peut être disposé dans la deuxième structure guidante SG3, entre la lentille LE et l’ouverture de la première structure guidante SG1 qui fait face à la deuxième structure guidante SG3. La première structure guidante SG1 est mobile en rotation autour de l’axe de rotation AX. Pour garantir une propagation du front d'onde formé par la lentille LE pour tous les angles de rotation, il convient de prévoir une propagation des ondes sur tout le pourtour de la première structure guidante. Ainsi, pour ce deuxième mode de réalisation, la première structure guidante SG1 doit être ouverte sur tout son pourtour et donc mécaniquement contenir du diélectrique comme c’est le cas par exemple pour un guide SIW (Substrate Integrated Waveguide, guide d’ondes intégré au substrat). L’alimentation latérale du dispositif de formation de faisceau FF permet de gagner en compacité selon la hauteur du système de dépointage. Ce mode de réalisation peut être alors avantageusement implémenté sur des aéronefs, pour lesquels il y a une forte contrainte aérodynamique.
Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif de formation de faisceau FF comprend une structure d’antenne réseau. Il comprend une pluralité d’éléments d’antenne rayonnants, qui peuvent être des réseaux de plaques métalliques (ou « patches » selon la terminologie anglo-saxonne), des réseaux de fentes, ou encore des dipôles. Les éléments d’antenne peuvent être disposés en série, en parallèle, ou en combinaison série/parallèle. Une loi de phase est appliquée entre les différents éléments d’antenne, pour obtenir ainsi un dépointage d’angle fixe. La loi de phase peut être obtenue en jouant sur le réseau d’alimentation des éléments d’antenne selon les longueurs des lignes entre les éléments d’antenne et le port d’alimentation, et/ou l’impédance des lignes. En alternative, la loi de phase peut être obtenue à l’aide d’un circuit qui produit le déphasage voulu pour une fréquence donnée. Dans le cas où les éléments d’antenne se trouvent sur un circuit imprimé, le circuit qui produit le déphasage peut être intégré au circuit imprimé. La structure d’antenne réseau présente peu de pertes pour des antennes de petites dimensions, et est relativement facile à usiner, ou à fabriquer par exemple à l’aide de technologie en circuits imprimés (mono ou multi-couches). La figure 9 illustre une application du mode de réalisation du formateur de faisceau en configuration d’antenne réseau, pour un fonctionnement multivoies, pour déterminer la position exacte de la cible, selon la technique d’écartométrie. Les éléments d’antenne sont regroupés en quatre sous réseaux (SR1 , SR2, SR3, SR4), chaque sous-réseau étant configuré pour former une voie d’écartométrie (V01 , V02, V03, V04). Le formateur de faisceau fonctionne alors en réception, pour mesurer la direction (l’angle) d’arrivée d’un signal. Les signaux de réception formés dans chacune des quatre voies d’écartométrie peuvent être par exemple additionnés ou soustraits, pour former des signaux de somme, de différence en azimut et de différence en élévation, selon la technique dite monopulse. En variante, les signaux de réception formés dans chacune des quatre voies d’écartométrie peuvent être traités de façon numérique, par combinaison numérique des faisceaux (antenne adaptative, ou formation de faisceaux par le calcul).
Le composant déflecteur CD, représenté notamment figure 2, assure la fonction de prisme. Le composant déflecteur CD peut être un diasporamètre réalisé avec un réseau diffractif. Le réseau diffractif peut être un réseau en échelettes, ou préférentiellement comprendre des composants diélectriques structurés à une échelle sub-l, comme le présente le document FR 3 002 697. On entend par échelle sub-l des composants dont les motifs sont séparés d’une distance inférieure à l/2, l étant la longueur d’onde du faisceau incident. L’utilisation d’un réseau diffractif à base de composants diélectriques structurés à une échelle sub-l permet avantageusement de supprimer l’effet d’ombrage obtenu par un diasporamètre réalisé avec des réseaux en échelettes.
Selon un mode de réalisation, il peut être réalisé avec des microstructures purement diélectriques.
En variante, les microstructures peuvent être réalisées de façon hybride métallique et diélectrique. Les microstructures sont hybrides en ce qu’elles comprennent une structure guidante métallique, remplie partiellement avec du diélectrique. En variante, les microstructures peuvent être exclusivement métalliques, et imprimées sur circuit imprimé. L’ensemble des microstructures peut former une surface sélective en fréquence, une surface sélective en polarisation, ou encore une plaque métallique reliée au travers de lignes de longueur variables.
Le composant déflecteur CD peut être plan, en formant les microstructures sur une surface plane. Cette disposition présente un encombrement minimal. En alternative, les microstructures peuvent être formées sur une surface non plane, telle qu’une surface à symétrie de révolution comme une demi-sphère ou un cône, afin d’améliorer l’efficacité d’orientation pour des incidences rasantes (angle b élevé), comme le présente le document FR 3 043 499. Une surface 3D, au lieu d’une surface plane, permet en effet d’augmenter la surface apparente de l’antenne et donc le gain pour des incidences rasantes.
Le système de dépointage comprend un premier mécanisme de rotation permettant la rotation du dispositif de formation de faisceau FF autour de l’axe de rotation AX commun. Il comprend également un deuxième mécanisme de rotation permettant la rotation du composant déflecteur CD autour de l’axe de rotation AX commun. Le premier mécanisme de rotation et le deuxième mécanisme de rotation sont indépendants.
Selon un mode de réalisation particulier illustré par la figure 10, le système de dépointage comprend un convertisseur de polarisation CP mobile en rotation autour de l’axe de rotation AX commun du dispositif de formation de faisceau FF et du composant déflecteur CD. Le convertisseur de polarisation CP est en particulier utile si le faisceau issu du dispositif de formation de faisceau FF est en polarisation linéaire. Le convertisseur de polarisation CP peut être disposé au-dessus du composant déflecteur CD, ce qui permet de protéger mécaniquement le composant déflecteur CD, en faisant office de radôme polarisant. En variante, le convertisseur de polarisation CP peut être disposé entre le dispositif de formation de faisceau FF et le composant déflecteur CD, ce qui lui permet d’avoir toujours le même angle d’incidence, à savoir celui du rayonnement hors d’axe du dispositif de formation de faisceau FF. Par ailleurs, l’angle du faisceau issu du dispositif de formation de faisceau FF étant moins élevé que celui issu du composant déflecteur CD (a < b, en référence aux figures 2 et 3), la conception du convertisseur polarisation CP peut être plus facilement optimisée. Le convertisseur de polarisation CP comprend avantageusement un mécanisme de réglage MR de son positionnement relatif vis-à-vis du dispositif de formation de faisceau FF. Afin d’assurer correctement la fonction de conversion de polarisation, le convertisseur de polarisation CP doit effectuer la rotation en même temps que le dispositif de formation de faisceau FF.
Si on souhaite obtenir une polarisation elliptique, en particulier une polarisation circulaire, à partir d’une polarisation linéaire, le convertisseur de polarisation CP est constitué dans ce cas d’un convertisseur dit quart d’onde. La polarisation circulaire est notamment requise dans la bande Ka des communications satellites. Le convertisseur de polarisation CP est alors orienté à 45° vis-à-vis du plan de polarisation du faisceau issu du dispositif de formation de faisceau FF. Selon que l’on souhaite obtenir une polarisation circulaire gauche ou une polarisation circulaire droite, il y a lieu de prévoir un mécanisme de pilotage de l’orientation du convertisseur de polarisation CP vis-à-vis de la polarisation linéaire du faisceau généré par le dispositif de formation de faisceau FF. Une telle orientation peut ainsi varier de 90° entre la polarisation circulaire gauche et la polarisation circulaire droite. Le mécanisme de pilotage de l’orientation, pour passer d’une polarisation circulaire gauche à une polarisation circulaire droite, et vice versa, peut être réalisé par exemple à l’aide d’un moteur pas à pas et d’un système de vis sans fin.
Si on souhaite convertir une polarisation linéaire en une polarisation linéaire orientée différemment, il convient dans ce cas d’utiliser un convertisseur dit demi-onde comme convertisseur de polarisation CP. La polarisation linéaire est notamment requise dans les bandes X et Ku des communications satellites. Le changement de polarisation linéaire peut consister par exemple à convertir une polarisation horizontale en polarisation verticale, ou inversement. Le système de dépointage selon l’invention, au-delà de ses performances en termes de compacité, est compatible avec des procédés de fabrication bas coût. Le dispositif de formation de faisceau FF peut être notamment fabriqué en technologie SIW, PPW, ou encore selon une technique de fabrication additive métallique. Le composant déflecteur CD peut être fabriqué notamment selon une technique de fabrication additive, par moulage plastique, ou encore par moulage métallique, ou par combinaison des techniques précitées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de dépointage d’un faisceau hyperfréquence comprenant au moins un port d’alimentation (PA) d’un signal hyperfréquence, au moins un dispositif, sensiblement plan, de formation de faisceau (FF), couplé au port d’alimentation (PA), et configuré pour former un faisceau présentant une direction de propagation formant un angle (a) non nul par rapport à la normale au plan du dispositif de formation de faisceau (FF), et un composant déflecteur (CD), configuré pour défléchir le faisceau formé par le dispositif de formation de faisceau (FF), le composant déflecteur (CD) et au moins une partie du dispositif de formation de faisceau (FF) étant mobiles en rotation autour d’un axe de rotation commun (AX), caractérisé en ce que le système comprend un convertisseur de polarisation (CP) mobile en rotation autour de l’axe de rotation (AX) commun du dispositif de formation de faisceau (FF) et du composant déflecteur (CD), le convertisseur de polarisation (CP) étant disposé entre le dispositif de formation de faisceau (FF) et le composant déflecteur (CD).
2. Système de dépointage selon la revendication 1 , le dispositif de formation de faisceau (FF) comprenant une première structure guidante (SG1 ), une pluralité de fentes de rayonnement (FE) étant disposées à la surface de la première structure guidante (SG1 ).
3. Système de dépointage selon la revendication 2, la première structure guidante (SG1 ) étant couplée au port d’alimentation (PA) par l’intermédiaire d’une deuxième structure guidante (SG2, SG3).
4. Système de dépointage selon la revendication 3, le dispositif de formation de faisceau (FF) étant un formateur de faisceau quasi- optique du type pillbox, la première structure guidante (SG1 ) et la deuxième structure guidante (SG2) étant au moins en partie superposées, un réflecteur parabolique (RP) faisant la transition entre la première structure guidante (SG1 ) et la deuxième structure guidante (SG2), le port d’alimentation (PA) étant disposé dans la zone focale du réflecteur parabolique (RP).
5. Système de dépointage selon la revendication 4, le port d’alimentation (PA) comprenant une ligne coaxiale (LC) équipée d’un conducteur intérieur (Cl) et d’un conducteur extérieur (CE), la ligne coaxiale (LC) étant fixe par rapport au dispositif de formation de faisceau (FF), et couplée sans contact à la deuxième structure guidante (SG2).
6. Système de dépointage selon la revendication 5, le conducteur intérieur (Cl) ayant une extrémité, appelée plongeur (PL), pénétrant dans la deuxième structure guidante (SG2) par un orifice (OR) agencé autour de l’axe de rotation (AX), le plongeur (PL) étant aligné, au moins dans la deuxième structure guidante (SG2), avec l’axe de rotation (AX), et la deuxième structure guidante (SG2) comprenant un réflecteur primaire (RE), disposé à proximité du plongeur (PL).
7. Système de dépointage selon l’une des revendications 4 ou 5, comprenant deux formateurs de faisceau quasi-optique du type pillbox, comprenant chacun un réflecteur parabolique (RP), les réflecteurs paraboliques (RP) de chaque formateur de faisceau quasi-optique du type pillbox se faisant face, deux ports d’alimentation (PA) étant solidaires en rotation avec le dispositif de formation de faisceau (FF) et sensiblement disposés dans la zone focale de chaque réflecteur parabolique (RP) de façon à former quatre faisceaux d’écartométrie (FA1 , FA2, FA3, FA4).
8. Système de dépointage selon la revendication 3, le dispositif de formation de faisceau (FF) étant un formateur de faisceau quasi- optique à lentille, la deuxième structure guidante (SG3) étant fixe par rapport à la première structure guidante (SG1 ), et étant disposée latéralement en regard de la première structure guidante (SG1 ), une lentille (LE) étant disposée dans la deuxième structure guidante (SG3).
9. Système de dépointage selon la revendication 1 , le dispositif de formation de faisceau (FF) comprenant une pluralité d’éléments d’antenne rayonnants, le dispositif de formation de faisceau (FF) étant configuré pour que les éléments d’antenne rayonnants puissent être alimentés selon une loi de phase prédéterminée de telle sorte qu’une onde plane soit formée dans la direction de propagation du faisceau.
10. Système de dépointage selon la revendication 9, les éléments d’antenne étant regroupés en quatre sous réseaux (SR1 , SR2, SR3, SR4), chaque sous-réseau étant configuré pour former une voie d’écartométrie (V01 , V02, V03, V04).
1 1. Système de dépointage selon l’une des revendications dépendantes, le convertisseur de polarisation (CP) comprenant un mécanisme de réglage (MR) de son positionnement relatif vis-à-vis du dispositif de formation de faisceau (FF), en fonction du type de conversion de polarisation à appliquer.
12. Antenne comprenant au moins une source hyperfréquence et un système de dépointage selon l’une des revendications précédentes.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0647976A2 (fr) * 1993-10-08 1995-04-12 Nippon Steel Corporation Réseau d'antennes plane pour recevoir la radiodiffusion par satellites
US20040233117A1 (en) 2003-05-23 2004-11-25 Milroy William W. Variable inclination continuous transverse stub array
US20070285327A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-13 Ball Aerospace & Technologies Corp. Low-profile lens method and apparatus for mechanical steering of aperture antennas
US20120177376A1 (en) * 2010-08-13 2012-07-12 Raytheon Company Conformal Hybrid EO/RF Aperture
FR3002697A1 (fr) 2013-02-22 2014-08-29 Thales Sa Systeme de deflexion configurable hyperfrequence
EP3073569A1 (fr) * 2015-03-23 2016-09-28 Thales Matrice de butler compacte, formateur de faisceaux bidimensionnel planaire et antenne plane comportant une telle matrice de butler
FR3043499A1 (fr) 2015-11-06 2017-05-12 Thales Sa Antenne compacte a faisceau orientable

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0647976A2 (fr) * 1993-10-08 1995-04-12 Nippon Steel Corporation Réseau d'antennes plane pour recevoir la radiodiffusion par satellites
US20040233117A1 (en) 2003-05-23 2004-11-25 Milroy William W. Variable inclination continuous transverse stub array
US20070285327A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-13 Ball Aerospace & Technologies Corp. Low-profile lens method and apparatus for mechanical steering of aperture antennas
US20120177376A1 (en) * 2010-08-13 2012-07-12 Raytheon Company Conformal Hybrid EO/RF Aperture
FR3002697A1 (fr) 2013-02-22 2014-08-29 Thales Sa Systeme de deflexion configurable hyperfrequence
EP3073569A1 (fr) * 2015-03-23 2016-09-28 Thales Matrice de butler compacte, formateur de faisceaux bidimensionnel planaire et antenne plane comportant une telle matrice de butler
FR3043499A1 (fr) 2015-11-06 2017-05-12 Thales Sa Antenne compacte a faisceau orientable

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KARIM TEKKOUK ET AL: "Multibeam Pillbox Antenna Integrating Amplitude-Comparison Monopulse Technique in the 24 GHz Band for Tracking Applications", IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION., vol. 66, no. 5, 1 May 2018 (2018-05-01), US, pages 2616 - 2621, XP055555136, ISSN: 0018-926X, DOI: 10.1109/TAP.2018.2809694 *

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