WO2023073567A1 - Module radiofréquence comprenant un réseau de guides d'ondes isophases - Google Patents

Module radiofréquence comprenant un réseau de guides d'ondes isophases Download PDF

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WO2023073567A1
WO2023073567A1 PCT/IB2022/060264 IB2022060264W WO2023073567A1 WO 2023073567 A1 WO2023073567 A1 WO 2023073567A1 IB 2022060264 W IB2022060264 W IB 2022060264W WO 2023073567 A1 WO2023073567 A1 WO 2023073567A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waveguides
layer
module according
waveguide
phase adjustment
Prior art date
Application number
PCT/IB2022/060264
Other languages
English (en)
Inventor
Esteban Menargues Gomez
Santiago Capdevila Cascante
Emile De Rijk
Mathieu BILLOD
Tomislav Debogovic
Original Assignee
Swissto12 Sa
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
Application filed by Swissto12 Sa filed Critical Swissto12 Sa
Priority to CA3234143A priority Critical patent/CA3234143A1/fr
Publication of WO2023073567A1 publication Critical patent/WO2023073567A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials

Definitions

  • Radio frequency module comprising an array of isophase waveguides
  • the present invention relates to a radio frequency (RF) module comprising an array of several non-identical waveguides.
  • the waveguides can in this case be of different lengths.
  • the radiofrequency module and/or the waveguides it contains make it possible to deliver an isophase signal despite the differences of the waveguides.
  • the present invention aims in particular to control the phase shift between the waveguides or to minimize or eliminate it.
  • US201212112963 discloses a butler array having a plurality of hybrids and waveguides such that "the output of a butler array has the same amplitude and a constant phase difference with respect to a signal of entrance.
  • the transmission lines connecting the hybrids must be designed to have the same transmission length, or the amplitude and phase must be adjusted according to the resulting change.
  • a curved waveguide can increase the complexity of paths.
  • JP2003185858 discloses a wavelength demultiplexer having an input channel optical waveguide 1, a plurality of output channel optical waveguides 5 and an array waveguide 8 interposed between the input waveguide 1 and the output waveguide 5.
  • WO20201 94270 describes a radiofrequency module comprising waveguides provided with ridges making it possible to increase the single-mode bandwidth.
  • DRA antenna arrays are also known which combine several phase-shifted radiating elements (elementary antennas) in order to improve the gain and the directivity.
  • the signals received on the various radiating elements, or emitted by these elements, are amplified with variable gains and out of phase with each other in order to control the shape of the reception and transmission lobes of the network.
  • the various radiating elements are each connected to a waveguide which transmits the signal received in the direction of the radio frequency electronic modules, respectively which supplies this radiating element with a radio frequency signal to emit.
  • the signals transmitted or received by each radiating element can also be separated according to their polarization by means of a polarizer.
  • the assembly consisting of radiating elements (elementary antennas) in a network, associated waveguides, any filters and polarizers is referred to in this text as a passive radiofrequency module.
  • the waveguides and associated polarizers are referred to as the feed network.
  • the assembly is intended to constitute the passive part of a direct radiation network DRA.
  • Arrays of radiating elements for high frequencies, in particular for microwave frequencies, are difficult to design.
  • This reduction in the pitch between the various radiating elements of the network is however incompatible on the one hand with the minimum size required by the polarizers, and on the other hand with the size of the electronic amplification and phase-shifting circuits upstream of the polarizers.
  • the size of the polarizers and the electronics most often determines the minimum pitch between the different radiating elements of an array.
  • WO2019229515 describes a set of non-rectilinear waveguides, of varying length and shape, making it possible to reduce or increase the pitch between the radiating elements and thus to modulate the secondary lobes.
  • the phase shift resulting from their difference in length is compensated by adapting the section of the different waveguides.
  • An object of the present invention is therefore to provide a passive radiofrequency module, intended to form the passive part of a direct radiation network DRA, which is free from or minimizes the limitations of known devices.
  • This radio frequency module comprises in particular a first layer comprising an array of radiating elements, each radiating element having a section making it possible to support at least one mode of wave propagation.
  • It may also comprise a second layer forming a network of waveguides.
  • It may also comprise a fourth layer forming a network of ports.
  • the second layer can be interposed between the first layer and the fourth layer.
  • Each waveguide can be intended to transmit in one direction or the other a radiofrequency signal between a port of the fourth layer and a radiating element.
  • the surface of the first layer may be different from the surface of the fourth layer.
  • the waveguides can be of different length and shape, but preferably have the same section.
  • One or more of the waveguides includes at least one phase adjustment element.
  • the waveguides thus have several cumulative functions; they make it possible on the one hand to transmit the signals between the ports of the fourth layer and the radiating elements of the first layer, and on the other hand to choose independently the pitch of the radiating elements and the pitch of the fourth layer ports. They also make it possible to correct or eliminate any phase shifts inherent in the structure of the module. They also allow a more compact arrangement, which could be impossible or more difficult by existing means.
  • This arrangement makes it possible, among other things, to reduce the pitch between the radiating elements of the first layer, in order to reduce the amplitude of the undesirable secondary lobes (“grating lobes”).
  • the pitch (p1) between two radiating elements of the first layer is preferably less than /A2, X being the wavelength at the maximum operating frequency.
  • the convergent arrangement of the waveguides from the fourth layer to the radiating elements also makes it possible to space out the ports of the fourth layer.
  • the large pitch between the ports makes it possible, for example, to arrange the electronic amplification and phase-shifting circuit supplying each port in the immediate vicinity of each port, by reducing the constraints on the dimensions of this circuit.
  • This significant step also makes it possible to have, if necessary, polarizers of sufficient size close to each port, to perform an effective separation of the signals according to their polarization.
  • the area of the first layer is larger than the area of the fourth layer.
  • the waveguides then move away from each other between the fourth layer and the first layer.
  • the arrangement of the radiating elements of the first layer may be different from the arrangement of the ports of the fourth layer.
  • the radiating elements of the first layer can be arranged in a rectangular MxN matrix while the ports of the fourth layer are arranged according to a rectangular matrix KxL, M being different from K and N being different from L.
  • This different arrangement can also involve different shapes, for example a rectangular arrangement on one of the layers and a circle, oval, cross, rectangle hollow, polygon, etc on the other layer.
  • the radiofrequency module may comprise a third layer interposed between the second layer and the fourth layer.
  • the elements of the third layer can perform signal transformation.
  • the third layer may also comprise an array of elements performing a section match between the section of the output of the ports of the fourth layer and the section of different shape of the waveguides.
  • a third layer of this type can in particular be provided when only the ports or only the waveguides are ribbed.
  • the third layer interposed between the second layer and the fourth layer can also comprise an array of polarizers as elements.
  • the radio frequency module may include external polarizers just after the radiating elements in the air.
  • the third layer interposed between the second layer and the fourth layer may include a filter.
  • Each radiating element of the first layer can be provided with at least one ridge parallel to the direction of propagation of the signal.
  • the radiating elements of the first layer can also be unstriated and consist of open waveguides or square, circular, pyramidal horns, in the form of splines.
  • the radiant elements can have a square, rectangular, or preferably hexagonal, circular or oval outer section.
  • the pitch (p 1 ) between two radiating elements can be variable within the module.
  • Each waveguide of the second layer is preferably designed to transmit either only a fundamental mode or a fundamental mode and a single degenerate mode.
  • the length of the different waveguides of the second layer can be variable.
  • the waveguides are, however, rendered isophase at the wavelength considered, in particular thanks to the presence of at least one phase adjustment element.
  • the channel of different waveguides can be non-rectilinear.
  • the second layer waveguides can be curved.
  • the curvature of the different waveguides of the second layer can be variable.
  • edge waveguides can be more curved than center waveguides.
  • the ports of the fourth layer can constitute the inputs of a polarizer.
  • a first end of all the waveguides may be in a first plane, while a second end of all the waveguides is in a second plane.
  • the module is advantageously a module made by additive manufacturing.
  • Additive manufacturing makes it possible in particular to produce waveguides of complex shape, in particular curved waveguides converging into a funnel between the layer of radiating elements and the layer of polarizers.
  • additive manufacturing means any process for manufacturing parts by adding material, according to computer data stored on a computer medium and defining a model of the part.
  • the expression also refers to other manufacturing methods by hardening or coagulation of liquid or powder in particular, including without limitation methods based on ink jets (binder jetting), DED (Direct Energy Deposition), EBFF (Electron beam freeform fabrication), FDM (fused deposition modeling), PFF (plastic freeforming), aerosol, BPM (ballistic particle manufacturing), powder bed, SLS (Selective Laser Sintering), ALM ( additive Layer Manufacturing), polyjet, EBM (electron beam melting), light curing, etc. Manufacturing by stereolithography or by selective laser melting is however preferred because it makes it possible to obtain parts with relatively clean surface states, with low roughness.
  • the module is preferably monolithic.
  • a monolithic manufacture of the module makes it possible to reduce costs, by eliminating the need for assembly. It also makes it possible to guarantee precise relative positioning of the various components.
  • the invention also relates to a module comprising the above elements as well as an electronic circuit with amplifiers and/or phase shifters linked to each port.
  • the invention further relates to any object comprising such a module, in particular a communication object.
  • a communication object can be specifically dedicated to the aeronautical field or aerospace. It may for example be a communication satellite.
  • the invention further relates to a method for designing and producing the module that is the subject of the present description.
  • FIG. 1 Schematic side view of the different layers of a module according to the invention.
  • FIG. 2 Two examples of embodiments of the third layer, in which each element of this layer comprises either one or two inputs on the side of the fourth layer.
  • FIG. 3A Schematic representations of the second and third layer of an example of a module according to the prior art.
  • FIG. 4 Schematic representation of a waveguide according to an embodiment of the present description.
  • FIG. 5A and FIG. 5B Schematic representation of a waveguide according to another embodiment of the present description.
  • FIG. 6A Schematic representation of a waveguide according to other embodiments of the present description.
  • FIG. 7A and FIG. 7B Schematic representation of a waveguide according to other embodiments of the present description.
  • Figure 1 illustrates a passive radiofrequency module 1 according to a first embodiment of the invention, intended to form the passive part of a direct radiation network DRA.
  • the radiofrequency module 1 of this example comprises four layers 3, 4, 5, 6.
  • the first layer 3 comprises a two-dimensional network of N radiating elements 30 (antennas) for transmitting electromagnetic signals into the ether, respectively for receiving the signals received.
  • the second layer 4 comprises a network of waveguides 40.
  • the third layer 5 is optional; it can also be integrated into the second layer 4.
  • the third layer 5 includes a network of elements 50, for example polarizers or section adapters.
  • the fourth layer 6 comprises a two-dimensional network, for example a rectangular matrix, with N ports 60 of waveguide 40.
  • Each port 60 constitutes an interface with an active element of the DRA such as an amplifier and/or a phase shifter, part of a beamforming network (also known as spatial filtering or beam forming or channel forming).
  • a port thus connects a waveguide to an electronic circuit, in order to inject a signal in the waveguides or in the opposite direction to receive the electromagnetic signals in the waveguides.
  • This module 1 is intended to be used in a multibeam environment.
  • the radiating elements 30 are preferably close to each other so that the pitch p1 between two adjacent radiating elements is smaller than the wavelength at the nominal frequency at which the module 1 is intended to be used. The amplitude of the secondary transmission and reception lobes is thus reduced.
  • FIGS. 3A to 3C illustrate different views of an example of a module according to the prior art, without the third and the fourth layer.
  • the waveguides 40 and the radiating elements 30 have in this example a square section provided with four grooves arranged symmetrically on the internal flanks.
  • the waveguides are convergent in the direction of the first layer 3.
  • the radiating elements 30 are constituted by waveguides whose internal cavity is provided with grooves or edges 300, for example two, three or four edges 300, for example distributed at equal angular distances.
  • the present invention is characterized by the presence of one or more phase adjustment elements 500, arranged in protrusion on the internal surface of the waveguides 40.
  • the phase adjustment elements 500 can be arranged in replacing or in addition to the ridges or ridges 300 known from the prior art.
  • the phase adjustment elements 500 make it possible in this case to eliminate the phase difference inherent in the variations in length and/or geometry of the waveguides 40 of the same assembly. They also make it possible to limit or eliminate the variations in shape and dimensions of the waveguides 40 within the same assembly.
  • phase adjustment elements 500 make it possible to produce a signal without any phase shift.
  • the phase adjustment elements 500 can however make it possible to control the phase shift, for example to better control the secondary lobes.
  • a specific phase shift can be induced thanks to the phase adjustment elements 500, limited for example to certain waveguides 40, according to their position in the matrix of waveguides or other factors.
  • phase adjustment elements which differ from one waveguide to another.
  • the section of these elements, their length, their height and/or their number can vary from one waveguide to another so as to cause different phase shifts and for example to thus compensate for differences in length between different waveguides.
  • the waveguides 40 can thus have a cross-section of constant or practically constant shape and dimension.
  • the cross-sectional shape essentially designates the outer contour of a given waveguide 40. According to one aspect, it excludes the shape and section of the inner surface of the waveguide. According to another aspect, it excludes any geometry or internal element of the waveguide other than the internal contours whose shape corresponds to the external contours.
  • the shape of the cross section refers not only to the geometric shape of the cross section but also to its dimensions.
  • the cross-sectional shape of a given waveguide 40 is preferably constant or substantially constant over the entire length of the waveguide 40.
  • the cross-sectional shape of all waveguides 40 d a given set is identical, even in the case where the waveguides 40 have different lengths.
  • the variations in length between the waveguides 40 are liable to generate phase shifts which must be rectified or compensated, at least partially.
  • Other parameters such as the variation of the longitudinal shapes of the waveguides, even if they have the same length, can generate phase shifts.
  • variations in the radii of curvature, or in the number of curvatures of the waveguides 40 can produce such phase shifts.
  • Other parameters such as any variations in roughness or combinations of materials used in the manufacture of the waveguides are also likely to influence the phase shift.
  • phase adjustment elements 500 make it possible to eliminate the phase shift or in any case to control it.
  • the waveguides of a given set, some or all of which include one or more of the phase adjustment elements 500 are isophase.
  • the phase adjustment elements 500 alternatively make it possible to control the phase shifts. This means in particular that the differences in phase shift between waveguides, inherent in the structure of the waveguides of the module, can be reduced or made similar, or even identical. This further means that phase shifts can be produced in a controlled manner. This may be required, for example, to limit or eliminate secondary lobes or interference between radiating elements.
  • Phase adjustment elements 500 can be used to correct phase shifts initially expected to result from the structure of the waveguides but ultimately diverge from the expected values.
  • phase adjustment elements make it possible to rectify any structural or manufacturing faults to obtain the phase shift value required for each waveguide of the module.
  • a phase adjustment element 500 can for example take the form of a variation in the internal diameter of the waveguide 40.
  • FIG. 4 shows such an example of a waveguide 40, having an internal surface SI forming a maximum diameter dmax and a minimum diameter dmin, and an outer surface SE, of section and of constant shape over its length L.
  • the waveguide 40 is shown rectilinear, it may not be rectilinear. It can also have all the shapes of cross sections already mentioned in the present description.
  • the section of the waveguide can be hexagonal or polygonal, square, rectangular, round or oval, or of any other suitable geometry.
  • the phase adjustment element 500 can gradually reduce the internal diameter of a waveguide 40 between a maximum diameter dmax and a minimum diameter dmin, over its entire length L or over only part of its length L. In this last case, it is a local reduction of the internal diameter being able for example to compensate for the effects of a curvature of the waveguide.
  • Such an arrangement can be located in one or more central portions of the waveguide 40 or else at one or more of its ends.
  • the values of the maximum diameter dmax and minimum dmin can be determined as a function of the length L of the waveguide 40 or of its difference in length with the adjacent waveguides.
  • the slope of the variation in diameter between the values dmax and dmin, or else the length of the adjustment element 500 can be determined as a function of the length L of the waveguide 40 or of its difference in length with adjacent waveguides.
  • the value of the maximum diameter dmax can correspond to the diameter of the internal surface SI, or else to a fraction of the order of 70% or 80% or approximately 90%, or approximately 95% of the diameter of the inner surface SI.
  • the minimum diameter dmin can meanwhile correspond to a value of the order of 60% or approximately 50%, or even 40% of the diameter of the internal surface SI.
  • phase adjustment elements 500 can each have an eigenvalue of the maximum diameter dmax and of the minimum diameter dmin.
  • the diameter is understood here as the dimension of the internal space of the waveguide 40, independently of the geometry of its section. It therefore applies equally well to round or oval cross-sectional shapes as to polygonal shapes.
  • the phase adjustment element can cover the entirety of the internal surface SI.
  • the phase adjustment element 500 can be arranged on a part of the cross section of the waveguide 40.
  • FIGS. 5A and 5B show an example of a waveguide 40 of round section comprising an element of phase adjustment 500 covering part of the section of the waveguide 40.
  • FIG. 5A shows the corresponding transverse section and FIG. 5B a longitudinal section.
  • the proportion of the cross section comprising a phase adjustment element 500 can be for example of the order of or greater than 10%, or of the order of or greater than 20% or of the order of or greater than 30% of the internal surface SI corresponding to this cross-section. It can be up to 100% of the internal surface SI for a given cross section. From one end of the phase adjustment element 500 to the other, the proportion of the internal surface SI occupied by the phase adjustment element 500 can vary, for example, from approximately 10% to approximately 90% or from 20% to about 80%, or from 30% to about 70% of the inner surface SI. In other words, the area occupied by a phase adjustment element 500 varies from a minimum area value Smin to a maximum area value Smax along the waveguide 40.
  • the thickness of a phase adjustment element 500 on a given cross section of a waveguide may not be identical over the entire surface occupied by the phase adjustment element.
  • a phase adjustment element 500 when it covers only a fraction of the surface of a cross section, can be oriented parallel to the longitudinal axis of the waveguide 40.
  • an element phase adjuster 500 may deviate from the longitudinal axis of waveguide 40 and assume a helical configuration along the inner surface S1 of waveguide 40.
  • the surface of the phase adjustment element 500 facing the inside of the waveguide 40 can be rounded and concave in shape, as shown in FIG. 5A. Alternatively, it can be rounded and convex, as shown in Figure 6A. Other shapes can be determined, in particular angular shapes such as triangular or rectangular shapes, as represented in FIGS. 7A and 7B.
  • phase adjustment elements 500 are arranged in a waveguide, they can be arranged on the same sections of the waveguide 40, that is to say facing each other. - screw each other.
  • FIG. 6A represents a waveguide section 40 comprising two phase adjustment elements 500 placed opposite one another.
  • FIG. 6B represents a longitudinal section of a waveguide 40 comprising several adjustment elements 500a, 500b, 500c, 500d offset from each other along the waveguide.
  • FIG. 6C represents another cross-sectional view where the phase adjustment elements 500a, 500b, 500c are arranged in an offset manner and oriented along an axis different from the longitudinal axis of the waveguide 40. In particular, they form a angle with respect to the longitudinal axis of the order of 10° to around 40°.
  • Figures 7A and 7B show other example of waveguide 40 of rectangular section and comprising several elements phase adjustment 500a, 500b, 500c of different shapes. It is understood that each of the shapes represented can be chosen independently of the others, and that the same shape can be replicated in the same waveguide 40.
  • the shape of the section of a phase adjustment element 500 can particular be selected from a rounded concave shape, a rounded convex shape, a polygonal shape, or a combination of these shapes.
  • the phase adjustment elements 500 discussed in the present description can be arranged in addition to other elements already present in the waveguide 40 and not involved in the suppression or the controlled modulation.
  • phase shift such as grooves or edges or points.
  • radiating elements comprising ridges 300 allow dimensions smaller than the wavelength of the signal to be transmitted or received.
  • the diameter of the waveguides can be smaller than the wavelength of the signal.
  • such elements are not necessarily isophase and require phase shift correction.
  • the phase adjustment elements 500 therefore make it possible to maintain the small dimensions of the waveguides 40 made possible thanks to the presence of ridges while making it possible to eliminate the phase shift or to control it.
  • Examples of waveguides comprising such longitudinal elements such as grooves or ridges have also been given, which make it possible to increase the single-mode passband of each waveguide device.
  • WO2020194270 gives one such example. A suppression or a modulation of the phase shift may nevertheless remain necessary. What the phase adjustment elements of the present description allow.
  • the structures added to the waveguides 40 for particular reasons can also cause a phase shift which should be corrected.
  • the phase adjustment elements 500 are arranged in waveguides 40 that do not include any of the other elements mentioned above. According to a provision particular, they can be arranged to replace the elements already present in the waveguide 40 and having different functions of modulation or phase shift suppression. In this case, the phase adjustment elements 500 make it possible to ensure the role of the elements that they replace while allowing the modulation or the elimination of the phase shift.
  • the phase adjustment elements 500 can be arranged in a waveguide 40 replacing one or more of the ridges 300 that it comprises. The adapted geometry of the phase adjustment elements 500 thus make it possible to maintain small dimensions while controlling the phase shift.
  • phase adjustment elements 500 are arranged as a replacement or in addition to other elements already present in the waveguide 40, they make it possible in all cases to avoid or limit the variations in section of the waveguides normally needed to remove or correct phase shift.
  • the greater homogeneity in the diameters of the waveguides promotes greater compactness of the device.
  • the diameter and/or the surface occupied by phase adjustment elements 500, replacing or complementing other elements not being involved in the correction or modulation of the phase shift are constant.
  • the values of maximum diameter dmax and of minimum diameter dmin, or else the surface occupied for a given section of the waveguide 40 are equal for a given phase adjustment element 500 .
  • the phase adjustment elements 500 can be symmetrical and/or be arranged in the waveguide 40 in a symmetrical or regular manner. Alternatively, the phase adjustment elements 500 do not have any particular symmetry, they can therefore be non-symmetrical. They can be arranged in the waveguide in a non-regular manner, that is to say at non-identical intervals. In this case they can be locally concentrated at the places of shape variation of the waveguides 40, for example at the level of the curvatures or close to the curvatures.
  • each of the waveguides 40 can have a specific influence on the phase shift of the signal with respect to the signal relating to the other waveguides 40 of the set. This specific influence may result from a difference in length or other factors.
  • the phase adjustment elements 500 are adapted to correct the impact of the different waveguides on the phase shift of the signal in a specific way. In other words, the number, shape, dimensions and arrangement of the phase adjustment elements 500 can vary from one waveguide 40 to another.
  • some waveguides may be devoid of phase adjustment elements 500 and other waveguides 40 may be provided with such adjustment elements. phase adjustment.
  • some or all of the waveguides of a set can include one or more phase adjustment elements 500, which are identical or different.
  • all of the waveguides preferably have the same cross-section, both in shape and in size. In this way, their phase shift is not compensated by a variation in the shape or the dimensions of their section.
  • a set of waveguides may nevertheless include waveguides whose shape and cross-sectional dimensions differ from one another without these cross-sectional differences allowing suppression, modulation or correction. of the desired phase shift.
  • the waveguides 40 can be separated from each other. Alternatively, they can be linked to each other, so as to maintain their relative positioning. They can form a monolithic whole.
  • the link between the waveguides can be established for example by the first layer 3, by the third layer 5 and/or by the fourth layer 6. It is also possible to make holding elements in the form of bridges between different waveguides.
  • the waveguides can be in direct contact with each other over their entire length or over a portion of their length.
  • a network of radiating elements 30 in the first layer 3 comprises N radiating elements 30.
  • the radiating elements 30 can be arranged in a rectangular or square matrix or any other geometry suited to requirements.
  • the radiant elements can form rows having a variable number of radiant elements according to the rows, the general shape of the layer forming an octagon.
  • the radiating elements 30 may be phase shifted on the successive rows, the value of the phase shift possibly being less than the pitch p1 between two adjacent elements 30 on the same row.
  • a first layer 3 of any polygonal or substantially circular shape can also be produced.
  • the radiating elements 30 can also be arranged in a triangle, a rectangle, or a diamond, with lines aligned or out of phase.
  • each radiating element of the first layer 3 makes it possible to obtain high insulation between the different beams.
  • Sub-wavelength radiating elements reduce the impact of side lobes in the region covered.
  • Any shape of radiating elements supporting at least one mode of propagation can be implemented, including rectangular, circular or rounded shapes, striated or not.
  • the radiating elements 30 can be single-polarization or double-polarization.
  • the polarization can be linear, inclined or circular.
  • the pitch p1 between two radiating elements 30 of the first layer 3 is preferably less than or equal to ⁇ /2, X being the wavelength at the maximum frequency for which the module is provided.
  • the radiating elements may include polarizers, not shown, for example at the junction with the second layer 4. In another embodiment, not shown, polarizers are provided just after the portion of free air in which the signal emitted is struck off. As will be seen later, polarizers can also be provided in the third layer 5.
  • the second layer 4 comprises N waveguides 40.
  • Each waveguide 40 transmits a signal from a port 60 and/or an element of the third layer 5 to a corresponding radiating element 30 in transmission, and vice versa. paid in reception.
  • the waveguides 40 further perform a conversion between the arrangement of the elements 60 on the third layer 5 and fourth layer 6 and the different arrangement of the first layer of radiating elements 3.
  • the waveguides 40 can be curved so as to make the transition between the surface of the third or fourth layer 6 and the different surface of the first layer 3 of radiating elements.
  • the waveguides thus form a funnel-shaped volume.
  • the second layer 4 can make it possible to adapt the pitch between adjacent elements. In one embodiment, it can also be made so as to make a transition between the arrangement of the radiating elements 30 of the first layer 3 and a different arrangement of the ports 60 of the fourth layer 6.
  • the second layer 4 can perform a transition between an array of elements or ports arranged in a rectangular matrix and an array of elements or ports arranged in a different matrix, or in a polygon, or in a circle.
  • At least some waveguides 40 can be curved.
  • at least some waveguides are curved in two planes perpendicular to each other and parallel to the longitudinal axis of the module. These waveguides 40 are thus curved in an S in two planes orthogonal to each other and parallel to the main signal transmission direction.
  • the connection plane between the waveguides 40 and the radiating elements 30 on one side, and the connection plane between the waveguides 40 and the elements 50 on the other side, are preferably parallel between them and perpendicular to the main direction of signal transmission.
  • the waveguides 40 at the periphery of the second layer 4 can be more curved than those near the center, and longer.
  • the waveguides 40 close to the center can be rectilinear.
  • the phase adjustment elements 500 therefore differ between the waveguides 40 of the periphery and those of the center.
  • the dimensions of the internal channel through the waveguides 40 and those of the input 41, as well as their shapes, are determined according to the operational frequency of the module, that is to say the frequency of the electromagnetic signal for which the module 1 is manufactured and for which a stable mode of transmission and optionally with a minimum of attenuation is obtained.
  • the different waveguides 40 in the second layer 4 can have different lengths and curvatures, which influence their frequency response curve. These differences can be compensated by the electronics supplying each port 60 or processing the received signals. Preferably, however, these differences are at least partially compensated by adapting one or more of the shape, number, dimensions, geometry of the phase adjustment elements 500 of the present description. According to an advantageous arrangement, the presence of the phase adjustment elements makes it possible to dispense with the electronic elements dedicated to the correction of the phase shift.
  • All the waveguides have the same shape and the same sectional dimensions.
  • some waveguides may comprise one or more phase adjustment elements 500 intended to locally control the phase shift of the signal.
  • phase adjustment elements 500 intended to locally control the phase shift of the signal.
  • the phase adjustment elements 500 described here make it possible to obtain a set of isophase waveguides at the wavelength considered.
  • the waveguides of such a set of isophase waveguides each make it possible to produce a signal without phase shift with respect to the signal of the other waveguides of the set despite the differences in length or curvature or shape of the waveguides.
  • the different waveguides comprise one or more phase adjustment elements adapted to compensate for the phase variation resulting from the differences in length or shape of the different waveguides.
  • waveguides of different length, and/or producing different phase shifts although provided with the phase adjustment elements described here, and to exploit or compensate for these phase shifts with the network of active electronic phase shift circuits, in order to control the relative phase shift between radiating elements, and for example to control the beamforming.
  • the second layer 4 can also, according to the embodiments, include other waveguide elements such as filters, polarization converters or phase adapters.
  • Each waveguide 40 may be intended to transmit a single-polarization or double-polarization signal.
  • the third layer 5 is optional and comprises elements 50.
  • the elements 50 make it possible to make a transition between the cross section of the ports 60 of the fourth layer 6 and the cross section which may be different from the 40 waveguides the second layer 4, generally corresponding to the cross section of the radiating elements of the first layer 3.
  • the waveguides of the third layer 5 ensure for example a transition between the square or rectangular section of the output of the ports 60 and the section waveguides 40 and radiating elements 30 which can be provided with ridges 300.
  • the elements 50 of the third layer 5 can also, according to the embodiments, carry out a transformation of the signal, for example using other waveguide elements such as filters, polarization converters , polarizers, phase adapters, etc.
  • the cross-sectional area of the third layer 5 is preferably equal to the cross-sectional area of the fourth layer 6.
  • Figure 2 illustrates an example of element 50 of the third layer 5.
  • this element 50 comprises an input 51 linked to a port 60 and an input 53 linked to the input 41 of a waveguide 40.
  • this element 50 comprises two inputs 52A, 52B, each being linked to a port 60A respectively 60B of the fourth layer, and an input 53 linked to the input 41 of a waveguide 40.
  • element 60 preferably includes a polarizer for combining respectively separating two polarities on ports 60A, 60B, from/to a combined signal on waveguide 40.
  • phase adjustment elements in the channel of the waveguide can cause filtering of the radiofrequency signal in the waveguide (comb filter). This filtering can be controlled so as to attenuate undesirable frequency bands or propagation modes. Filtering can also be an undesirable consequence of the presence of phase adjustment elements in the waveguide channel. In this case, the phase adjustment elements will be positioned and dimensioned in such a way as to attenuate only frequencies far from the nominal frequency of the waveguide.
  • the present invention also covers a method of manufacturing a module which is the subject of the present description.
  • the entire module 1 is preferably made monolithically, by additive manufacturing. It is also possible to make the entire module 1 in several blocks assembled together, each block comprising the four layers 3, 4, 5, 6, or at least the first layer 3, second layer 4 and fourth layer 6. A manufacturing by subtractive machining or by assembly is also possible, as well as a combination of additive manufacturing and subtractive machining steps.
  • the phase adjustment elements 500 are preferably produced by an additive manufacturing method.
  • the module is made entirely of metal, for example aluminum, by additive manufacturing.
  • the module 1 comprises a core made of polymer, PEEK, metal or ceramic, and a conductive envelope deposited on the faces of this core.
  • the core of the module 1 can be formed from a polymer material, ceramic, a metal or an alloy, for example aluminum, titanium or steel.
  • the phase adjustment elements 500 can be integrated into the core and formed from the same material as the core.
  • the conductive envelope may cover the phase adjustment elements 500.
  • the core of the module 1 can be made by stereolithography or by selective laser melting (selective laser melting).
  • the core may comprise various assembled parts, for example glued or welded together.
  • the phase adjustment elements 500 can be added to the core and associated with the core by means of gluing or welding.
  • the metallic layer forming the casing may comprise a metal selected from Cu, Au, Ag, Ni, Al, stainless steel, brass or a combination of these metals.
  • One or more of the inner and outer surfaces of the core, including the phase adjustment elements 500, may be covered with a conductive metallic layer, for example copper, silver, gold, nickel etc, plated by chemical deposition without electric current.
  • a conductive metallic layer for example copper, silver, gold, nickel etc, plated by chemical deposition without electric current.
  • the thickness of this layer is for example between 1 and 20 micrometers, for example between 4 and 10 micrometers.
  • this conductive coating must be sufficient for the surface to be electrically conductive at the selected radio frequency. This is typically obtained using a conductive layer whose thickness is greater than the skin depth S.
  • This thickness is preferably substantially constant on all the internal surfaces in order to obtain a finished part with precise dimensional tolerances.
  • the deposition of conductive metal on the internal and possibly external faces can be done by immersing the core in a series of successive baths, typically 1 to 15 baths. Each bath involves a fluid with one or more reactants. The deposition does not require applying a current to the core to be coated. Regular stirring and deposition are obtained by stirring the fluid, for example by pumping the fluid in the transmission channel and/or around the module 1 or by vibrating the core and/or the fluid container, for example with a device ultrasonic vibrator to create ultrasonic waves.
  • the metallic conductive envelope can cover all the faces of the core in an uninterrupted manner.
  • the module 1 comprises side walls with external and internal surfaces, the internal surfaces delimiting a channel, said envelope conductor covering said inner surface but not the entire outer surface.
  • the module 1 may comprise a smoothing layer intended to at least partially smooth the irregularities of the surface of the core.
  • the conductive envelope is deposited over the smoothing layer.
  • the module 1 may comprise a bonding (or priming) layer deposited on the core so as to cover it in an uninterrupted manner.
  • the tie layer can be made of conductive or non-conductive material.
  • the tie layer makes it possible to improve the adhesion of the conductive layer to the core. Its thickness is preferably lower than the roughness Ra of the core, and lower than the resolution of the additive manufacturing process of the core.
  • the module 1 successively comprises a non-conductive core produced by additive manufacturing, including one or more phase adjustment elements 500, a bonding layer, a smoothing layer and a conductive layer.
  • the tie layer and the smoothing layer make it possible to reduce the roughness of the surface of the waveguide channel.
  • the tie layer makes it possible to improve the adhesion of the core, conductive or non-conductive, with the smoothing layer and the conductive layer.
  • the shape of the module 1 can be determined by a computer file stored in a computer data medium and making it possible to control an additive manufacturing device.
  • the shape, number, location, dimensions as well as any useful parameter relating to the phase adjustment elements 500 can be determined by a computer file stored in a medium. of computer data and making it possible to control an additive manufacturing device.
  • the shape, number, location, dimensions as well as any useful parameter relating to the phase adjustment elements 500 can be determined in whole or in part by means of a modeling program.
  • a modeling program makes it possible, for example, to determine at least part of the characteristics of the phase adjustment elements 500 necessary to carry out the suppression or the modulation of the phase shift as a function of the characteristics of the waveguides used.
  • Such a modeling program can for example take into account the length of the waveguide considered, its longitudinal shape, including the curvatures, the shape of its section, and any other useful parameter, as well as the wavelength of the signal. Modeling may include the application of an algorithm to determine the phase shift of a waveguide based on its characteristics.
  • the characteristics of the phase adjustment elements 500 include one or more of their dimensions, their shapes, their number, and their arrangement in the waveguide, including their orientation and their location.
  • An artificial intelligence and/or deep learning module can be used to determine the effect of the phase adjustment elements 500 on the phase shift and the transfer function of the waveguides. When the characteristics of the phase adjustment elements are determined, they can be transferred to an additive manufacturing device in order to produce them.
  • the module can be linked to an electronic circuit, for example in the form of a printed circuit mounted behind the third layer 5 of ports or behind the fourth layer 6, with amplifiers and/or phase shifters linked to each port.

Landscapes

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

Abstract

Module radiofréquence, comprenant :une première couche (3) comprenant un réseau d'éléments radiants (30), chaque élément radiant (30) ayant une section permettant de supporter au moins un mode de propagation d'onde, une deuxième couche (4) formant un réseau de guides d'ondes (40), chaque guide d'onde étant connecté à un élément radiant de la première couche;un ou plusieurs des guides d'onde (4) du réseau de guides d'ondes (40) comportent au moins un élément d'ajustement de phase (500) adapté à supprimer ou corriger le déphasage des guides d'ondes entre eux à une fréquence nominale du guide d'onde.

Description

Module radiofréquence comprenant un réseau de guides d'ondes isophases
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un module radiofréquence (RF) comprenant un réseau de plusieurs guides d'ondes non identiques. Les guides d'ondes peuvent en l'occurrence être de longueurs différentes. Le module de radiofréquence et/ou les guides d'onde qu'il contient permet de délivrer un signal isophase malgré les différences des guides d'ondes. La présente invention vise en particulier à contrôler le déphasage entre les guides d'ondes ou à le minimiser ou à le supprimer.
Etat de la technique
[0002] Il est connu d'utiliser des guides d'onde de même longueur dans les réseaux de guides d'ondes pour préserver une phase égale sur une large bande de fréquences. Par exemple, US2013154764 divulgue que la longueur effective du trajet de deux guides d'ondes peut être égale.
[0003] US201212112963 révèle une matrice de majordome ayant une pluralité d'hybrides et de guides d'ondes de sorte que « la sortie d'une matrice de majordome a la même amplitude et une différence de phase constante par rapport à un signal d'entrée. Les lignes de transmission reliant les hybrides doivent être conçues pour avoir la même longueur de transmission, ou l'amplitude et la phase doivent être ajustées en fonction du changement résultant. De plus, un guide d'ondes courbé peut augmenter la complexité des chemins.
[0004] JP2003185858 révèle un démultiplexeur de longueur d'onde ayant un guide d'ondes optique de canal d'entrée 1, une pluralité de guides d'ondes optiques de canal de sortie 5 et un guide d'ondes en réseau 8 interposé entre le guide d'ondes d'entrée 1 et le guide d'ondes de sortie 5. [0005] W020201 94270 décrit un module radiofréquence comprenant des guides d'ondes pourvus de stries permettant d'augmenter la bande passante monomode.
[0006] Le document US2021218151 décrit des ensembles de guides d'ondes de différentes longueurs, dont la section est adaptée pour corriger le déphasage qui en résulte.
[0007] On connaît également des réseaux d'antennes DRA qui réunissent plusieurs éléments radiants (antennes élémentaires) déphasés afin d'améliorer le gain et la directivité. Les signaux reçus sur les différents éléments radiants, ou émis par ces éléments, sont amplifiés avec des gains variables et déphasés entre eux afin de contrôler la forme des lobes de réception et d'émission du réseau.
[0008] A haute fréquence, par exemple aux fréquences micro-ondes, les différents éléments radiants sont chacun connectés à un guide d'onde qui transmet le signal reçu en direction des modules électroniques radiofréquence, respectivement qui alimente cet élément radiant avec un signal radiofréquence à émettre. Les signaux transmis ou reçus par chaque élément radiant peuvent en outre être séparés selon leur polarisation au moyen d'un polariseur.
[0009] L'ensemble constitué des éléments radiants (antennes élémentaires) en réseau, des guides d'onde associés, des filtres éventuels et des polariseurs est désigné dans le présent texte comme un module radiofréquence passif. Les guides d'onde et les polariseurs associés sont désignés comme unité d'alimentation (« feed network »). L'ensemble est destiné à constituer la partie passive d'un réseau à radiation directe DRA.
[0010] Les réseaux d'éléments radiants pour des fréquences élevées, notamment pour des fréquences micro-ondes, sont difficiles à concevoir. Il est en particulier souvent souhaité de rapprocher les différents éléments radiants du réseau autant que possible afin de réduire l'amplitude des lobes d'émission ou de réception secondaires, dans des directions autres que la direction d'émission ou de réception qui doit être privilégiée. Cette réduction du pas entre les différents éléments radiants du réseau est cependant incompatible d'une part avec la taille minimale nécessitée par les polariseurs, et d'autre part avec l'encombrement des circuits électroniques d'amplification et de déphasage en amont des polariseurs. La taille des polariseurs et de l'électronique détermine le plus souvent le pas minimal entre les différents éléments radiants d'un réseau. Le pas important qui en résulte engendre des lobes secondaires d'émission respectivement de réception indésirables. D'autres modules radiofréquence nécessitent au contraire d'espacer davantage les éléments radiants, par exemple pour les munir d'un cône d'émission. Par exemple, WO2019229515 décrit un ensemble de guides d'ondes non rectilignes, de longueur et de forme variées, permettant de réduire ou d'augmenter le pas entre les éléments radiants et de moduler ainsi les lobes secondaires. Le déphasage résultant de leur différence de longueur est compensé en adaptant la section des différents guides d'ondes.
[0011] Il en résulte une limitation dans la réduction de l'encombrement et/ou du poids du module de radio fréquence préjudiciable aux applications sensibles à ces paramètres de poids et d'encombrement, liées par exemple à l'aérospatial ou l'aéronautique.
[0012] Il convient donc d'améliorer les guides d'ondes de sorte à en contrôler le déphasage inhérent à leurs différences, en particulier leur différence de longueur, sans devoir en modifier leur encombrement, et en particulier la forme et les dimensions de leur section.
Bref résumé de l'invention
[0013] Un but de la présente invention est donc de proposer un module radiofréquence passif, destiné à former la partie passive d'un réseau à radiation directe DRA, qui soit exempt ou minimisant les limitations des dispositifs connus. [0014] Ces objectifs sont notamment atteints au moyen d'un module radiofréquence tel que décrit dans les revendications indépendantes et détaillés par les revendications dépendantes.
[0015] Ce module radiofréquence comprend en particulier une première couche comprenant un réseau d'éléments radiants, chaque élément radiant ayant une section permettant de supporter au moins un mode de propagation d'onde.
[0016] Il peut comprendre en outre une deuxième couche formant un réseau de guides d'ondes.
[0017] Il peut comprendre en outre une quatrième couche formant un réseau de ports.
[0018] La deuxième couche peut être interposée entre la première couche et la quatrième couche.
[0019] Chaque guide d'onde peut être destiné à transmettre dans un sens ou l'autre un signal radiofréquence entre un port de la quatrième couche et un élément radiant.
[0020] La surface de la première couche peut être différente de la surface de la quatrième couche.
[0021] Les guides d'onde peuvent être de longueur et de forme différentes, mais ont de préférence même section. Un ou plusieurs des guides d'ondes comportent au moins un élément d'ajustement de phase.
[0022] Les guides d'onde ont ainsi plusieurs fonctions cumulées ; ils permettent d'une part de transmettre les signaux entre les ports de la quatrième couche et les éléments radiants de la première couche, et d'autre part de choisir indépendamment le pas des éléments radiants et le pas des ports de la quatrième couche. Ils permettent en outre de corriger ou supprimer les éventuels déphasages inhérents à la structure du module. Ils autorisent de surcroît un arrangement plus compact, qui pourraient être impossible ou plus difficiles par les moyens existants.
[0023] Cet arrangement permet entre autre de réduire le pas entre les éléments radiants de la première couche, afin de réduire l'amplitude des lobes secondaires indésirables (« grating lobes »).
[0024] A cet effet, le pas (p1) entre deux éléments radiants de la première couche est de préférence inférieur à /A2, X étant la longueur d'onde à la fréquence d'opération maximale.
[0025] La disposition convergente des guides d'onde depuis la quatrième couche vers les éléments radiants permet aussi d'espacer les ports de la quatrième couche. Le pas important entre les ports permet par exemple de disposer le circuit électronique d'amplification et de déphasage alimentant chaque port à proximité immédiate de chaque port, en réduisant les contraintes sur les dimensions de ce circuit. Ce pas important permet aussi de disposer si nécessaire des polariseurs de dimension suffisante à proximité de chaque port, pour effectuer une séparation efficace des signaux selon leur polarisation.
[0026] Dans un autre mode de réalisation, la surface de la première couche est plus grande que la surface de la quatrième couche. Les guides d'onde s'éloignent alors les uns des autres entre la quatrième couche et la première couche. Ce mode de réalisation permet d'utiliser des éléments radiants de relativement grande dimension, sans pour autant exiger une couche de ports de grande dimension.
[0027] La disposition des éléments radiants de la première couche peut être différente de la disposition des ports de la quatrième couche. Par exemple, les éléments radiants de la première couche peuvent être disposés selon une matrice rectangulaire MxN alors que les ports de la quatrième couche sont disposés selon une matrice rectangulaire KxL, M étant différent de K et N étant différent de L. Cette disposition différente peut aussi impliquer des formes différentes, par exemple une disposition en rectangle sur une des couches et en cercle, ovale, croix, rectangle creux, polygone, etc sur l'autre couche.
[0028] Le module radiofréquence peut comporter une troisième couche interposée entre la deuxième couche et la quatrième couche.
[0029] Les éléments de la troisième couche peuvent effectuer une transformation du signal.
[0030] La troisième couche peut aussi comprendre un réseau d'éléments réalisant une adaptation de section entre la section de la sortie des ports de la quatrième couche et la section de forme différente des guides d'onde. Une troisième couche de ce type peut notamment être prévue lorsque seuls les ports ou seuls les guides d'onde sont striés.
[0031] La troisième couche interposée entre la deuxième couche et la quatrième couche peut aussi comprendre un réseau de polariseurs comme éléments.
[0032] Dans une variante, le module radiofréquence peut comporter des polariseurs externes juste après les éléments radiants dans l'air.
[0033] La troisième couche interposée entre la deuxième couche et la quatrième couche peut comporter un filtre.
[0034] Chaque élément radiant de la première couche peut être muni d'au moins une strie parallèle à la direction de propagation du signal. [0035] Les éléments radiants de la première couche peuvent aussi être non striés et constitués par des guides d'onde ouverts ou des cornes carrées, circulaires, pyramidales, en forme de splines.
[0036] Les éléments radiants peuvent avoir une section externe carrée, rectangulaire, ou de préférence hexagonale, circulaire ou ovale.
[0037] Le pas (p 1 ) entre deux éléments radiants peut être variable au sein du module.
[0038] Chaque guide d'onde de la deuxième couche est de préférence conçu pour transmettre soit uniquement un mode fondamental soit un mode fondamental et un seul mode dégénéré.
[0039] La longueur des différents guides d'onde de la deuxième couche peut être variable. Les guides d'ondes sont cependant rendus isophase à la longueur d'onde considérée, notamment grâce à la présence d'un moins un élément d'ajustement de phase.
[0040] Le canal de différents guides d'ondes peut être non rectiligne. Les guides d'onde de la deuxième couche peuvent être incurvés.
[0041] La courbure des différents guides d'onde de la deuxième couche peut être variable. Par exemple, les guides d'onde en périphérie peuvent être davantage incurvés que les guides d'onde au centre.
[0042] Les ports de la quatrième couche peuvent constituer les entrées d'un polariseur.
[0043] Une première extrémité de tous les guides d'onde peut se trouver dans un premier plan, tandis qu'une une seconde extrémité de tous les guides d'onde se trouve dans un second plan. [0044] Le module est avantageusement un module réalisé par fabrication additive.
[0045] La fabrication additive permet de notamment de réaliser des guides d'onde de forme complexe, notamment des guides d'onde incurvés et convergeant en entonnoir entre la couche d'éléments radiants et la couche de polariseurs.
[0046] On entend par « fabrication additive » tout procédé de fabrication de pièces par ajout de matière, selon des données informatiques stockées sur un support informatique et définissant un modèle de la pièce. Outre la stéréolithographie et le selective laser melting, l'expression désigne aussi d'autres méthodes de fabrication par durcissement ou coagulation de liquide ou de poudre notamment, y compris sans limitation des méthodes basées sur des jets d'encre (binder jetting), DED (Direct Energy Deposition), EBFF (Electron beam freeform fabrication), FDM (fused deposition modeling), PFF (plastic freeforming), par aérosols, BPM (ballistic particle manufacturing), lit de poudre, SLS (Selective Laser Sintering), ALM (additive Layer Manufacturing), polyjet, EBM (electron beam melting), photopolymerisation, etc. La fabrication par stéréolithographie ou par selective laser melting est cependant préférée car elle permet d'obtenir des pièces avec des états de surface relativement propres, à faible rugosité.
[0047] Le module est de préférence monolithique.
[0048] Une fabrication monolithique du module permet de réduire les coûts, en supprimant la nécessité d'un montage. Elle permet par ailleurs de garantir un positionnement relatif précis des différents composants.
[0049] L'invention concerne aussi un module comprenant les éléments ci- dessus ainsi qu'un circuit électronique avec des amplificateurs et/ou de déphaseurs liés à chaque port. L'invention concerne en outre tout objet comprenant un tel module, notamment un objet de communication. Un tel objet peut être spécifiquement dédié au domaine aéronautique ou aérospatiale. Il peut par exemple s'agir d'un satellite de communication. L'invention concerne en outre une méthode de conception et de production du module objet de la présente description.
Brève description des figures
[0050] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées suivantes :
[FIG. 1] Vue schématique, de côté, des différentes couches d'un module selon l'invention.
[FIG. 2] Deux exemples de réalisations de la troisième couche, dans laquelle chaque élément de cette couche comporte soit un soit deux entrées du côté de la quatrième couche.
[FIG. 3A], [FIG. 3B] et [FIG. 3C] Représentations schématiques de la deuxième et troisième couche d'un exemple de module selon l'art antérieur.
[FIG. 4] Représentation schématique d'un guide d'onde selon un mode de réalisation de la présente description.
[FIG. 5A] et [FIG. 5B] : Représentation schématique d'un guide d'onde selon un autre mode de réalisation de la présente description.
[FIG. 6A], [FIG. 6B] et [FIG. 6C] : Représentation schématique d'un guide d'onde selon d'autres modes de réalisation de la présente description.
[FIG. 7A] et [FIG. 7B] : Représentation schématique d'un guide d'onde selon d'autres modes de réalisation de la présente descriptionLa Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0051] La figure 1 illustre un module radiofréquence 1 passif selon un premier mode de réalisation de l'invention, destiné à former la partie passive d'un réseau à radiation directe DRA.
[0052] Le module radiofréquence 1 de cet exemple comporte quatre couches 3, 4, 5, 6.
[0053] Parmi ces couches, la première couche 3 comprend un réseau bidimensionnel de N éléments radiants 30 (antennes) pour émettre des signaux électromagnétiques dans l'éther, respectivement pour recevoir les signaux reçus.
[0054] La deuxième couche 4 comporte un réseau de guides d'onde 40.
[0055] La troisième couche 5 est optionnelle ; elle peut aussi être intégrée à la deuxième couche 4. Lorsqu'elle est présente, la troisième couche 5 comporte un réseau d'éléments 50, par exemple de polariseurs ou d'adapteurs de section.
[0056] La quatrième couche 6 comporte un réseau bidimensionnel, par exemple une matrice rectangulaire, avec N ports 60 de guide d'ondes 40. Chaque port 60 constitue une interface avec un élément actif du DRA tel qu'un amplificateur et/ou un déphaseur, faisant partie d'un réseau de beamforming (également connu sous les termes de filtrage spatial ou formation de faisceaux ou formation de voies. Un port permet ainsi de connecter un guide d'onde à un circuit électronique, afin d'injecter un signal dans les guides d'onde ou en sens inverse de recevoir les signaux électromagnétiques dans les guides d'onde.
[0057] Il est aussi possible d'utiliser 2N ports 60A, 60B, si une antenne polarisée linéairement ou circulairement est utilisée. [0058] Au lieu d'intégrer les polariseurs dans la troisième couche 5, il est aussi possible d'utiliser une couche de polariseurs entre la première couche 3 avec les éléments radiants et la deuxième couche 4 avec les guides d'onde, ou d'intégrer des polariseurs dans les éléments radiants. Cette solution a l'avantage de rapprocher les polariseurs des éléments radiants, et d'éviter la complexité de transmettre un signal à plusieurs polarités dans chaque guide d'onde.
[0059] Ce module 1 est destiné à être utilisé dans un environnement multifaisceau. Les éléments radiants 30 sont de préférence rapprochés les uns des autres en sorte que le pas p1 entre deux éléments radiants adjacents est plus petite que la longueur d'onde à la fréquence nominale à laquelle le module 1 est destiné à être utilisé. On réduit ainsi l'amplitude des lobes d'émission et de réception secondaires.
[0060] Les figures 3A à 3C illustrent différentes vues d'un exemple de module selon l'art antérieur, sans la troisième et la quatrième couche. Les guides d'onde 40 et les éléments radiants 30 ont dans cet exemple une section carrée munie de quatre stries disposées symétriquement sur les flancs internes. Les guides d'onde sont convergents en direction de la première couche 3. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 et 3A à 3C, les éléments radiants 30 sont constitués par des guides d'onde dont la cavité interne est munie de stries ou d'arêtes 300, par exemple de deux, trois ou quatre arêtes 300, par exemple réparties à des distances angulaires égales.
[0061] La présente invention se caractérise par la présence d'un ou plusieurs éléments d'ajustement de phase 500, disposés en protubérance sur la surface interne des guides d'ondes 40. Les éléments d'ajustement de phase 500 peuvent être disposés en remplacement ou en complément des stries ou arêtes 300 connues de l'art antérieur. Les éléments d'ajustement de phase 500 permettent en l'occurrence de supprimer la différence de phase inhérente aux variations de longueur et/ou de géométrie des guides d'onde 40 d'un même ensemble. Ils permettent en outre de limiter ou supprimer les variations de forme et de dimensions des guides d'ondes 40 au sein d'un même ensemble.
[0062] La suppression des différences de phase au moyen des éléments d'ajustement de phase 500 permet de produire un signal sans aucun déphasage. Les éléments d'ajustement de phase 500 peuvent cependant permettre de contrôler le déphasage, par exemple pour mieux maîtriser les lobes secondaires. Ainsi, un déphasage spécifique peut être induit grâce aux éléments d'ajustement de phase 500, limité par exemple à certains guides d'ondes 40, en fonction de leur position dans la matrice de guides d'onde ou d'autres facteurs.
[0063] Des déphasages différents sont obtenus dans différents guides d'onde d'un même module radiofréquence en employant des éléments d'ajustement de phase qui différent d'un guide d'onde à l'autre. Par exemple, la section de ces éléments, leur longueur, leur hauteur et/ou leur nombre peuvent varier d'un guide d'onde à l'autre de manière à provoquer des déphasages différents et par exemple à compenser ainsi des différences de longueur entre différents guides d'onde.
[0064] Les guides d'onde 40 peuvent ainsi présenter une section transversale de forme et de dimension constante ou pratiquement constante. La forme de la section transversale désigne essentiellement le contour extérieur d'un guide d'onde 40 donné. Selon un aspect, elle exclut la forme et la section de la surface intérieure du guide d'onde. Selon un autre aspect, elle exclut toute géométrie ou élément interne du guide d'ondes autre que les contours internes dont la forme correspond aux contours externes. La forme de la section transversale désigne non seulement la forme géométrique de la section transversale mais aussi ses dimensions. La forme de la section d'un guide d'onde 40 donné est de préférence constante ou pratiquement constante sur toute la longueur du guide d'onde 40. De préférence, la forme de la section transversale de tous les guides d'ondes 40 d'un ensemble donné est identique, même dans le cas où les guides d'ondes 40 ont différentes longueurs. [0065] Les variations de longueur entre les guides d'ondes 40 sont susceptibles de générer des déphasages qui doivent être rectifiés ou compensés, au moins partiellement. D'autres paramètres tels que la variation des formes longitudinales des guides d'ondes, même s'ils ont la même longueur, peuvent générer des déphasages. En particulier, des variations dans les rayons de courbure, ou dans le nombre des courbures des guides d'ondes 40 peuvent produire de tels déphasages. D'autres paramètres tels que les éventuelles variations de rugosité ou des combinaisons de matériaux utilisés dans la confection des guides d'ondes sont également susceptibles d'influencer le déphasage. Des structures internes disposées dans les guides d'ondes telles que des stries ou des arêtes ou des pics, peuvent également produire un déphasage qu'il convient de supprimer ou de compenser. Il est entendu que la présente invention s'applique à tout ensemble de guides d'ondes 40 produisant un déphasage du signal non désiré, que ce soit du fait des variations de longueur ou du fait d'autres paramètres structurels ou de composition des guides d'ondes.
[0066] Les éléments d'ajustement de phase 500 selon la présente description permettent de supprimer le déphasage ou en tout cas de le contrôler. Cela signifie que les guides d'ondes d'un ensemble donné, dont certains ou la totalité comportent un ou plusieurs des éléments d'ajustement de phase 500 sont isophases. Les éléments d'ajustement de phase 500 permettent alternativement de contrôler les déphasages. Cela signifie en particulier que les différences de déphasage entre guides d'onde, inhérents à la structure des guides d'ondes du module, peuvent être amoindris ou rendus similaires, voire identiques. Cela signifie en outre que des déphasages peuvent être produits de manière contrôlée. Cela peut être requis par exemple pour limiter ou supprimer les lobes secondaires ou les interférences entre éléments radiants. Les éléments d'ajustement de phase 500 peuvent servir à corriger des déphasages initialement attendus comme résultant de la structure des guides d'ondes mais faisant finalement l'objet d'une divergence par rapport aux valeurs attendues. Dans ce cas, les éléments d'ajustement de phase permettent de rectifier d'éventuels défauts de structures ou de fabrication pour obtenir la valeur de déphasage requise pour chaque guide d'onde du module. [0067] Un élément d'ajustement de phase 500 peut par exemple prendre la forme d'une variation de diamètre interne du guide d'onde 40. La figure 4 montre un tel exemple de guide d'onde 40, ayant une surface interne SI formant un diamètre maximal dmax et un diamètre minimal dmin, et une surface externe SE, de section et de forme constante sur sa longueur L. Bien que le guide d'ondes 40 soit représenté rectiligne, il peut être non rectiligne. Il peut en outre avoir toutes les formes de sections transversales déjà évoquées dans la présente description. En l'occurrence, la section du guide d'onde peut être hexagonale ou polygonale, carrée, rectangulaire, ronde ou ovale, ou de toute autre géométrie adéquate. L'élément d'ajustement de phase 500 peut réduire progressivement le diamètre interne d'un guide d'onde 40 entre un diamètre maximal dmax et un diamètre minimal dmin, sur toute sa longueur L ou sur seulement une partie de sa longueur L. Dans ce dernier cas, il s'agit d'une réduction locale du diamètre interne pouvant par exemple compenser les effets d'une courbure du guide d'onde. Une telle disposition peut être localisée dans une ou plusieurs portions centrales du guide d'onde 40 ou bien à l'une ou plusieurs de ses extrémités. Les valeurs du diamètre maximal dmax et minimal dmin peuvent être déterminées en fonction de la longueur L du guide d'onde 40 ou de sa différence de longueur avec les guides d'ondes adjacents. Alternativement ou en plus, la pente de la variation du diamètre entre les valeurs dmax et dmin, ou bien la longueur de l'élément d'ajustement 500, peut être déterminée en fonction de la longueur L du guide d'onde 40 ou de sa différence de longueur avec les guides d'ondes adjacents.
[0068] Par exemple, la valeur du diamètre maximal dmax peut correspondre au diamètre de la surface interne SI, ou bien à une fraction de l'ordre de 70% ou 80% ou environ 90%, ou environ 95% du diamètre de la surface interne SI.
[0069] Le diamètre minimal dmin peut quant à lui correspondre à une valeur de l'ordre de 60% ou environ 50%, voire 40% du diamètre de la surface interne SI. [0070] Dans le cas où plusieurs éléments d'ajustement de phase 500 sont disposés dans un guide d'onde, ils peuvent avoir chacun une valeur propre du diamètre maximal dmax et du diamètre minimal dmin.
[0071] Le diamètre s'entend ici comme la dimension de l'espace interne du guide d'onde 40, indépendamment de la géométrie de sa section. Il s'applique donc aussi bien aux formes de section rondes ou ovales qu'aux formes polygonales.
[0072] Sur une section transversale du guide d'onde 40 comportant un élément d'ajustement de phase 500, l'élément d'ajustement de phase peut recouvrir l'intégralité de la surface interne SI. Alternativement, l'élément d'ajustement de phase 500 peut être disposé sur une partie de la section transversale du guide d'onde 40. Les figures 5A et 5B montrent un exemple de guide d'onde 40 de section ronde comportant un élément d'ajustement de phase 500 recouvrant une partie de la section du guide d'onde 40. La figure 5A montre la section transversale correspondante et la figure 5B une coupe longitudinale.
[0073] La proportion de la section transversale comprenant un élément d'ajustement de phase 500 peut être par exemple de l'ordre de ou supérieur à 10%, ou de l'ordre de ou supérieur 20% ou de l'ordre de ou supérieur 30% de la surface interne SI correspondant à cette section transversale. Elle peut aller jusqu'à 100% de la surface interne SI pour une section transversale donnée. D'une extrémité à l'autre de l'élément d'ajustement de phase 500, la proportion de la surface interne SI occupée par l'élément d'ajustement de phase 500 peut varier par exemple de environ 10% à environ 90% ou de 20% à environ 80%, ou de 30% à environ 70% de la surface interne SI. En d'autres termes, la surface occupée par un élément d'ajustement de phase 500 varie d'une valeur de surface minimale Smin à une valeur de surface maximale Smax le long du guide d'onde 40. [0074] L'épaisseur d'un élément d'ajustement de phase 500 sur une section transversale donnée d'un guide d'onde peut ne pas être identique sur toute la surface occupée par l'élément d'ajustement de phase.
[0075] Un élément d'ajustement de phase 500, lorsqu'il ne recouvre qu'une fraction de la surface d'une section transversale, peut être orienté parallèlement à l'axe longitudinal du guide d'onde 40. Alternativement, un élément d'ajustement de phase 500 peut dévier de l'axe longitudinal du guide d'onde 40 et adopter une configuration hélicoïdale le long de la surface interne SI du guide d'onde 40.
[0076] La surface de l'élément d'ajustement de phase 500 orientée vers l'intérieur du guide d'onde 40 peut être de forme arrondie et concave, telle que représenté dans la figure 5A. Alternativement, elle peut être de forme arrondie et convexe, telle que représentée à la figure 6A. D'autres formes peuvent être déterminées, notamment des formes angulaires telles que des formes triangulaires ou rectangulaires, telle que représentées dans les figures 7A et 7B.
[0077] Dans le cas où plusieurs éléments d'ajustement de phase 500 sont disposés dans un guide d'onde, ils peuvent être disposés sur les mêmes tronçons du guide d'onde 40, c'est-à-dire en vis-à-vis les uns des autres. La figure 6A représente une section de guide d'ondes 40 comportant deux éléments d'ajustement de phase 500 disposés en vis-à-vis. La figure 6B représente une coupe longitudinale d'un guide d'ondes 40 comportant plusieurs éléments d'ajustement 500a, 500b, 500c, 500d décalés les uns par rapport aux autres le long du guide d'ondes. La figure 6C représente une autre vue en coupe où les éléments d'ajustement de phase 500a, 500b, 500c sont disposés de manière décalée et orientés selon un axe différent de l'axe longitudinal du guide d'onde 40. Ils forment en particulier un angle par rapport à l'axe longitudinal de l'ordre de 10° à environs 40°.
[0078] Les figures 7A et 7B représentent d'autres exemple de guide d'ondes 40 de section rectangulaire et comportant plusieurs éléments d'ajustement de phase 500a, 500b, 500c de formes différentes. Il est entendu que chacune des formes représentées peut être choisie indépendamment des autres, et qu'une même forme peut être répliquée dans un même guide d'onde 40. La forme de la section d'un élément d'ajustement de phase 500 peut en particulier être sélectionnée parmi une forme arrondie concave, une forme arrondie convexe, une forme polygonale, ou une combinaison de ces formes.
[0079] Selon un mode de réalisation, les éléments d'ajustement de phase 500 discutés dans la présente description peuvent être disposés en complément d'autres éléments déjà présents dans le guide d'ondes 40 et non impliqués dans la suppression ou la modulation contrôlée du déphasage, tels que des rainures ou des arrêtes ou des pointes. En particulier, lorsque ces éléments ne permettant pas à eux seuls de supprimer le déphasage du signal comme désiré d'un guide d'onde 40 à l'autre. Par exemple, des éléments radiants comportant des stries 300 autorisent des dimensions plus petites que la longueur d'onde du signal à transmettre ou à recevoir. En particulier le diamètre des guides d'ondes peut être inférieur à la longueur d'onde du signal. De tels éléments ne sont cependant pas nécessairement isophases et nécessitent une correction du déphasage. Les éléments d'ajustement de phase 500 permettent donc de maintenir les petites dimensions des guides d'ondes 40 rendues possibles grâce à la présence de stries tout en permettant de supprimer le déphasage ou de le contrôler. Des exemples de guides d'ondes comportant de tels éléments longitudinaux tels que des stries ou des arêtes ont également été donnés, lesquels permettent d'augmenter la bande passante monomode de chaque dispositif à guide d'onde. W02020194270 donne l'un de ces exemples. Une suppression ou une modulation du déphasage peut néanmoins rester nécessaire. Ce que permettent les éléments d'ajustement de phase de la présente description. Les structures ajoutées aux guides d'ondes 40 pour des raisons particulières peuvent également provoquer un déphasage qu'il convient de corriger.
[0080] Selon un autre mode de réalisation, les éléments d'ajustement de phase 500 sont arrangés dans des guides d'ondes 40 ne comportant aucun des autres éléments mentionnés précédemment. Selon une disposition particulière, ils peuvent être disposés en remplacement des éléments déjà présents dans le guide d'onde 40 et ayant des fonctions différentes de la modulation ou de la suppression de déphasage. Dans ce cas, les éléments d'ajustement de phase 500 permettent d'assurer le rôle des éléments qu'ils remplacent tout en permettant la modulation ou la suppression du déphasage. Par exemple, les éléments d'ajustement de phase 500 peuvent être disposés dans un guide d'onde 40 en remplacement de l'une ou plusieurs des stries 300 qu'il comporte. La géométrie adaptée des éléments d'ajustement de phase 500 permettent ainsi de maintenir des petites dimensions tout en maîtrisant le déphasage.
[0081] Que les éléments d'ajustement de phase 500 soient disposés en remplacement ou en complément d'autres éléments déjà présents dans le guide d'onde 40, ils permettent dans tous les cas d'éviter ou de limiter les variations de section des guides d'ondes normalement nécessaire pour supprimer ou corriger le déphasage. La plus grande homogénéité dans les diamètres des guides d'ondes favorise une plus grande compacité du dispositif.
[0082] Selon un mode de réalisation, le diamètre et/ou la surface occupée par des éléments d'ajustement de phase 500, venant en remplacement ou en complément d'autres éléments n'étant pas impliqués dans la correction ou la modulation du déphasage sont constants. En d'autres termes les valeurs de diamètre maximal dmax et de diamètre minimal dmin, ou bien la surface occupée pour une section donnée du guide d'onde 40 sont égales pour un élément d'ajustement de phase 500 donné.
[0083] Les éléments d'ajustement de phase 500 peuvent être symétriques et/ou être disposés dans le guide d'onde 40 de manière symétrique, ou régulière. Alternativement, les éléments d'ajustement de phase 500 n'ont pas de symétrie particulière, ils peuvent être à ce titre non-symétriques. Ils peuvent être disposés dans le guide d'onde de façon non régulière, c'est-à- dire à des intervalles non identiques. Ils peuvent en l'occurrence être concentrés localement aux endroits de variation de forme des guides d'ondes 40, par exemple au niveau des courbures ou proche des courbures.
[0084] Au sein d'un ensemble de guides d'ondes 40, chacun des guides d'ondes 40 peut avoir une influence spécifique sur le déphasage du signal par rapport au signal relatif aux autres guides d'ondes 40 de l'ensemble. Cette influence spécifique peut résulter d'une différence de longueur ou d'autres facteurs. Les éléments d'ajustement de phase 500 sont adaptés à corriger l'impact des différents guides d'onde sur le déphasage du signal de manière spécifique. En d'autres termes, le nombre, la forme, les dimensions et la disposition des éléments d'ajustement de phase 500 peuvent varier d'une guide d'onde 40 à l'autre.
[0085] Au sein d'un ensemble de guide d'ondes 40, certains guides d'ondes peuvent être dénués d'éléments d'ajustement de phase 500 et d'autre guides d'ondes 40 peuvent être pourvus de tels éléments d'ajustement de phase. Ainsi, une partie ou la totalité des guides d'onde d'un ensemble peuvent comporter un ou plusieurs éléments d'ajustement de phase 500, identiques ou différents.
[0086] Au sein d'un ensemble de guide d'ondes 40, la totalité des guides d'ondes a de préférence la même section transversale, tant en forme qu'en dimension. De la sorte leur déphasage n'est pas compensé par une variation de la forme ou des dimensions de leur section. Un ensemble de guides d'ondes peut néanmoins comprendre des guides d'ondes dont la forme et les dimensions de section diffèrent de l'un à l'autre sans pour autant que ces différences de section ne permettent la suppression, la modulation ou la correction du déphasage désirée.
[0087] Au sein d'un ensemble, les guides d'onde 40 peuvent être séparés les uns des autres. Alternativement, ils peuvent être liés les uns aux autres, de manière à maintenir leur positionnement relatif. Ils peuvent former un ensemble monolithique. Le lien entre les guides d'onde peut être établi par exemple par la première couche 3, par la troisième couche 5 et/ou par la quatrième couche 6. Il est aussi possible de réaliser des éléments de maintien sous forme de ponts entre différents guides d'onde. Alternativement, les guides d'ondes peuvent être en contact direct les uns aux autres sur l'ensemble de leur longueur ou sur une portion de leur longueur.
[0088] Un réseau d'éléments radiants 30 dans la première couche 3 comporte N éléments radiants 30. Les éléments radiants 30 peuvent être disposés selon une matrice rectangulaire, carrée ou de toute autre géométrie adaptée aux besoins. Par exemple, les éléments radiants peuvent former des lignes ayant un nombre d'éléments radiants variable selon les lignes, la forme générale de la couche formant un octogone. Les éléments radiants 30 peuvent être déphasés sur les lignes successives, la valeur du déphasage pouvant être inférieure au pas p1 entre deux éléments 30 adjacents sur la même ligne. Une première couche 3 de forme polygonale quelconque, ou sensiblement circulaire peut aussi être réalisée. Les éléments radiants 30 peuvent aussi être disposés en triangle, en rectangle, ou en losange, avec des lignes alignées ou déphasées.
[0089] La phase et l'amplitude de chaque élément radiant de la première couche 3 permettent d'obtenir une isolation élevée entre les différents faisceaux. Les éléments radiants de taille inférieure à la longueur d'onde réduisent l'impact des lobes secondaires dans la région couverte.
[0090] Toute forme d'éléments radiants supportant au moins un mode de propagation peut être mise en œuvre, y compris des formes rectangulaires, circulaires ou arrondies, striées ou non.
[0091] Les éléments radiants 30 peuvent être à simple polarisation ou à double polarisation. La polarisation peut être linéaire, inclinée ou circulaire.
[0092] Le pas p1 entre deux éléments radiants 30 de la première couche 3 est de préférence inférieur ou égal à Æ/2, X étant la longueur d'onde à la fréquence maximale pour laquelle le module est prévu. [0093] Les éléments radiants peuvent inclure des polariseurs non représentés, par exemple à la jonction avec la deuxième couche 4. Dans un autre mode de réalisation non représenté, des polariseurs sont prévus juste après la portion d'air libre dans laquelle le signal émis est radié. Comme on le verra plus loin, des polariseurs peuvent aussi être prévus dans la troisième couche 5.
[0094] La deuxième couche 4 comporte N guides d'onde 40. Chaque guide d'onde 40 transmet un signal depuis un port 60 et/ou un élément de la troisième couche 5 vers un élément radiant 30 correspondant en émission, et vice-versa en réception. Les guides d'onde 40 effectuent en outre une conversion entre l'arrangement des éléments 60 sur les troisième couche 5 et quatrième couche 6 et l'arrangement différent de la première couche d'éléments radiants 3.
[0095] Les guides d'ondes 40 peuvent être incurvés de manière à faire la transition entre la surface de la troisième ou quatrième couche 6 et la surface différente de la première couche 3 d'éléments radiants. Les guides d'ondes forment ainsi un volume en entonnoir.
[0096] La deuxième couche 4 peut permettre d'adapter le pas entre éléments adjacents. Dans un mode de réalisation, elle peut aussi être réalisée de manière à effectuer une transition entre la disposition des éléments radiants 30 de la première couche 3 et une disposition différente des ports 60 de la quatrième couche 6. Par exemple, la deuxième couche 4 peut effectuer une transition entre un réseau d'éléments ou de ports disposés en matrice rectangulaire et un réseau d'éléments ou de ports disposés selon une matrice différente, ou en polygone, ou en cercle.
[0097] Au moins certains guides d'ondes 40 peuvent être incurvés. En particulier, au moins certains guides d'onde sont incurvés dans deux plans perpendiculaires entre eux et parallèles à l'axe longitudinal du module. Ces guides d'onde 40 sont ainsi courbés en S dans deux plans orthogonaux entre eux et parallèles à la direction principale de transmission du signal. [0098] Le plan de connexion entre les guides d'onde 40 et les éléments radiants 30 d'un côté, et le plan de connexion entre les guides d'ondes 40 et les éléments 50 de l'autre côté, sont de préférence parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction principale de transmission du signal.
[0099] Les guides d'ondes 40 à la périphérie de la deuxième couche 4 peuvent être plus incurvés que ceux près du centre, et plus longs. Les guides d'onde 40 proches du centre peuvent être rectilignes. Les éléments d'ajustement de phase 500 diffèrent donc entre les guides d'ondes 40 de la périphérie et ceux du centre.
[00100] Les dimensions du canal interne à travers les guides d'onde 40 et ceux de l'entrée 41, ainsi que leurs formes, sont déterminées en fonction de la fréquence opérationnelle du module, c'est-à-dire la fréquence du signal électromagnétique pour lequel le module 1 est fabriqué et pour laquelle un mode de transmission stable et optionnellement avec un minimum d'atténuation est obtenu.
[00101] Comme on l'a vu, les différents guides d'onde 40 dans la deuxième couche 4 peuvent présenter des longueurs et des courbures différentes, qui influencent leur courbe de réponse en fréquence. Ces différences peuvent être compensées par l'électronique alimentant chaque port 60 ou traitant les signaux reçus. De préférence, ces différences sont cependant compensées au moins partiellement en adaptant l'un ou plusieurs de la forme, le nombre, les dimensions, la géométrie des éléments d'ajustement de phase 500 de la présente description. Selon une disposition avantageuse, la présence des éléments d'ajustement de phase permet de s'affranchir des éléments électroniques dédiés à la correction du déphasage.
[00102] Tous les guides d'ondes ont la même forme et les mêmes dimensions de section.
[00103] Dans le cas où la longueur des différents guides d'onde 40 de la deuxième couche est identique, certains guides d'ondes peuvent comporter un ou plusieurs éléments d'ajustement de phase 500 destinés à contrôler localement le déphasage du signal. Une telle disposition permet par exemple d'influencer les lobes secondaires.
[00104] Alternativement, lorsque la longueur des différents guides d'onde 40 diffère d'un guide d'ondes à l'autre, les éléments d'ajustement de phase 500 décrits ici permettent d'obtenir un ensemble de guides d'ondes isophases à la longueur d'onde considérée. Les guides d'ondes d'un tel ensemble de guides d'ondes isophases permettent chacun de produire un signal sans déphasage par rapport au signal des autre guides d'ondes de l'ensemble malgré les différences de longueur ou de courbure ou de forme des guides d'ondes. A cet effet, les différents guides d'onde comportent un ou plusieurs éléments d'ajustement de phase adaptés pour compenser la variation de phase résultant des différences de longueur ou de forme des différents guides d'ondes.
[00105] Il est aussi possible d'utiliser des guides d'onde de longueur différente, et/ou produisant des déphasages différents, bien que pourvus des éléments d'ajustement de phase ici décrits, et d'exploiter ou de compenser ces déphasages avec le réseau de circuits électroniques actifs de déphasage, afin de contrôler le déphasage relatif entre éléments radiants, et par exemple de contrôler le beamforming.
[00106] La deuxième couche 4 peut aussi, selon les modes de réalisation, inclure d'autres éléments à guide d'onde tels que des filtres, des convertisseurs de polarisation ou des adaptateurs de phase.
[00107] Chaque guide d'onde 40 peut être destiné à transmettre un signal à polarisation simple ou à double polarisation.
[00108] La troisième couche 5 est optionnelle et comporte des éléments 50. Dans un mode de réalisation, les éléments 50 permettent de faire une transition entre la section transversale des ports 60 de la quatrième couche 6 et la section transversale qui peut être différente des guides d'onde 40 de la deuxième couche 4, correspondant généralement à la section transversale des éléments radiants de la première couche 3. Les guides d'onde de la troisième couche 5 assurent par exemple une transition entre la section carrée ou rectangulaire de la sortie des ports 60 et la section des guides d'onde 40 et des éléments radiants 30 qui peut être munie de stries 300.
[00109] Les éléments 50 de la troisième couche 5 peuvent aussi, selon les modes de réalisation, effectuer une transformation du signal, par exemple à l'aide d'autres éléments à guide d'onde tels que des filtres, des convertisseurs de polarisation, des polariseurs, des adaptateurs de phase, etc.
[00110] La surface transversale de la troisième couche 5 est de préférence égale à la surface transversale de la quatrième couche 6.
[00111] La figure 2 illustre un exemple d'élément 50 de la troisième couche 5. Dans le mode de réalisation du haut de la figure, cet élément 50 comporte une entrée 51 liée à un port 60 et une entrée 53 liée à l'entrée 41 d'un guide d'onde 40.
[00112] Dans le mode de réalisation du bas de la figure, cet élément 50 comporte deux entrées 52A, 52B, chacune étant liée à un port 60A respectivement 60B de la quatrième couche, et une entrée 53 liée à l'entrée 41 d'un guide d'onde 40. Dans ce mode de réalisation, l'élément 60 comporte de préférence un polariseur pour combiner respectivement séparer deux polarités sur les ports 60A, 60B, depuis/vers un signal combiné sur le guide d'onde 40.
[00113] Les éléments d'ajustement de phase dans le canal du guide d'onde peuvent provoquer un filtrage du signal radiofréquence dans le guide d'onde (filtre en peigne). Ce filtrage peut être contrôlé de manière à atténuer des bandes de fréquence ou des modes de propagation indésirables. Le filtrage peut aussi être une conséquence indésirable de la présence des éléments d'ajustement de phase dans le canal du guide d'onde. Dans ce cas, les éléments d'ajustement de phase seront positionnés et dimensionnés de manière à n'atténuer que des fréquences éloignées de la fréquence nominale du guide d'onde.
[00114] La présente invention couvre également une méthode de fabrication d'un module objet de la présente description.
[00115] L'ensemble du module 1 est réalisé de préférence de manière monolithique, par fabrication additive. Il est aussi possible de réaliser l'ensemble du module 1 en plusieurs blocs assemblés entre eux, chaque bloc comportant les quatre couches 3, 4, 5, 6, ou au moins les première couche 3, deuxième couche 4 et quatrième couche 6. Une fabrication par usinage soustractif ou par assemblage est aussi possible, ainsi qu'une combinaison d'étape de fabrication additive et d'usinage soustractif. Les éléments d'ajustement de phase 500 sont de préférence produit par une méthode de fabrication additive.
[00116] Dans un mode de réalisation, le module est réalisé intégralement en métal, par exemple en aluminium, par fabrication additive.
[00117] Dans un autre mode de réalisation, le module 1 comporte une âme en polymère, en PEEK, en métal ou en céramique, et une enveloppe conductrice déposée sur les faces de cette âme. L'âme du module 1 peut être formée d'un matériau polymère, de céramique, d'un métal ou d'un alliage, par exemple d'aluminium, de titane ou d'acier. Les éléments d'ajustement de phase 500 peuvent être intégrés à l'âme et formés du même matériau que l'âme. L'enveloppe conductrice peut recouvrir les éléments d'ajustement de phase 500.
[00118] L'âme du module 1 peut être réalisée par stéréolithographie ou par selective laser melting (fusion laser sélective). L'âme peut comporter différentes pièces assemblées, par exemple collées ou soudées, entre elles. En l'occurrence, les éléments d'ajustement de phase 500 peuvent être ajoutés à l'âme et associés à l'âme au moyen d'un collage ou d'un soudage. [00119] La couche métallique formant l'enveloppe peut comprendre au choix un métal choisi parmi Cu, Au, Ag, Ni, Al, acier inoxydable, laiton ou une combinaison de ces métaux.
[00120] L'une ou plusieurs des surfaces interne et externe de l'âme, y compris les éléments d'ajustement de phase 500, peuvent être recouvertes d'une couche métallique conductrice, par exemple de cuivre, d'argent, d'or, de nickel etc, plaqué par déposition chimique sans courant électrique. L'épaisseur de cette couche est par exemple comprise entre 1 et 20 micromètres, par exemple entre 4 et 10 micromètres.
[00121] L'épaisseur de ce revêtement conducteur doit être suffisante pour que la surface soit conductrice électriquement à la fréquence radio choisie. Ceci est typiquement obtenu à l'aide d'une couche conductrice dont l'épaisseur est supérieure à la profondeur de peau S.
[00122] Cette épaisseur est de préférence sensiblement constante sur toutes les surfaces internes afin d'obtenir une pièce finie avec des tolérances dimensionnelles précises.
[00123] La déposition de métal conducteur sur les faces internes et éventuellement externes peut se faire en immergeant l'âme dans une série de bains successifs, typiquement 1 à 15 bains. Chaque bain implique un fluide avec un ou plusieurs réactifs. La déposition ne nécessite pas d'appliquer un courant sur l'âme à recouvrir. Un brassage et une déposition régulière sont obtenus en brassant le fluide, par exemple en pompant le fluide dans le canal de transmission et/ou autour du module 1 ou en vibrant l'âme et/ou le bac de fluide, par exemple avec un dispositif vibrant à ultrasons pour créer des vagues ultrasoniques.
[00124] L'enveloppe conductrice métallique peut recouvrir toutes les faces de l'âme de manière ininterrompue. Dans un autre mode de réalisation, le module 1 comporte des parois latérales avec des surfaces externes et internes, les surfaces internes délimitant un canal, ladite enveloppe conductrice recouvrant ladite surface interne mais pas la totalité de la surface externe.
[00125] Le module 1 peut comporter une couche de lissage destinée à lisser au moins partiellement les irrégularités de la surface de l'âme. L'enveloppe conductrice est déposée par-dessus la couche de lissage.
[00126] Le module 1 peut comporter une couche d'accrochage (ou d'amorçage) déposée sur l'âme de manière à la recouvrir de manière ininterrompue.
[00127] La couche d'accrochage peut être en matériau conducteur ou non conducteur. La couche d'accrochage permet d'améliorer l'adhésion de la couche conductrice sur l'âme. Son épaisseur est de préférence inférieure à la rugosité Ra de l'âme, et inférieure à la résolution du procédé de fabrication additive de l'âme.
[00128] Dans un mode de réalisation, le module 1 comprend successivement une âme non conductrice réalisée en fabrication additive, incluant un ou plusieurs éléments d'ajustement de phase 500, une couche d'accrochage, une couche de lissage et une couche conductrice. Ainsi, la couche d'accrochage et la couche de lissage permettent de diminuer la rugosité de la surface du canal guide d'ondes. La couche d'accrochage permet d'améliorer l'adhésion de l'âme, conductrice ou non conductrice, avec la couche de lissage et la couche conductrice.
[00129] La forme du module 1 peut être déterminée par un fichier informatique stocké dans un support de données informatique et permettant de commander un dispositif de fabrication additive.
[00130] En outre, la forme, le nombre, l'emplacement, les dimensions ainsi que tout paramètre utile relatif aux éléments d'ajustement de phase 500 peuvent être déterminés par un fichier informatique stocké dans un support de données informatique et permettant de commander un dispositif de fabrication additive.
[00131] Alternativement ou en plus, la forme, le nombre, l'emplacement, les dimensions ainsi que tout paramètre utile relatif aux éléments d'ajustement de phase 500 peuvent être déterminés intégralement ou en partie au moyen d'un programme de modélisation. Un tel programme permet par exemple de déterminer au moins une partie des caractéristiques des éléments d'ajustement de phase 500 nécessaires à réaliser la suppression ou la modulation du déphasage en fonction des caractéristiques des guides d'ondes utilisés. Un tel programme de modélisation peut par exemple prendre en compte la longueur du guide d'onde considéré, sa forme longitudinale, incluant les courbures, la forme de sa section, et tout autre paramètre utile, ainsi que la longueur d'onde du signal. La modélisation peut inclure l'application d'un algorithme permettant de déterminer le déphasage d'un guide d'onde en fonction de ses caractéristiques. Elle peut inclure l'application d'un algorithme, par exemple un algorithme analytique ou par approximations successives, permettant de déterminer une ou plusieurs des caractéristiques des éléments d'ajustement de phase 500 nécessaires à corriger ou contrôler ou supprimer ce déphasage. Les caractéristiques des éléments d'ajustement de phase 500 incluent l'une ou plusieurs de leurs dimensions, de leurs formes, de leur nombre, et de leur disposition dans le guide d'onde, incluant leur orientation et leur emplacement.
[00132] Un module d'intelligence artificielle et/ou de deep learning peut être utilisé pour déterminer l'effet des éléments d'ajustement de phase 500 sur le déphasage et la fonction de transfert des guides d'onde. Lorsque les caractéristiques des éléments d'ajustement de phase sont déterminées, elles peuvent être transférées à un dispositif de fabrication additive de sorte à les produire.
[00133] Le module peut être lié à un circuit électronique, par exemple sous la forme d'un circuit imprimé monté derrière la troisième couche 5 de ports ou derrière la quatrième couche 6, avec des amplificateurs et/ou de déphaseurs liés à chaque port.

Claims

Revendications
1. Module de radiofréquence (1), comprenant : une première couche (3) comprenant un réseau d'éléments radiants (30), chaque élément radiant (30) ayant une section permettant de supporter au moins un mode de propagation d'onde, une deuxième couche (4) formant un réseau de guides d'ondes (40), chaque guide d'onde étant connecté à un élément radiant de la première couche, les guides d'onde ayant des longueurs inégales ; caractérisé en ce qu'un ou plusieurs des guides d'onde (40) du réseau de guides d'ondes comportent au moins un élément d'ajustement de phase (500) adapté à supprimer ou corriger le déphasage des guides d'ondes entre eux à une fréquence nominale du guide d'onde sans en modifier leur encombrement, la forme ou les dimensions de leur section.
2. Module selon la revendications 1, dans lequel le au moins un élément d'ajustement de phase est disposé en protubérance sur la surface interne desdits guides d'ondes.
3. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le(s)dit(s) au moins un élément d'ajustement de phase (500) étant disposé(s) sur la surface interne (SI) dudit guide d'ondes (40) de sorte à faire varier le diamètre interne entre une valeur de diamètre maximal (dmax) et une valeur de diamètre minimal (dmin) sur la longueur du guide d'onde ou une portion de sa longueur.
4. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit un ou plusieurs guides d'ondes (40) comporte plus d'un élément d'ajustement de phase (500), disposés sur un même tronçon de guide d'onde ou décalés le long du guide d'onde.
5. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le(s)dit(s) au moins un élément d'ajustement de phase (500) étant orienté(s) selon un axe différent de l'axe longitudinal du guide d'onde correspondant, formant un angle avec l'axe longitudinal compris entre environ 10° et 40°.
6. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la forme d'une section transversale desdits au moins un élément d'ajustement de phase (500) étant sélectionnée parmi une forme arrondie concave, une forme arrondie convexe, une forme polygonale, ou une combinaison de ces formes.
7. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la proportion de la surface interne (SI) occupée par un ou plusieurs éléments d'ajustement de phase peut varier de 10% à 100%, de préférence de 20% à 100% pour une section transversale donnée du guide d'onde.
8. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les guides d'ondes (40) du réseau de guide d'ondes (40) comportent des structures internes longitudinales ne permettant pas de supprimer ou de contrôler le déphasage, les déphasages produits par le réseau de guides d'ondes (40) étant supprimé ou corrigé, au moins partiellement, pour certains ou chaque guide d'ondes au moyen desdits éléments d'ajustement de phase (500).
9. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les différents guides d'ondes ont des longueurs différentes et/ou différentes courbures et des sections transversales identiques ou différentes, lesquelles restent inaptes à supprimer ou corriger les différences de réponse en fréquence et/ou les différences de phase causées par les différentes longueurs et/ou différentes courbures des guides d'onde, les déphasages produits par le réseau de guides d'ondes (40) étant supprimé ou corrigé, au moins partiellement, pour certains ou chaque guide d'ondes au moyen desdits éléments d'ajustement de phase (500).
10. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les différents guides d'ondes ont une section transversale constante et/ou identique.
11. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel lesdits guides d'ondes comportent une âme, lesdits au moins un élément d'ajustement de phase (500) étant directement lié ou intégré à l'âme.
12. Module de radiofréquence selon la revendication 11, dans lequel les surfaces de l'âme et desdits au moins un élément d'ajustement de phase (500) sont recouvertes d'un matériau conducteur.
13. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel certains des guides d'ondes (40) sont non rectilignes, en sorte que la deuxième couche est évasée.
14. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la courbure des différents guides d'onde (40) de la deuxième couche (4) est variable au sein du module.
15. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 14, comportant une quatrième couche avec des ports (60) connectés aux guides d'ondes à l'extrémité des guide d'onde opposée aux éléments radiants, la surface de la première couche (3) étant plus petite que la surface de la quatrième couche (6) de sorte que les guides d'onde (40) se rapprochent les uns des autres entre la quatrième couche (6) et la première couche (3), ou bien la surface de la première couche (3) étant plus grande que la surface de la quatrième couche (6) de sorte que les guides d'onde (40) s'éloignent les uns des autres entre la quatrième couche (6) et la première couche (3).
16. Module de radiofréquence selon l'une de revendications 1 à 15, dans lequel lesdits éléments d'ajustement de phase (500) permettent de supprimer les déphasages des guides d'onde, de sorte que tous les guides d'ondes sont isophases à la longueur d'onde considérée.
17. Module de radiofréquence selon l'une de revendications 1 à 15, dans lequel lesdits éléments d'ajustement de phase (500) permettent de corriger les déphasages des guides d'ondes, de sorte à produire un déphasage contrôlé.
18. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel lesdits au moins un élément d'ajustement de phase (500) sont non symétriques et/ou disposés dans le guide d'onde de façon non régulière à différents intervalles.
19. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 18, dans lequel le(s)dit(s) au moins un élément d'ajustement de phase (500) permettant d'exploiter les déphasages en l'absence de réseau de circuits électroniques actifs de déphasage, afin de contrôler le déphasage relatif entre éléments radiants, et par exemple de contrôler le beamforming.
20. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 19, dans lequel le pas (p1) entre deux éléments radiants (30) de la première couche (3) étant inférieur à /A2, X étant la longueur d'onde à la fréquence d'opération maximale.
21. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 20, dans lequel le pas (p 1 ) entre deux éléments radiants (30) est variable au sein du module.
22. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 21, dans lequel les éléments radiants (30) de la première couche étant non striés et constitués par des guides d'onde ouverts avec une section carrée, rectangulaire, circulaire, hexagonales, octogonales, ou des cornes pyramidales, ou en forme de splines.
23. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 15 à 22, comportant une troisième couche (5) interposée entre la deuxième couche (4) et la quatrième couche (6) et comprenant un réseau d'éléments (50) réalisant une adaptation de section entre la section de la sortie des ports (60, 60A, 60B) de la quatrième couche (6) et la section de forme différente des guides d'onde (40).
24. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 15 à 23, comportant une troisième couche (5) interposée entre la deuxième couche (4) et la quatrième couche (6) et comprenant un réseau d'éléments (50) comprenant un polariseur.
25. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 24, comportant des polariseurs entre la première et la deuxième couche.
26. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 15 à 25, comportant une troisième couche (5) interposée entre la deuxième couche (4) et la quatrième couche (6) et comportant un filtre.
27. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 26, dans lequel chaque guide d'onde (40) possède une section transversale en forme de carré, de rectangle, d'hexagone, de rond ou d'ovale.
28. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 27, dans lequel chaque guide d'ondes (40) est conçu pour transmettre soit uniquement un mode fondamental soit un mode fondamental et un seul mode dégénéré.
29. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 28, dans lequel une première extrémité de tous les guides d'onde (40) se trouvant dans un premier plan, une seconde extrémité de tous les guides d'onde se trouvant dans un second plan.
30. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 29, caractérisé en ce qu'il a été réalisé par fabrication additive.
31. Module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 30, dans lequel l'ensemble des guides d'ondes (40) forme un élément monolithique.
32. Méthode de production d'un module de radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 31, comprenant une modélisation d'au moins une partie des caractéristiques desdits au moins un élément d'ajustement de phase (500) à l'aide d'un ou plusieurs algorithmes, lesdites caractéristiques étant sélectionnées parmi le nombre, les dimensions, la disposition, la forme des éléments d'ajustement de phase (500).
33. Méthode de production selon la revendication 32, dans laquelle la modélisation implique un module d'intelligence artificielle ou de deep learning.
34. Méthode de production selon l'une des revendications 32 à 33, comprenant le transfert d'au moins une partie des paramètres issus de la modélisation à un dispositif de fabrication additive.
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