Brevet FR2523376A1 — publié le 19830916

ELEMENT RAYONNANT OU RECEPTEUR DE SIGNAUX HYPERFRE Ql JENCES A POLA Rl SA- TIONS CIRCULAIRES GAUCHE ET DROITE ET ANTENNE PLANE COMPRENANT UN RESEAU DE TELS ELEMENTS JUXTAPOSES La présente invention concerne un élément rayonnant ou récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires gauche et droite, ainsi qu'une antenne plane comprenant un réseau de tels éléments juxtaposés Cette invention trouve son application dans le domaine de la réception des signaux de télévision à 12 gigahertz retransmis par l'intermédiaire de satellites. Une précédente demande de brevet français déposée par la société demanderesse le 4 mai 1981 sous le NI 81 08 780 décrit une an- tenne plane hyperfréquence composée d'éléments récepteurs et comprenant d'une part deux couches diélectriques planes superposées comportant chacune sur leur face extérieure un plan de masse conducteur avec des évidements non conducteurs situés deux à deux en regard l'un de l'autre et laissant apparaître la couche diélectrique, d'autre part deux ré- seaux plans distincts de lignes triplaques situés dans le plan médian entre les deux couches diélectriques planes, et, éventuellement, des paires de dipôles disposés en croix dans le même plan médian que ces réseaux en regard des évidements non conducteurs Les deux réseaux de lignes triplaques destinés à assurer, que les dipôles soient prévus ou non, le couplage de chaque élément récepteur avec la sortie d'antenne sont disposés dans un même et unique plan, ce qui, compte tenu de la densité des lignes d'alimentation dès que le nombre d'éléments récep- teurs est assez élevé, rend leur réalisation assez délicate. Le but de l'invention est de proposer une antenne plus économique L'invention concerne à cet effet un élément récepteur de signaux hyperfréquences à polarisation circulaires gauche et droite (ou, selon le principe de réciprocité des antennes, un élément rayonnant de tels signaux réalisé de façon similaire) qui comprend successivement une première couche isolante dans laquelle est prévu un mini-cornet de sec- tion carrée et de surface intérieure métallisée, un premier réseau d'alimentation pour la réception des signaux dont la polarisation est d'un premier type, une deuxième couche isolante dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de section carrée ducôté du premier réseau et de section rectangulaire à l'autre extrémité, et de surface intérieure métallisée, un deuxième réseau d'alimentation pour la réception des signaux dont la polarisation est perpendiculaire à celle des signaux reçus par le premier réseau, et une troisième couche isolante dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de surface intérieure métallisée, de même section rectangulaire du côté du deuxième réseau et court-cir- cuité, de sorte que sa longueur est inférieure à l'épaisseur de cette troisième couche Elle concerne aussi une antenne comprenant un réseau de tels éléments, juxtaposés aussi près que possible Avec une telle structure, l'antenne ainsi proposée, tout en conservant un bon rendement et en assurant une isolation satisfaisante entre éléments récepteurs, est de réalisation relativement simple, car les réseaux d'alimentation sont maintenant répartis sur deux niveaux distincts, et présentent donc une moindre complexité que lors d'une mise en place dans un plan unique. Les particularités de l'invention seront maintenant préci- sées dans la description qui suit et dans les dessins annexés qui mon- trent, sur la figure 1, en perspective, un exemple d'antenne plane hyperfréquence comprenant tout un réseau d'éléments récepteurs conformes à l'invention, sur la figure 2, une coupe mettant en évidence la dispo- sition des réseaux d'alimentation, et, sur les figures 3 a et 3 b, deux schémas montrant la mise en place du dispositif de dépolarisation pour l'obtention des signaux à polarisations circulaires droite et gauche. L'exemple de réalisation de la figure 1 consiste en une antenne présentant la structure de couches successives suivante un réseau de mini- cornets lla à lin, de section droite carrée a x a et à ouverture évasée et parois métallisées sont juxtaposés dans une première couche isolante 10, de façon à assurer le guidage des signaux hyperfréquences à polarisation circulaire gauche ou droite qui se présentent face à l'antenne du côté de la section la plus grande de ces mini-cornets Ceux-ci doivent être disposés aussi près que possi- ble, c'est-à-dire que les parois qui les séparent doivent être aussi minces que possible, pour les motifs suivants: obtenir le gain maximal grâce à une surface maximale, éviter le couplage mutuel entre deux mini- cornets voisins, améliorer l'adaptation en réduisant les surfaces passi- ves génératrices de réflexions. appliqué contre cette couche 10 du côté de la section la plus faible a x a des mini-cornets, une mince feuille diélectrique 19 porte les lignes de transmission conductrices d'un premier réseau d'ali- mentation 20 couplé aux guides d'onde que constituent ces mini-cornets pour prélever dans chacun d'entre eux les signaux hyperfréquences ayant une polarisation linéaire déterminée; une deuxième couche isolante 30 comprend ensuite un deuxième réseau de mini-guides d'onde 31 a à 31 N à parois également métallisées Sur la première moitié de leur longueur, c'est-à-dire sur une longueur de Xg/4 (X 9 étant la longueur d'onde des signaux dans les guides d'ondes), ces mini-guides d'onde ont la même section droite carrée a x a que la plus faible des sections carrées des mini-cornets lla à lin, et, sur, la deuxième moitié, une section réduite a x b de forme rectangulaire, selon la disposition décrite par exemple sur la figure 1, page 379, de la revue "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques", 13, N 03, mai 1965, ou en page 162, colonne 2, lignes 43 à 48, de la revue "Electronics" de septembre 1954 Les mini- guides d'onde 31 a à 31 n, prévus en regard des mini-cornets lla à lin, sont des- tinés à assurer le guidage des signaux hyperfréquences reçus dont la polarisation est également linéaire mais perpendiculaire à celle des signaux prélevés par le premier réseau d'alimentation 20; appliqué contre cette couche 30, du côté de la section droite réduite rectangulaire des mini-guides d'onde 31 a à 31 n, une deuxième feuille diélectrique 39 porte les lignes conductrices d'un deuxième réseau d'alimentation 40, identique au premier mais tourné de 900 par rapport à celui-ci, et couplé aux mini-guides 31 a à 31 n pour prélever dans chacun d'eux les signaux hyperfréquences ayant une polarisation linéaire perpendiculaire à celle des signaux prélevés par le premier réseau 20; enfin, une troisième et dernière couche isolante 50 com- prend un troisième réseau de mini-guides d'onde 51 a à 51 N à parois -et fond métallisés et à section droite égale à la section réduite rectangulaire a x b des mini-guides d'onde 31 a à 31 n Les parois de ces mini-guides d'onde 51 a à 51 N ont une profondeur de À 9/4, et leurs fonds constituent autant de plans réflecteurs situés à une distance optimale des réseaux d'alimentation 40 et 20. Chacun de ces deux réseaux d'alimentation est constitue d'une série d'étages de combinaison successifs des signaux reçus par chaque élément récepteur, selon une disposition géométrique classi- que telle que par exemple celle représentée sur la figure 1 du brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 587 110 délivré le 22 juin 1971 au nom de la société cessionnaire RCA Corporation Des évidements peuvent être prévus (voir la figure 2) dans les couches adjacentes au plan des réseaux d'alimentation de façon à permettre, selon une disposition équilibrée telle que celle de la figure 4 de ce même brevet cité, la progression des lignes de ces réseaux depuis chacun des éléments récepteurs individuels de l'antenne vers la connexion unique de sortie de chacun des deux réseaux, en passant par les étages de combi- naison successifs. Pour permettre ensuite la reconstitution des signaux à polarisation circulaire droite et à polarisation circulaire gauche, un coupleur hybride 3 d B est prévu en sortie des deux réseaux d'alimentation, la connexion unique de sortie de l'un de ces réseaux étant reliée à une entrée du coupleur et la connexion unique de sortie de l'autre réseau à l'autre entrée, et les deux sorties de ce coupleur fournissant lesdits signaux à polarisation circulaire droite ou gauche (voir le schéma de la figure 3 a). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, à partir duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention En particulier, l'obtention des signaux à polarisation circulaire droite ou gauche peut être réalisée non pas avec un coupleur hybride 3 d B placé en aval de l'antenne, en sortie des réseaux d'alimen- tation, mais avec un dispositif dépolariseur, du type connu à méandres par exemple, placé devant l'antenne comme le montre le schéma de la figure 3 b. REVENDICATIONS 1 Elément récepteur de signaux hyperfréquences à polarisa- tions circulaires gauche et droite ou, selon le principe de réciprocité des antennes,élément rayonnant de tels signaux réalisé de façon simi- laire, caractérisé en ce qu'il comprend successivement: une première couche isolante dans laquelle est prévu un mini-cornet de section carrée dont la surface intérieure est métal- lisée; un premier réseau d'alimentation pour la réception des signaux dont la polarisation est d'un premier type; une deuxième couche isolante dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de même section carrée du côté du premier réseau et de section rectangulaire à l'autre extrémité, et dont la surface intérieure est également métallisée un deuxième réseau d'alimentation pour la réception des signaux dont la polarisation est perpendiculaire à celle des signaux reçus par le premier réseau; une troisième couche isolante dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de même section rectangulaire du côté du deuxième réseau, et court-circuité de sorte que sa longueur est inférieure à l'épaisseur de cette troisième couche. 2 Antenne plane hyperfréquence pour la réception, ou le rayonnement, de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires gauche et droite, caractérisée en ce qu'elle comprend un réseau d'éléments juxtaposés conformes à la revendication 1.