Brevet FR2513443A1 — publié le 19830325

ANTENNE PLANE HYPERFREQUENCE A RESEAU D'ELEMENTS RAYONNANTS OU RECEPTEURS La présente invention concerne un nouveau type d'antenne hyperfréquence à réseau d'éléments récepteurs réalisée en structure plane selon la technique du circuit imprimé associé à un support diélec- trique Il va de soi qu'en vertu du caractère de réciprocité d'une antenne, un élément de réception ou une antenne composée d'un réseau d'éléments de réception est capable de fonctionner respectivement en élément rayonnant ou en antenne rayonnante sans modification de ses caractéristiques Cette remarque restera valable sans exception tout au long de la description qui va suivre, et le mot réception pourra toujours être remplacé par le mot émission, sans pour autant que l'on sorte du cadre de l'invention. Dans un grand nombre d'applications, et notamment dans le cas de la réception de signaux de télévision en provenance de satel- lites, il est important que le diagramme de rayonnement de l'antenne hyperfréquence utilisée soit conforme aux recommandations émises par le C C I R (Comité Consultatif International des Radiocommunications), portant notamment sur l'ouverture à 3 d B et sur le niveau des lobes secondaires Cette conformité peut être obtenue soit en imposant entre éléments récepteurs voisins des distances plus faibles dans la zone centrale de l'antenne que dans sa zone périphérique soit, à distances entre éléments égales, en effectuant une commande d'amplitude selon une distribution non uniforme Cependant, un inconvénient des réseaux de sources non équidistantes réside dans la complexité de mise en place des réseaux d'alimentation due à la disposition semi-aléatoire des sources Quant aux réseaux de sources équidistantes, les structures réalisées jusqu'à présent selon ce schéma posent des problèmes d'une part de contrôle d'amplitude et de phase, d'autre part de calcul et de réalisation d'un circuit d'alimentation approprié. Par ailleurs, dès que le nombre d'éléments récepteurs devient important, ce qui est absolument nécessaire pour que l'antenne ait un gain suffisant, la mise en place du ou des réseaux d'alimenta- tion devient encore plus difficile, surtout lorsqu'on fait appel à des réseaux à alimentation en parallèle, étant donné la densité élevée des lignes de transmission de ces réseaux et la faible place disponi- ble pour leur implantation. La réalisation d'une telle antenne hyperfréquence est donc complexe et coûteuse, compte tenu des différents problèmes évoqués, et cette complexité s'accroit encore dans le cas de la réception des signaux de télévision à 12 G Hz à polarisation circulaire gauche et droite, puisqu'on doit mettre en place des éléments récepteurs couplés à deux réseaux d'alimentation distincts. Le but de l'invention est de proposer un nouveau type d'antenne hyperfréquence, remédiant de façon originale à ces problèmes et permettant notamment de simplifier considérablement l'implantation du ou des réseaux d'alimentation tout en disposant d'un diagramme de rayonnement pouvant répondre aux recommandations officielles mentionnées plus haut. L'invention concerne à cet effet une antenne hyperfré- quence à réseau d'éléments rayonnants ou récepteurs réalisée en structure plane selon la technique du circuit imprimé associé à un support diélectrique et destinée notamment à permettre la réception simultanée de signaux hyperfréquence à polarisation circulaire gauche ou droite, caractérisée en ce que lesdits éléments rayonnants ou ré- cepteurs sont placés en ligne sur une série de rayons de l'antenne et sont, sur chacun de ces rayons, équidistants les uns des autres. La structure proposée est avantageuse à double titre. D'une part, la densité d'éléments décroît régulièrement du centre de l'antenne vers sa zone périphérique, ce qui permet d'obtenir en fonc- tion du diamètre final de l'antenne l'ouverture à 3 d B souhaitée et un faible niveau des lobes secondaires, ces facteurs pouvant en outre être 13443 ajustés de façon simple par modifications de l'angle entre deux rayons successifs et de la distance entre deux éléments successifs sur un même rayon D'autre part, cette décroissance de la densité d'éléments laisse, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre de l'antenne, de plus en plus de place pour la mise en place des réseaux d'alimentation et de leurs étages de combinaison successifs. Les particularités et avantages de l'invention apparai- tront de façon plus précise dans la description qui suit et sur la figure donnée à titre d'exemple non limitatif, qui représente la vue de dessus d'environ un quart de l'antenne selon l'invention (la symétrie circulaire de l'antenne permet de limiter ainsi sa représen- tation). L'antenne hyperfréquence 1 partiellement représentée sur la figure 1 est plus particulièrement destinée à assurer la réception de signaux hyperfréquences pouvant être indifféremment à polarisation circulaire gauche ou à polarisation circulaire droite Les éléments récepteurs individuels qui la composent et qui sont absolument iden- tiques peuvent être de type quelconque, mais on retiendra tout parti- culièrement une des structures d'élément récepteur décrites dans la demande de brevet français NO 81 08 780 déposée le 4 mai 1981 par la Société Demanderesse (il s'agit d'un élément récepteur réalisé en structure plane, sur circuit imprimé, et constitué de deux dipôles isolés l'un de l'autre et disposés en croix symétrique, perpendiculai- rement l'un à l'autre, au centre d'évidements pratiqués dans les deux plans de masse recouvrant les faces extérieures du support diélectri- que du circuit imprimé). Ces éléments récepteurs individuels sont placés sur une série de rayons A à H, et, sur chacun de ces rayons, qui sont dans le cas présent équiangulaires, les éléments sont équidistants les uns des autres; sur la figure, les éléments sont en outre disposés, d'un rayon à l'autre, sur une série de cercles concentriques, mais il ne s'agit pas là d'une obligation, et ce cas particulier ne peut en aucun cas constituer une limitation de l'invention La caractéristique principale de cette structure est la suivante: la densité d'éléments récepteurs, importante au centre de l'antenne, décroît vers les bords de celle-ci, ce qui permet d'obtenir pour l'antenne un diagramme de rayonnement déterminé puisque cette distribution conduit à une densité de puissance émise par unité de surface qui décroît au fur et à mesure qu'on s'éloigne du centre de l'antenne (et permet aussi de modifier éventuellement cette directivité en jouant sur les angles entre rayons successifs et, dans une plus faible mesure compte tenu des distances minimale et maximale à respecter entre éléments, sur la distance entre éléments sur chaque rayon) Une conséquence de l'adoption de cette structure apparaît rapidement: les rayons successifs ne sont pas né- cessairement chargés de façon égale en éléments récepteurs Il faut en effet distinguer des rayons dits principaux, sur lesquels les éléments sont répartis de la zone centrale de l'antenne à sa zone périphérique, et des rayons dits secondaires, qui portent de moins en moins d'éléments récepteurs puisque ces rayons ne peuvent être insérés entre des rayons principaux voisins que lorsque l'écart entre ceux-ci est devenu suffisant pour permettre la mise en place de nouveaux éléments récepteurs et des réseaux d'alimentation qui leur sont asso- ciés. Les éléments récepteurs étant, dans l'exemple ici décrit, ceux décrits dans la demande de brevet français citée plus haut, les réseaux d'alimentation de ces éléments, constitués d'étages de combi- naison successifs des lignes de transmission hyperfréquences couplées à chaque élément récepteur, ont la structure dite à alimentation en parallèle: des premiers étages de combinaison couplent deux à deux les éléments, qui sont ici en nombre pair sur chaque rayon, ce nombre étant de préférence égal à N = 2 N avec N entier positif, des deuxièmes étages de combinaison couplent deux à deux les lignes de transmission résultant de ce premier couplage, etc et ceci d'une part pour la première série de dipôles parallèles et d'autre part pour la deuxième série de dipôles perpendiculaire à la première (un réseau étant affecté à chaque série) Le couplage final des derniers étages de combinaison peut s'effectuer soit à la périphérie de l'antenne, soit en son centre, sur deux plans différents pour chacun des deux réseaux d'alimentation affectés respectivement aux signaux à polarisation circulaire gauche et aux signaux à polarisation circulaire droite Avec cette structure de réseaux, les trajets électriques des signaux sont rigoureusement identiques de chaque élément récepteur jusqu'à la sortie de l'antenne 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cet exemple de réalisation, à partir duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention C'est en effet pour la clarté de la figure qu'on n'a représenté qu'un nombre restreint de rayons et, sur chaque rayon, un nombre limité d'éléments récepteurs. Il va de soi, cependant, que ces rayons et ces éléments peuvent être plus nombreux et que les imbrications des rayons principaux et secon- daires peuvent être répétées au fur et à mesure que la place le permet, selon la disposition géométrique déjà adoptée, dans un tout autre domaine de la technique et pour d'autres raisons, dans la demande de brevet français NI 78 26 412 également déposée par la Société Demanderesse, le 14 septembre 1978 (on se reportera à la figure 1 de cette demande). REVENDICATION 1 Antenne hyperfréquence à réseau d'éléments rayonnants ou récepteurs réalisée en structure plane selon la technique du cir- cuit imprimé associé à un support diélectrique et destinée notamment à permettre la réception simultanée de signaux hyperfréquence à polarisation circulaire gauche ou droite, caractérisée en ce que lesdits éléments rayonnants ou récepteurs sont placés en ligne sur une série de rayons de l'antenne et sont, sur chacun de ces rayons, équidistants les uns des autres.