Brevet FR2533765A1 — publié le 19840330

ANTENNE A MICRO-BANDES La présente invention concerne le domaine des an- tennes à micro-bandes ou lignes de bandes plus particuliè- rement, la présente invention concerne une antenne plane à micro-bandes destinée à être utilisée principalement comme antenne pour la réception de signaux de radiodiffusion à micro-ondes Bien que la présente invention puisse avoir une utilité générale dans la transmission ou-la réception des micro-ondes, elle sera décrite dans le contexte d'utili- sation de ce que l'on appelle une antenne de télévision uni- quement pour réception (TVRO) dans un système de transmission directe par satellite Toutefois, il est entendu que l'inven- tion peut avoir une utilité générale, soit comme antenne réceptrice, soit comme antenne émettrice dans des systèmes de communication à micro-ondes. En raison du potentiel de développement croissant de la transmission par satellite de signaux à micro-ondes pour les systèmes d'émission et de réception de télévision, il devient de plus en plus nécessaire de mettre au point une antenne fiable, durable et d'un coût raisonnable à usa- ge domestique et autres applications industrielles, en vue de la réception de signaux à micros-ondes transmis par satellite On utilise traditionnellement des antennes parabo- liques dans les systèmes de transmission de ce type,' mais ces antennes posent de nombreux problèmes pour un système de réception de signaux de télévision à micro-ondes effica- ce et commercialement viable Parmi d'autres problèmes, les antennes paraboliques sont relativement coûteuses et elles ne sont pas suffisamment stables, même par vent faible, pour garantir une réception de signaux uniformes et, partant, la qualité de l'image En conséquence, elles ne sont pas particulièrement appropriées pour une utilisation quotidien- ne dans des systèmes de réception de télévision à usage domes- tique ou pour d'autres applications industrielles. Des antennes à micro-bandes ou à lignes de bandes pour la transmision ou la réception des micro-ondes sont connues dans la technique Des antennes de ce type sont illus- trées,par exemple,dans GB-PS 1 529 361 pour James et Wilson, US-PS 3 995 277 pour M Olyphant, Jr, US-PS 3 987 455 pour M Olyphant, Jr, et US-PS 3 803 623 pour L Scharlot,Jr. Dans tous ces brevets antérieurs, la structure d'antenne est constituée d'un lamifié d'une matière diélectrique avec un plan géométrique conducteur d' électricité sur une surfa- ce du diélectrique et un dessin de micro-bandes ou de lignes de bandes, sur l'autre surface du diélectrique Il est bien connu que les propriétés de la matière diélectrique sont importantes pour le rendement de l'antenne, en particulier les propriétés relatives à la constante diélectrique et aux facteurs de dissipation Ces considérations rendent ces an- tennes à micro-bandes classiques pratiquement inappropriées pour des antennes TVRO, étant donné qu'elles limitent stric- tement le choix des matières diélectriques appropriées à des matières très coûteuses, en particulier, lorsqu'on consi- dère qu'une antenne TVRO doit être relativement grande, par exemple une structure carrée de l'ordre de 75 à 100 cm de côté ou une structure circulaire ayant un diamètre de 75 à 100 cm De même, étant donné que les antennes TVRO seront utilisées au dehors, elles doivent être rendues résistantes aux intempéries afin de les protégéer contre une exposition aux éléments atmosphériques Cette remarque est particuliè- rement vraie avec les antennes à micro-bandes ou à lignes de bandes classiques de la technique antérieure dans les- quelles le circuit imprimé et le plan géométrique sont si- tués sur l'extérieur des surfaces diélectriques Cette condi- tion requise, relative à la résistance aux intempéries, ac- centue davantage les problèmes économiques et pratiques que pose l'utilisation des antennes à micro-bandes de la techni- que antérieure dans des systèmes TVRO. Les conditions requises combinées concernant les propriétés diélectriques et la résistance aux intempéries limitent le choix des matières diélectriques qui peuvent être utilisées efficacement dans une antenne TVRO pratique si cette dernière était réalisée conformément aux techni- ques antérieures habituelles Les matières céramiques à fai- ble perte pourraient assurer un bon rendement de la matière diélectrique mais le coût et les dimensions limitées des substrats en matière céramique pourraient les exclure Les substrats à base de polytétrafluoréthylène (PTFE) ou d'autres polymères fluorés pourraient également constituer des choix acceptables du point de vue des propriétés diélectriques mais le coût de ces substrats pourrait les rendre inappropriés pour une utilisation domestique et des applications indus - trielles en général En conséquence, pour des raisons écono- miques et d'autres inconvénients pratiques, la technique n'a pas mis au point une antenne plane TVRO qui soit accepa- ble et pratique du point de vue industriel. L'objet de la présente invention est de fournir une antenne TVRO capable de surmonter ou de réduire les pro- blèmes mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres qui sont inhérents à la technique antérieure. Suivant la présente invention, on prévoit une an- tenne à micro-bandes comprenant une première plaque de ma- tière diélectrique, un premier dispositif conducteur sur une surface de ladite première-plaque définissant un plan géométrique de base pour une antenne à micro-ondes, une se- conde plaque de matière diélectrique à une certaine distânce de ladite première plaque, un second dispositif conducteur sur la surface de ladite seconde plaque, définissant le cir- cuit imprimé d'une antenne à micro-bandes, lesdits premier et second dispositifs conducteurs étant situés sur les sur- faces intérieures se faisant face-de la première et de la seconde plaque, et un dispositif d'espacement pour mainte- nir lesdites première et seconde plaques & l'écart l'une de l'autre et définissant un espace entre lesdites plaques. L'espace d'air a pour rôle de constituer et de définir le diélectrique entre le circuit imprimé et le plan géométri- que de base L'antenne à micro-bandes consiste donc en un plan de base et un circuit imprimé, chacun d'eux étant sup- porté par et écarté de l'autre par une plaque de verre avec des raccordements électriques appropriés à ceux-ci et par la couche d'air intermédiaire La plaque de verre sur laquel- le est formé le circuit imprimé protège le circuit imprimé de l'action des intempéries, ce qui augmente donc d'une ma- nière significative la durée de vie probable de cette anten- ne TVRO. Il convient de se référer aux dessins dans les- quels les éléments semblables ont reçu la même numérotation dans les deux figures: La figure 1 est une vue en élévation avec coupe d'une antenne construite conformément à la présente inven- tion. La figure 2 est une coupe le long de la ligne 2-2 dela figure 1. La réalisation préférée de la présente invention fait appel au verre comme base ou comme matériau de subs- trat pour le plan de base et le circuit imprimé à micro- bandes d'une antenne plane à micro-bandes Quoique le ter- me "verre" soit utilisé pour la description de la présente invention, il est entendu qu'il signifie et inclut également toute substance amorphe, inorganique, transparente ou trans- lucide obtenue par la fusion du sable, de la silice ou d'au- tres matériaux de façon à obtenir une masse qui, après re- froidissement a une structure rigide sans cristallisation ainsi que l'une quelconque des différentes substances orga- niques ou inorganiques ressemblant au verre par leur trans- parence, leur dureté et leur nature amorphe, dans la mesure o ces matériaux possèdent les caractéristiques diélectri- ques appropriées qui les rendent utilisables pour une an- tenne TVRO. L'antenne plane 10 possède une plaque de verre inférieure ou base 12 qui supporte un plan de base monoli- thique simple 14 L'antenne possède également une plaque de verre supérieure 16 qui supporte un réseau électrique- ment conducteur du matériau 18, constituant le circuit im- primé de l'antenne à micro-ondes Comme on le voit le mieux sur la figure 2, le réseau 18 est constitué d'une bande prin- cipale d'alimentation 20, de plusieurs bandes d'alimentation ramifiées 22 et d'un réseau d'éléments 24 s'étendant à partir de chaque bande d'alimentation ramifiée 22 Il est entendu que le réseau de la figure 2 est donné uniquement à titre d'exemple Une grande variété de réseaux en variante pour- rait être utilisée, vu qu'ils sont susceptibles de four- nir l'énergie de micro-ondes avec la relation de phase appro- priée correspondant à chaque élément radiant. Tant le plan de base 14 que le circuit imprimé 18 sont liés ou collés à leurs plaques de verre respectives 12 et 16 par tout procédé convenable ou approprié Le plan de base 14 et le circuit imprimé 18 sont des couches-obte- nues par métallisation telles que, par exemple, du cuivre ou de l'argent Le plan de base et le circuit imprimé sont liés ou collés à leurs plaques de verres respectives et ils peuvent être formés sur les plaques de verre par tout pro- cédé convenable ou approprié y compris les techniques de métallisation spéculaire, le dépôt avec écran de soie ou toute autre technique de fabrication des circuits imprimés ou bien les techniques de transfert decal L'antenne suivant la présente invention possède également des pièces d'arête en verre entre les plaques 12 et 16 et autour de toute la périphérie des plaques 12 et 16 Ces éléments-d'arêtes en verre 26 servent à la fois à maintenir et écarter l'une de l'autre les plaques de verre 12 et 16 et à sceller hermétigement l'espace intérieur 28 compris entre les plaques de verre 12 et 16 Les bandes d'arête 26 sont liées aux plaques 12 et 16 par une soudure pour verre ou par toute autre colle convenant pour le verre et les coefficients de dilatation thermique des plaques de verre 12 et 16 ainsi que des bandes d'arêtes 26 sont adaptés les uns aux autres afin d'éviter l'apparition de sollicitations thermiques pouvant provoquer la fissuration de la structure ou la séparation des éléments liés entre eux. Un câble coaxial 30 est raccordé à l'antenne Un conducteur 32 (le conducteur extérieur) du câble coaxial est raccordé au plan de base 14 par les broches conductri- ces 33 passant à travers la plaque de verre 12 et l'autre conducteur 34 (le conducteur intérieur ou central) du câble coaxial est raccordé à l'élément d'alimentation principale pour fournir les signaux aux circuits à micro-ondes. Une colle conductrice peut être utilisée pour lier entre eux et assurer le contact entre le conducteur 34 et l'élé- ment d'alimentation 20 Un joint approprié 36 est prévu là o le câble coaxial traverse la plaque 14 afin d'assurer la fermeture hermétique de l'espace d'air 28 Il est entendu que le câble coaxial 30 et ses raccordements au plan de ba- se et à l'élément d'alimentation sont représentés d'une ma- nière schématique et uniquement à titre d'illustration Tou- te disposition appropriée des raccordements peut être égale- ment utilisée. Pour l'application aux antennes TVRO envisagée essentiellement dans le cadre de la présente invention, la structure sera relativement grande, par exemple une struc- ture carrée de l'ordre de 75 à 100 cm de côté ou une struc- ture circulaire ayant-un diamètre de 75 à 100 cm Pour as- surer une réception correcte des signaux et maintenir une qualité d'image uniforme dans l'appareil de télévision au- quel l'antenne est raccordée, il est important que la dis- position spatiale des différents éléments électroniques res- te inchangée Tout déplacement des plaques de verre 12 et 16 avec leurs constituants conducteurs respectifs l'une par rapport à l'autre aurait des effets défavorables Un tel déplacement pourrait être causé par des forces (par exemple le vent, des sollicitations mécaniques) agissant sur la plaque 16 ou par un affaissement de la plaque 16 par rap- port à la plaque 12 Afin de maintenir l'espacement appro- prié entre-les plaques 12 et 16, des entretoises en verre 38 peuvent être placées entre les plaques et être liées à- ces plaques. Le réseau à micro-bandes 18 est conçu et choisi afin d'engendrer une onde plane s'il était-un émetteur de micro-ondes Comme les émetteurs et les récepteurs de micro- ondes sont des éléments réciproques, le circuit imprimé 18 recevra une onde plane provenant d'une direction particuliè- re, par exemple en provenance d'un satellite géostationnaire ou équatorial La plaque de verre 16 doit avoir de préféren- ce une épaisseur égale à environ 2 longueur d'onde du signal reçu ( 12 à 14 G Hz pour le satellite stationnaire OTS ac- tuellement en service) Toutefois, cette configuration idéa- le serait de nature à rendre l'antenne trop lourde C'est pourquoi la plaque de verre 16 peut avoir une épaisseur de l'ordre de 2,5 mm afin de réduire son poids Ce dimension- nement entraînera ceraines pertes par réflexion mais confè- rera cependant à l'antenne des caractéristiques acceptables. Comme mentionné précédemment, l'espace 28 entre les plaques de verre 12 et 16 est de préférence un espace d'air, l'air servant de diélectrique approprié Toutefois, l'espace 28 peut également être rempli par un gaz inerte ou être sous vide. La description qui précède permet de reconnaître qu'une antenne plane TVRO particulièrement efficace, commo- de et économique a été obtenue grâce à la présente invention. Cette antenne présente une bonne stabilité dimensionnelle et, par conséquent, elle peut être montée à l'extérieur des -bâtiments (par exemple sur le toit des maisons ou sur d'au- tres structures similaires) et elle peut être montée dans une structure en rotation pour permettre son alignement en direction sans nuire à la réception du signal transmis et, par conséquent, à l'uniformité de la qualité de l'image obtenue sur l'écran de télévision auquel l'antenne est rac- cordée. Une caractéristique particulièrement importante et utile pour les antennes extérieures est que l'antenne est protégée des intempéries par la structure complètement et hermétiquement scellée de l'antenne et que la plaque su- périeure 16 protège le circuit imprimé de l'action des intem- péries Par conséquent, l'antenne pourra supporter de nom- breuses années de service à l'extérieur. Bien que le verre ait été mentionné comme matériau préféré pour la réalisation des plaques 12 et 16, d'autres matériaux rigides peuvent être également utilisés pour au- tant que la plaque 16 possède une constante diélectrique égale à 8 ou à moins et de faible perte(tangente de perte de 0,01 ou moins). -2533765 REVENDICATIONS 1 Une antenne à micro-bandes comprenant une première plaque de matière diélectrique ( 124 un premier dis- positif conducteur( 14)sur une surface de ladite première plaque ( 12) définissant un plan géométrique de base ou une antenne à micro-ondes, une seconde plaque 16 de matière di- électrique située à une certaine distance de ladite premiè re plaque 12, un second dispositif conducteur 18 sur une surface de ladite seconde surface 16, ce dispositif consti- tuant le circuit imprimé de l'antenne à micro-ondes, les dits premier et second dispositifs conducteurs ( 14, 18) étant situés sur les surfaces dirigées vers l'intérieur de la première et de la seconde plaque ( 12, 16) et des dispo- sitifs d'écartement ( 26) pour maintenir à l'écart l'une de l'autre lesdites première et seconde plaques ( 12, 16) et délimiter un espace 28 entre lesdites plaques. 2 Une antenne à micro-bandes suivant revendi- cation 1, caractérisée en ce que ladite seconde plaque 16 possède une constante diélectrique non supérieure à 8 et une tangente de perte non supérieure à 0,01. 3 Une antenne à micro-bandes suivant revendica- tions 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdites première et seconde plaques( 12, 16) sont en verre. 4 Une antenne à micro-bandes suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite seconde plaque ( 16)a une épaisseur comprise entre environ 2,5 mm et la moitié de la longueur d'onde du si- gnal à micro-ondes reçu par l'antenne. Une antenne à micro-bandes suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les coefficients de dilatation thermique desdites première et seconde plaques( 12 et 16)et des dispositifs d'écartement ( 26) sont adaptés les uns aux autres. 6 Une antenne à micro-bandes suivant revendica- tions 1 ou 4, caractérisée en ce que ledit espace( 28) entre lesdites plaques est hermétiquement fermé. 7 Une antenne à micro-bandes suivant revendica- tion 6, caractérisée en ce que ledit espace ( 28) entre les- dites plaques contient de l'air. 7 Une antenne à micro-bandes suivant revendica- tion 6, caractérisée en ce que ledit espace ( 28) entre les- dites plaques contient un gaz inerte. 9 Une antenne à micro-bandes suivant revendica- tion 6, caractérisée en ce que le vide a été fait dans ledit espace ( 28) entre lesdites plaques. t