Brevet FR2614472A1 — publié le 19881028

La présente invention concerne des réseaux d'antennes électromagnétiques et, plus particulièrement, des réseaux d'antennes a cornets. Pour obtenir une directivité élevée de l'énergie électromagnétique, il est courant d'utiliser des réseaux d'antennes. A des fréquences supérieures à 1 GHz, les éléments du réseau peuvent de manière souhaitable de présenter sous la forme de cornets électro- magnétiques. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 527 165 décrit un réseau plan de cornets rectangulaires disposés de manière à rayonner des signaux circulairement polarisés. L'homme de l'art spécialiste des antennes sait que les antennes peuvent être considérées comme des transducteurs entre des champs rayonnés et des champs guidés et que les opérations d'émission et de réception sont des fonctions réciproques. Toutefois, les descriptions du fonctionnement d'antennes peuvent être données en termes d'émission seule ou de réception seule. Ci-après, la description est donnée en termes d'émission. Le réseau décrit dans le brevet cité ci-dessus rayonne suivant deux polarisations linéaires perpendiculaires, mais, en raison de l'asymétrie de l'ouverture rectangulaire, il ne peut pas rayonner un faisceau de manière symétrique pour les deux polarisa- tions linéaires, ce qui donne des faisceaux ayant des largeurs dif- férentes et, par conséquent, des gains différents. Eu égard à l'émis- sion d'un faisceau circulairement polarisé de manière idéale, les différences de gain existant pour ses composantes peuvent amener une polarisation qui est elliptique plut8t que circulaire. Le problème posé par l'asymétrie de réponse de l'élé- ment d'un réseau de cornets rectangulaires peut être corrigé grâce à l'utilisation d'un cornet à ouverture circulaire. Le brevet des EtatsUnis d'Amérique n 3 633 208 décrit un réseau d'antennes à cornets circulaires étroitement rapprochés. La figure I illustre le réseau du brevet n 3 633 208. Celui-ci comporte plusieurs petits cornets coniques 16 à 23 répartis autour d'un cornet conique central plus grand 10, tous les cornets étant supportés au moyen d'un disque de montage 12. Dans cet ensemble, les diamètres des ouvertures des cornets plus petits 16 à 23 sont choisis de manière à valoir 0,618 fois le diamètre du cornet le plus grand, si bien que les cornets plus petits se touchent les uns les autres. La figure 2 est une vue montrant.Les extrémités situées du côté ouverture d'un réseau de neuf cornets circulaires étroitement rapprochés 216 à 224 de même diamètre. Dans ce contexte, l'expression "étroitement rapprochés" signifie que la configuration du réseau est choisie de façon qu'un nombre donné de cornets occupe une aire minimale dans le plan des ouvertures rayonnantes. Ceci maximalise le gain de l'ouverture occupée par le réseau. Comme illustré sur la figure 2, chaque cornet centralement place, par exemple le cornet 220, est entouré par six autres cornets (216, 217, 219, 221, 222, 223). Chaque cornet centralement placé, par exemple le cornet 220, est également entouré par six intervalles interstitiels, désignés par les numéros 266, 267, 269, 271, 272, 273. Ces inter- valles interstitiels ne rayonnent pas. Par conséquent, une partie de l'aire du réseau est occupée par des interstices non fonctionnels. Si les interstices pouvaient être utilisés, le gain du réseau augmenterait en proportion de l'aire gagnée, laquelle est d'environ 6%, ce qui correspond à 0,5 dB environ. Cette valeur de gain peut être importante dans certains contextes. Un réseau d'antennes comporte plusieurs cornets évasés possédant une extrémité alimentation et une extrémité ouverture rayonnante. La section droite de chacun des cornets est circulaire au niveau ou au voisinage de l'extrémité d'alimentation. Les extré- mités d'ouverture des cornets sont étroitement rapprochées dans le réseau. Chaque cornet effectue une transition entre une section droite circulaire existant au niveau de l'extrémité alimentation et une section droite hexagonale régulière existant à l'extrémité ouverture. Selon un mode de réalisation, la transition est progres- sive. Le rapprochement intime des ouvertures hexagonales élimine les intervalles dans l'ouverture. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un réseau de cornets évasés selon la technique antérieure; 26144?2 - la figure 2 est une vue, du côté de l'extrémité ouverture, d'un réseau de cornets circulaires, montrant les inter- valles existant dans l'ouverture du réseau; - la figure 3 est une vue, du côté ouverture, d'un réseau selon l'invention, montrant que l'étroit rapprochement des hexagones élimine les intervalles; - les figures 4a, 4b et 4c sont respectivement des vues en élévation latérale de l'extrémité ouverture et une vue en section droite d'un cornet conçu pour être utilisé dans le réseau de la figure 3; et - les figures 5a et 5b montrent respectivement, suivant des vues en perspective, un ensemble de support conçu pour porter des cornets identiques à celui des figures 4a à 4c et l'u'ili- sation de l'ensemble de support en relation avec une paire de cornets. Sur la figure 3, est présentée une vue de l'extrémité ouverture rayonnante d'un réseau 300 de cornets à ouverture raycn- nante hexagonale 316-324. Un cercle 222 indiqué en trait interrompu s'inscrit à l'intérieur de l'ouverture hexagonale 322, pour montrer que l'ouverture 322 présente la forme de l'hexagone circonscrit au cercle représentant l'ouverture 322, si bien que la dimension de réseau (c'est-àdire la distance entre centres adjacents d'ouvertures rayonnantes) est la même dans les deux réseaux 200 et 300. Toutefois, il n'existe aucun intervalle interstitiel dans le cas du réseau 300. Par conséquent, toute l'aire est utilisée, et le gain du réseau 300 est supérieur d'environ 0,5 dB à celui du réseau 200 de la figure 2. Alors que les ouvertures rayonnantes hexagonales 316 à 324 ne sont pas aussi symétriques que des ouvertures rayonnantes circulaires, elles sont cependant plus symétriques que des ouvertures rectangulaires. Ainsi, par rapport à un réseau d'ouvertures circu- laires, le gain du réseau hexagonal de la figure 3 est plus élevé et, par comparaison à un réseau d'ouvertures rectangulaires, le réseau hexagonal possède une réponse plus symétrique vis-à-vis d'une polarisation variable. La figure 4a est une vue en élévation latérale d'un élément de cornet 400 conçu pour être incorporé dans la production 2 6 14472 d'un réseau ayant une ouverture telle que celle de la figure 3. La figure 4b est une vue montrant l'extrémité la plus grande, c'est-àdire l'extrémité ouverture rayonnante, se trouvant à la droite de l'antenne en cornet 400 telle que représentée sur la figure 4a. A la gauche de la figure 4a, l'antenne 400 se termine en un rebord de guide d'ondes normalisé 410 conçu pour être couplé à une source de signal devant être rayonné. Le rebord 410 définit une ouverture de guide d'ondes circulaire que l'on peut voir sous la forme de l'ouverture 412 sur la figure 4b. Comme représenté sur la figure 4b, l'ouverture hexagonale est définie par six parois plates ou planes, 414 à 423, et seules trois d'entre elles (414, 422 et 423) sont visibles sur la figure 4a. Les "pointes" de la forme hexa- gonale indiquées sur la figure 4b, comme par exemple la pointe 450 entre les parois 414 et 423, établissent la transition avec une forme circulaire. Ceci est plus clairement illustré sur la vue en section droite de la figure 4c, prise suivant les lignes de coupe 4c-4c de la figure 4a, o les parois planes 414 et 423 sont séparées par une partie incurvée 452. Au niveau de l'ouverture rayonnante (l'extré- mité droite du cornet telle que représentée sur la figure 4a), l'arc soustendu par la courbe 452 a été ramené à zéro, et la courbe se présente sous la forme de la pointe 450 (figure 4b). Au niveau de sections droites plus rapprochées de l'extrémité alimentation (l'extrémité gauche de la figure 4a) que ne l'est la section droite de la figure 4c, l'arc sous- tendu par la courbe 452 augmente et les largeurs des parois plates adjacentes 414 et 423 diminuent jusqu'à ce que les largeurs des parois plates atteignent zéro à l'extrémité alimentation. A cette extrémité alimentation, le segment incurvé 452 rejoint les segments incurvés 454 et 462 adjacents, et, de manière analogue, tous les autres segments incurvés 456, 458 et 460 se rejoignent pour former une section droite circulaire continue. Ainsi, la transition entre la section droite circulaire de l'extrémité alimentation et la section droite hexagonale de l'extrémité ouver- ture est réalisée dans l'ensemble de la figure 4 par une progression graduelle. Pour un fonctionnement au voisinage de 13 GHz, l'extrémité ouverture du cornet 400 possède une dimension, entre 26 14472 côtés plats opposés de la section droite, d'environ 25,4 mm (1 pouce), un diamètre de guide d'ondes circulaire à l'extrémité alimentation d'environ 15 mm (6/10 pouce), et une longueur globale d'environ mm (6 pouces). La figure 5a est une vue en perspective d'un ensemble de montage servant à porter trois cornets telsque le cornet repré- senté sur les figures 4a, 4b et 4c. Une plaque de montage 500 de la figure 5a comporte trois ouvertures 501, 502 et 503 et est rac- cordée à une base 504. L'ensemble de la figure 5a est utilisé de la manière représentée sur la figure 5b. Sur cette figure 5b, le cornet 400 est inséré dans le trou 502, et un autre cornet identique est inséré dans le trou 503. Pour des raisons de clarté de la représenta- tion graphique, il n'est pas montré de troisième cornet. Le troisième cornet serait inséré dans l'ouverture 501. Les côtés plats des ouver- tures des cornets 400 et 552 sont contigus, c'est-à-dire immédiatement adjacents l'un à l'autre et sont en contact ou presque en contact. Comme noté dans le brevet cité n 4 527 165, les parois des cornets doivent être aussi minces que possible pour maximaliser le gain. L'ouverture d'un troisième cornet, si celui-ci était représenté, se trouverait dans le même plan que l'ouverture des cornets 400 et 552, et deux parois planes de l'ouverture hexagonale du troisième cornet se nicheraient contre les cornets 400 et 552, un côté étant adjacent à un côté de chacun de ces cornets. En pratique, les extrémités ouverture des cornets peuvent être fixées ensemble, par exemple par soudage, pour augmenter la rigidité. Les parois de chacun des cornets évasés possèdent, au voisinage de leur extrémité ouverture, une épaisseur égale, si bien que les sections droites intérieure et extérieure sont toutes deux hexagonales. D'autres modes de réalisation de l'inven'ion apparaî- tront facilement à l'homme de l'art. Par exemple, un nombre quelconque de cornets peuvent être réunis en un réseau, et de nombreux types différents d'ensembles d'alimentation peuvent être utilisés, y compris des câbles coaxiaux possédant des transitions appropriées entre le câble coaxial et le guide d'ondes. Bien entendu, l'homme de L'art sera en mesure d'imaginer, à partir des réseaux dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REV E N D I C A T I 0 NS 1. Réseau d'antennes, caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs cornets évasés (400), chacun desdits cornets évasés comportant une extrémité alimentation plus petite et une extrémité ouverture plus grande, chacun desdits cornets évasés étant conçu pour être couplé à l'un de plusieurs orifices de guides d'ondes circulaires afin de recevoir un signal devant être émis, chacun desdits cornets évases ayant une section droite circulaire au niveau de ladite extrémité alimentation et une section droite hexagonale régulière (316 à 324) au niveau de ladite extrémité ouverture, ainsi qu'une partie de raccordement régulière entre elles; et un moyen de montage (500) couplé auxdits cornets évasés afin de rassembler en réseaux lesdits cornets évasés de façon que lesdites extrémités ouverture soient contiguës. 2. Réseau d'antennes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois de chacun desdits cornets évasés possèdent, au voisinage de ladite extrémité ouverture, une épaisseur égale, de sorte que la section droite intérieure et la section droite extérieure sont toutes deux hexagonales. 3. Réseau d'antennes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite extrémité ouverture de chacun desdits cornets évasés possède une dimension, entre côtés plats opposés de ladite section droite hexagonale régulière, d'environ 25,4 mm afin de permettre un fonctionnement à des fréquences voisines de 13 GHz. 4. Réseau d'antennes selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite extrémité alimentation de chacun desdits cornets évasés possède un diamètre d'environ 15 mm. 5. Réseau d'antennes selon la revendication 3, caractérisé en ce que la longueur de chacun desdits cornets évasés, entre lesdites extrémités alimentation et ouverture, est d'environ 150 mm. 6. Réseau d'antennes, caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs cornets conducteurs évasés (400), chacun desdits cornets évasés comportant une extrémité alimentation plus petite à section droite circulaire et une extrémité ouverture rayonnante plus grande, lesdites extrémités ouverture rayonnante (316 à 324) étant étroitement rapprochées des ouvertures rayonnantes d'un nombre maximal de cornets conducteurs évasés adjacents, de sorte que, si les sections droites desdits cornets conducteurs évasés avaient été circulaires au niveau de ladite extrémité ouverture rayonnante, le réseau aurait possédé des intervalles interstitiels qui auraient réduit le gain du réseau; et une transition associée à chacun desdits cornets conducteurs évasés, ladite transition se faisant entre ladite section droite circulaire existant au niveau de ladite extrémité alimentation et une section droite hexagonale régulière existant au niveau de ladite extrémité ouverture rayonnante, si bien que, lorsque lesdites extrémités ouverture rayonnante desdits cornets conducteurs évasés sont étroitement rapprochées, lesdits intervalles interstitiels sont sensiblement éliminés et le gain du réseau est augmenté. 7. Réseau d'antennes selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite transmission associée à chacun desdits cornets évases constitue une partie de raccordement progressif continu. 8. Réseau d'antennes, caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs cornets (400) possédant des sections droites hexagonales au niveau de leurs ouvertures rayonnantes (316 à 324); un moyen de montage (500) permettant de monter lesdits cornets de façon que leurs ouvertures soient étroitement rapprochées; et des moyens d'alimentation (410) couplés auxdits cornets de manière à effectuer une fonction de transduction d'énergie.