Brevet FR2632781A1 — publié le 19891215

ANTENNE PLANE La présente invention concerne, d'une façon générale, les antennes "planes et elle a trait, plus particulièrement, à une antenne plane qui comporte des premier et second circuits d'alimentation en courant pour effectuer l'alimentation en courant relative à deux ondes polarisées différentes à directivités mutuellement différentes, cette antenne présentant de meilleures caractéristiques. Les antennes planes du type mentionné sont utilisées, en fait, pour recevoir les ondes polarisées transmises dans la bande des hyperfréquences, en particulier dans la bande de 12 GHz ou plus, à partir d'un satellite géostationnaire de diffusion d'ondes hertziennes, lancé dans l'espace cosmique de manière à se trouver à 36.000 km de la terre. On a utilisé, d'une façon générale, comme antenne pour recevoir les ondes électriques en provenance des satellites géostationnaires, des antennes paraboliques montées sur le toit des immeubles, ou à des endroits analogues, mais ces antennes paraboliques ont pour défaut qu'elles sont susceptibles d'être facilement abattues par des vents violents en raison de leur structure tridimensionnelle volumineuse, de sorte qu'il faut utiliser des moyens supplémentaires pour assurer leur support stable et que de tels moyens de support exigent, en outre, des frais de montage élevés et un travail d'installation pénible. Pour tenter d'éliminer ces inconvénients des antennes paraboliques, on a suggéré, dans la demande de brevet japonais N' 99803/1982 ouverte à l'inspection publique, une antenne plane dont la totalité de la configuration est plate, ce qui fait que la structure peut être considérablement simplifiée et qu'il est possible de monter directement l'antenne sur un mur extérieur d'immeuble, ou à un endroit analogue, de sorte qu'elle est peu coQteuse. De plus, on a demandé A l'antenne plane de présenter un gain élevé et, à cet effet, on a tenté diversement de réduire la perte d'insertion. Par exemple, on a décrit, avant la présente invention, dans la demande de brevet français N' 87 02421, une antenne plane, dans laquelle le circuit d'alimentation et le circuit de rayonnement ne sont pas reliés directement l'un à l'autre mais sont couplés électromagnétiquement pour fournir au circuit rayonnant le courant en provenance du circuit d'alimentation en courant, tandis que les deux circuits ainsi qu'un conducteur de terre sont supportés respectivement par chacune de plusieurs plaques isolantes qui sont séparées les unes- des autres par un moyen d'entretoisement maintenant un espacement. Grâce à cette disposition, on peut donc disposer le circuit d'alimentation en courant dans l'espace ainsi maintenu, afin de réduire à un minimum la perte pour améliorer les possibilités d'assemblage et on peut abaisser efficacement la perte d'insertion. De plus, avant la présente invention, on a suggéré dans la demande de brevet français N' 87 12274 une autre antenne plane dans laquelle un circuit rayonnant est pourvu d'un grand -nombre de fentes ou évidements dans chacun desquels est disposé un élément parcellaire de couplage et le circuit rayonnant est couplé électromagnétiquement,-à l'endroit de ces éléments parcellaires présents dans les fentes, aux bornes opposées d'alimentation en courant d'un circuit d'alimentation en courant, de manière à diminuer davantage la perte tout en améliorant les possibilités d'assemblage. Selon les deux cas pzécédents de la technique antérieure, il est possible de réduire la perte d'insertion et d'améliorer les possibilités d'assemblage afin de faire en sorte que l'antenne puisse être produite en grandes séries, mais on demande encore à celle-ci de présenter un gain plus élevé. De plus, alors que la diffusion des ondes hertziennes par satellites a progressé constamment jusqu'à atteindre un stade d'utilisation pratique, il existe une limite au nombre admissible de satellites géostationnaires que l'on peut lancer et il est nécessaire d'utiliser des signaux ayant la même fréquence mais dont le mode de polarisation de l'onde est différent pour accroître plus que jamais le rendement d'utilisation du signal. Dans ce cas, il est nécessaire que l'antenne plane soit pourvue de deux circuits d'alimentation de types différents et, dans la demande de brevet allemand N' 35 14880, on a suggéré un agencement permettant d'améliorer le rendement d'utilisation à l'aide de deux circuits d'alimentation pour un circuit rayonnant, mais cette agencement n'est pas apte à recevoir de façon simultanée et efficace les ondes polarisées linéairement, en particulier.. La présente invention a par conséquent pour objet principal une antenne plane qui peut présenter d'excellentes propriétés de gain avec une perte minimisée et qui peut recevoir simultanément et avec un rendement extrêmement élevé deux ondes de directionnelles différentes, polarisées linéairement. Selon la présente invention, on atteint cet objectif à l'aide d'une antenne plane dans laquelle des plaques respectives de conducteur de terre, de premier - circuit d'alimentation en courant, de premier circuit rayonnant, de second circuit d'alimentation en courant et de second circuit rayonnant sont disposées successivement en étant séparées- d'un espace prédétermine, de manière à être indépendantes les unes des autres, les première et seconde plaques de circuit d'alimentation en courant sont pourvues d'extrémités de conducteurs d'alimentation en courant, tandis que les première et seconde plaques de circuit rayonnant sont pourvues d'éléments rayonnnants correspondant respectivement - à chacune des extrémités d'alimentation en courant, et les extrémités d'alimentation en courant ainsi que les, éléments, rayonnants sont mutuellement couplés électromagnétiquement en vue de recevoir des ondes polarisées renvoyées par un satellite dans la bande des hyperfréquences utilisée, l'antenne plane sus-visée étant caractérisée en ce que des éléments rayonnants de la première plaque de circuit rayonnant comprennent respectivement une paire de fentes ou évidements minces ou de forme rectangulaire-plate,-les éléments rayonnants se trouvant dans la seconde plaque de circuit rayonnant comprennent respectivement une fente ou évidement annulaire que l'on forme en disposant un élément parcellaire rectangulaire de couplage à l'intérieur d'une ouverture carrée formée dans la couche de conducteur, lesdites fentes ou évidements étant disposées de manière à se trouver en dessous des fentes ou évidements annulaires. D'autre objets et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description donnée ci-après pour laquelle on se reportera aux dessins annexés, sur lesquels: la figure i est une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'antenne plane selon la présente invention à l'état o ses plaques constitutives respectives sont désassemblées, des parties de ces plaques ayant été enlevées; la figure 2 est une vue en perspective partielle et agrandie de l'antenne plane de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe partielle et agrandie de l'antenne plane de la figure 1; la figure 4 est une vue en plan partielle de l'antenne de -la figure i1 pour expliquer la relation entre une des extrémités du conducteur d'alimentation en courant se trouvant dans la première plaque de circuit d'alimentation en courant et une paire d'éléments rayonnants se trouvant dans la première plaque de circuit rayonnant; la figure 5 est une vue en plan partielle de l'antenne de la figure 1 pour expliquer la relation entre une des extrémités de conducteur d'alimentation en courant se trouvant dans la seconde plaque de circuit d'alimentation en courant et un des éléments rayonnants se trouvant dans la.seconde plaque de circuit rayonnant; la figure 6 est une vue en plan partielle de l'antenne de la figure 1 pour montrer la relation entre les extrémités de conducteur d'alimentation en courant se trouvant dans les première et seconde plaques de circuit d'alimentation en courant et les éléments rayonnants des première et seconde plaques de circuit rayonnant de l'antenne de la figure 1; la figure 7 est un diagramme montrant les propriétés de gain dans un premier mode de réalisation de l'antenne plane de la figure 1; et la figure. 8 est un diagramme montrant les propriétés de gain dans un autre mode de réalisation de l'antenne plane de la figure 1. En se référant maintenant aux figures 1 à 3, on voit qu'une antenne plane 10 selon la présente invention comprend, d'une façon générale, une plaque 11ilde conducteur de terre, une première plaque 12 de circuit d'alimentation en courant, une première plaque 13 de circuit rayonnant, une seconde plaque 14 de circuit d'alimentation en courant et une seconde plaque 15 de circuit rayonnant, ces plaques 11-15 étant empilées successivement en étant séparées par un espace prédéterminé de manière à être indépendantes les unes des autres. La plaque 11il de conducteur de terre est formée par un corps conducteur, tel que l'aluminium, le cuivre, l'argent, l'astate, le fer, l'or ou autre corps analogue. Les première et seconde plaques 12 et 14 de circuit d'alimentation en courant sont formées respectivement par un réseau 16 ou 17 d'alimentation en courant constitué du même corps conducteur que celui de la plaque 11 de conducteur de terre, c'est-à-dire l'aluminium, le cuivre, l'argent, l'astate, le fer, l'or ou analogue, est fixé à une feuille de résine synthétique constituée, par exemple, de polyéthylène, de polypropylène, de polyester, de matières acryliques, de polycarbonate, de résine ABS et de résine PVC seuls ou d'un mélange d'au moins deux de ces produits. Les premier et second circuits rayonnants 13 et 15 sont également formés respectivement par fixation d'un réseau rayonnant 18 ou 19 formé de la même matière conductrice que celle des réseaux 16 et 17 d'alimentation en courant sur une feuille en résine synthétique constituée, par exemple, de la même matière que celles que l'on a mentionnées ci-dessus. Les réseaux 16 et 17 d'alimentation en courant des première et seconde plaques 12 et 14 de circuit d'alimentation en courant sont formés respectivement suivant un dessin comprenant un grand nombre d'extrémités 16a ou 17a de conducteurs d'alimentation en courant et ces extrémités 16a de conducteurs d'alimentation en courant du réseau 16 sont toutes disposées de manière à s'étendre dans une direction perpendiculaire à la direction dans laquelle s'étendent les extrémités 17a de conducteurs d'alimentation en courant du réseau 17, si on regarde dans la direction de réception des ondes, c'est-&- dire suivant une vue en plan de l'antenne, de.sorte que les deux réseaux 16 et 17 peuvent recevoir deux ondes directionnelles différentes polarisées linéairement. D'autre part, les réseaux -rayonnants 18 et 19 des première et seconde plaques 13 et 15 de circuit rayonnant sont formés respectivement suivant un dessin comprenant un grand nombre d'éléments rayonnants 18a ou 19a, dont chaque élément rayonnant 18a du réseau rayonnant 18 constituant la première plaque 13 de circuit rayonnant est réalisé sous la forme d'une paire de fentes minces ou rectangulaires-plates 18b, tandis que chaque élément rayonnant 19a du réseau rayonnant 19 formant la seconde plaque 15 de circuit rayonnant est réalisé sous la forme d'une fente annulaire 19b formée à l'aide d'une ouverture carrée 19c ménagée- dans la matière conductrice se trouvant sur la feuille- de résine et d'un élément parcellaire rectangulaire 19d de la matière conductrice disposée à l'intérieur de l'ouverture 19c. Les extrémités 16a de conducteurs d'alimentation en courant de la première plaque -12 de circuit d'alimentation en courant et les éléments rayonnants 18a de la première plaque 13 de circuit rayonnant sont disposés respectivement de manière à être alignés les uns avec les autres dans la vue en plan en étant espacés et en étant couplés magnétiquement les uns aux autres (voir également figure 4), une première antenne étant ainsi formée. En même temps, les extrémités 17a de conducteurs d'alimentation en courant de la seconde plaque 14 de circuit d'alimentation en courant et les éléments rayonnants 19a de la seconde plaque 15 de circuit rayonnant sont alignés les uns avec les autres en étant espacés et en étant couplés électromagnétiquement (voir 'également la figure ), une seconde antenne étant ainsi formée. Comme on le voit clairement si on se reporte à la figure 6 en même temps qu'aux figures 1-5, les fentes 18b sont disposées en alignement avec les fentes annulaires 19b et de manière à se trouver en dessous de ces dernières dans la vue en plan, de sorte que les deux antennes alignées l'une avec l'autre dans la vue en plan permettent de recevoir facilement sans aucune interférence mutuelle, deux ondes différentes polarisées linéairement et se coupant mutuellement à angle droit (par exemple, des ondes polarisées linéairement horizontale et verticale). Lorsque l'on empile les plaques respectives 11-15 de conducteurs et de circuit, il est préférable de les assembler en interposant entre elles un élément d'espacement formé d'une résine synthétique expansée. Pour la première plaque 13 de circuit rayonnant, par exemple, on peut utiliser une plaque métallique comportant les fentes radiales formées par poinçonnage à la place de la plaque de circuit précitée, munie du réseau rayonnant en matière conductrice qui est fixée sur la feuille de résine synthétique et, quand on utilise une telle plaque métallique comme première plaque 13 de 11- circuit rayonnant, cette plaque particulière 13 se comporte comme un conducteur de terre par rapport à la seconde plaque 14 de circuit d'alimentation en courant. De façon plus pratique, les éléments rayonnants 18a de la première plaque 13 de circuit rayonnant sont réalisés chacun, sous la forme d'un seul élément, à' l'aide d'une paire des fentes 18b dont chacune a une longueur de 15 mm et une largeur de 3 mm, cette paire étant espacée de 15 mm, et on obtient la première plaque 13 de circuit rayonnant en disposant 256 de ces éléments rayonnants 18a sous forme d'une matrice. On a constaté. que l'on peut améliorer les caractéristiques d'ondes polarisées croisées en donnant aux fentes appariées 18b formant l'élément rayonnant i8a une longueur égale sensiblement.à X g/2. En outre, les éléments rayonnants 19a de la seconde plaque 15 de circuit rayonnant sont réalisés chacun, sous la forme d'un seul élément, à l'aide de l'ouverture carrée 19c ayant une longueur de côté de 15 mm et de l'élément parcellaire 19d ayant une forme rectangulaire de 10 x 4 mm, et on obtient la seconde plaque 15 de circuit rayonnant en disposant 256 de ces éléments rayonnants 19a sous la forme d'une matrice. De plus, on peut former les première et seconde plaques 12 et 14 de circuit d'alimentation en courant ainsi que les première et seconde plaques 13 et 15 de circuit rayonnant -à l'aide d'un procédé de gravure pour obtenir un dessin de circuit prédéterminé sur un substrat imprimé formé, par exemple, par un film de polyester sur lequel est accolée une mince feuille de cuivre, et on empile ces plaques 12-15 de circuit successivement sur la plaque 11 de conducteur de terre formée, par exemple, par une plaque en aluminium de 2 mm d'épaisseur avec une feuille de styrène expansée de 2 mm d'épaisseur interposée comme élément d'espacement entre les plaques respectives. En ce qui concerne l'antenne plane ci-dessus conforme à la présente invention, on a constaté que, lorsque les ondes polarisées ont une fréquence de 11,7 à 12,5 GHz, on a obtenu un gain de 32,5 dB en ce qui concerne les ondes polarisées linéairement de façon horizontale reçues par la première antenne constituée de la première plaque 12 de circuit d'alimentation en courant et de la première plaque 13 de circuit rayonnant, un gain de 32 dB en ce qui concerne les ondes polarisées linéairement de façon verticale, reçues par l'intermédiaire de la seconde antenne constituée de la seconde plaque 14 de circuit d'alimentation en courant et de la seconde plaque 15 de circuit rayonnant, les caractéristiques d'ondes polarisées croisées étant supérieures à 30 Bd pour les deux types d'ondes polarisées. En outre, on pourrait obtenir sensiblement le même niveau de caractéristiques d'antenne que ci-dessus dans les mêmes conditions de fréquence même si l'élément d'espacement formé par la feuille de styrène expansée disposée entre les plaques respectives 11-15 était remplacé par un cadre de montage disposé de manière à être en contact uniquement avec les bords périphériques des plaques respectives i1-15, afin de permettre uniquement la présence d'un espace d'air entre les parties importantes de corps des plaques ou par un élément d'espacement en nids d'abeilles formé de styrène expansé et intercalé entre les plaques respectives (voir figure 1) . On pourrait améliorer de 0,2 dB le gain en ce qui concerne les -ondes polarisées linéairement de façon horizontale si on modifiait jusqu'à 18 mm la longueur de chaque côté de l'ouverture carrée 19c de l'élément rayonnant 19a de la seconde plaque rayonnante 15. En modifiant les dimensions de l'élément parcellaire rectangulaire 19d de manière que ces dimensions soient 10 x 0,2 mm, on a amélioré de 2 dB les caractéristiques d'ondes polarisées croisées. Dans la structure précédente, il est préférable, en outre, dans la pratique, que le premier.réseau 16 d'alimentation en courant soit formé sur la surface supérieure de la première plaque 12 de circuit d'alimentation en courant, que le premier réseau rayonnant 18 soit formé sur la surface inférieure.de la première plaque 13 de circuit rayonnant, que le second réseau 17- d'alimentation en courant soit formé sur la surface supérieure de la seconde plaque 14 de circuit d'alimentation en courant et que le second réseau rayonnant 19 soit formé sur la surface inférieure de la seconde plaque 15 de circuit rayonnant, de sorte que les réseaux 16 et 18 de la première antenne et les réseaux 17 et 19 de la seconde antenne se trouvent directement en opposition l'un par rapport à l'autre. Grace à cette structure, le gain de la-première antenne, c'est-àdire dans la partie inférieure de l'antenne plane complète, et le gain de la seconde antenne dans la partie supérieure sont tels que représentés par les courbes B1 et T1 de la figure 7, respectivement, et ces gains sont généralement satisfaisant. On a constaté, que, lorsqu'on désire améliorer davantage le gain de la seconde antenne, un remplacement de la première plaque 13 de circuit rayonnant du substrat imprimé, portant le dessin de circuit gravé, par la plaque en aluminium comportant un grand nombre de fentes radiales formées par poinçonnage permet au gain B2 de la partie inférieure de se rapporcher du gain T2 de la partie supérieure, comme représenté sur la figure 8, de manière à -se trouver sensiblement au même niveau. REVENDICATIONS 1. Antenne plane (10) dans laquelle des plaques (11, 12,13,14,15) respectives de conducteur de terre, de premier circuit d'alimentation en courant, de premier circuit rayonnant, de second circuit d'alimentation en courant et de second circuit rayonnant sont disposées successivement en étant séparées par un espace prédéterminé de manière à être indépendantes les unes des autres, lesdites première et seconde plaques (12,14) de circuit d'alimentation en courant sont pourvues d'extrémités de conducteurs d'alimentation en courant tandis que lesdites première et seconde plaques (13,15) de circuit rayonnant sont pourvues d'élémentsrayonnants (18a,19a) correspondant respectivement à chacune des extrémités (.16a,17a) de conducteurs d'alimentation en courant et. lesdites extrémités de conducteurs d'alimentation en courant ainsi que les éléments rayonnants sont mutuellement couplés électromagnétiquement pour recevoir. des ondes polarisées renvoyées par un satellite dans la bande utilisée des hyperfréquences, caractérisée par. le fait que les éléments rayonnants (18a) de' la première plaque (13) de circuit rayonnant comprennent respectivement'une paire-de fentes (18b), les éléments rayonnants (19a) de la seconde plaque (15) de circuit rayonnant comprennent respectivement une fente annulaire (19b) que l'on forme en disposant un élément parcellaire rectangulaire (19d) & l'intérieur d'une ouverture carrée (19c) ménagée dans une couche conductrice, lesdites fentes étant disposées de manière à se trouver en dessous des fentes annulaires. 2. Antenne plane selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la première plaque de circuit rayonnant est formée d'une plaque métallique. 3. Antenne plane selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la première plaque (12) de circuit d'alimentation en courant et la première plaque (13) de circuit rayonnant forment une première antenne, tandis que la seconde plaque (14) de circuit d'alimentation en courant et la seconde plaque (15) de circuit rayonnant forment une seconde antenne, lesdites première et seconde antennes étant agencées respectivement pour recevoir respectivement une de deux ondes polarisées linéairement dans des directions différentes se coupant à angle droit. 4. Antenne plane selon la revendication 1', caractérisée par le fait que les fentes (18b) formant les éléments rayonnants (18a) de la première plaque (13) de circuit rayonnant et les fentes annulaires (19b) formant les éléments rayonnants (19a) de la seconde plaque (15) de circuit rayonnant sont sensiblement alignées l'un avec l'autre dans la direction dans laquelle les ondes polarisées sont reçues et lesdites fentes (18b) mentionnées en premier sont disposées en dessous des fentes annulaires (19b). 5. Antenne plane selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les fentes (18b) de la première plaque (13) de circuit rayonnant ont une longueur sensiblement égale à Xg/2.