Brevet FR2747844A1 — publié le 19971024

Dispositif d'alimentation pour réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée et réseau équipé d'un tel dispositif La présente invention se rapporte aux antennes plaques et a plus particulièrement pour objet un dispositif d'alimentation, ou "distributeur", pour un réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée avantageusement réalisé en circuits imprimés, et un réseau équipé d'un tel dispositif. Le dispositif d'alimentation selon l'invention est spécialement conçu pour être complètement intégré au circuit imprimé qui peut porter plusieurs centaines d'antennes plaques. En effet, si un réseau d'antennes plaques à polarisation linéaire peut aisément supporter l'insertion d'un dispositif d'alimentation sur le même circuit imprimé (c'est ce qui est fait par un distributeur en arbre pour un réseau à polarisation linéaire) réalisé à l'aide de deux circuits imprimés plaqués l'un contre l'autre, il est impossible d'intégrer de la même manière deux distributeurs en arbre, chacun associé à une polarisation, à cause de leurs croisements inévitables. Pour résoudre ce problème, une isolation des deux distributeurs en arbre (chacun associé à une des deux polarisations) par une couche de diélectrique a été proposée. Une telle solution nécessite, pour le réseau, l'utilisation de trois circuits imprimés. De plus, des capacités de couplage indésirables existent aux nombreuses zones de recouvrement des deux dispositifs d'alimentation et, favorisent le passage d'énergie entre ceux-ci. Le découplage entre les deux polarisations devient alors insuffisant pour les applications envisagées. Une autre solution consisterait à prévoir que l'un des distributeurs en arbre puisse se trouver sur le circuit imprimé des sources rayonnantes et l'autre sur un autre circuit imprimé, avec autant de passages que de sources rayonnantes (par exemple du type coaxial). Cette solution, qui en outre dans une réalisation "triplaque" exigerait l'usage de quatre circuits imprimés, est difficile à mettre en oeuvre lorsque plusieurs centaines de sources rayonnantes sont envisagées. De plus, toutes les solutions immédiatement accessibles nécessitent une grande précision mécanique dans l'alignement des différents circuits imprimés, incompatible avec la montée en fréquences. L'invention a pour objet un dispositif d'alimentation pour réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée qui permet d'éviter les inconvénients de ce type de solutions, facile à réaliser, et offrant d'excellentes performances. Selon l'invention, un dispositif d'alimentation, pour réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée formé de N sources organisées selon une matrice de n colonnes et p lignes, est caractérisé en ce qu'il comporte deux distributeurs D et D' réalisés sur une même plaque de circuit imprimé sans croisement, comportant chacun à partir d'un point d'alimentation, respectivement P ou P', un distributeur partiel en arbre, respectivement disposés au dessus de la première ligne de sources et au dessous de la dernière ligne de sources, chaque distributeur partiel en arbre ayant autant de branches qu'il y a de colonnes de sources, et comportant chacun n conducteurs colonnes respectivement associés aux n colonnes de sources, les conducteurs colonnes des deux distributeurs associés à une même colonne de sources étant situés de part et d'autre de la colonne de sources et reliés aux branches correspondantes des distributeurs partiels par leurs points milieux. L'invention a également pour objet le réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée, équipé d'un dispositif d'alimentation, tel que décrit ci-dessus. Un autre objet de l'invention est le réseau d'antennes plaques organisé en n colonnes et p lignes de sources, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif d'alimentation formé de deux distributeurs D et D' respectivement associés aux deux polarisations. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées - La figure 1 représente, en plan, le réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée et son dispositif d'alimentation, selon l'invention. - La figure 2 est un schéma en coupe illustrant la constitution du réseau. Sur la figure 1 ont été représentées des sources rayonnantes disposées en matrice : N = 16 sources disposées en 4 lignes et 4 colonnes ont été illustrées, S1, S2, 16 D'une manière plus générale le réseau d'antennes plaques comporte N = n.p sources organisées en p lignes et n colonnes. Le dispositif d'alimentation de ces sources est formé de deux distributeurs, respectivement associés aux deux polarisations, D et D', respectivement en trait plein et en traits pointillés. Chacun des deux distributeurs, ou circuits d'alimentation, relatif à une polarisation comprend d'une part un ensemble de "n" conducteurs colonnes parallèles respectivement C1 C et n C' ... C'n, et d'autre part un distributeur partiel, organisé en arbre à "n" entrées reliées aux points milieux des n conducteurs colonnes qui lui sont associés et une sortie. Les deux distributeurs partiels en arbre des distributeurs D et D' sont placés de part et d'autre du réseau rayonnant, et reliés aux points d'alimentation respectivement P et P' de chacune des deux sorties coaxiales ou triplaques correspondant à chaque polarisation. L'écartement des sources le long des colonnes C1 C n et C' ... C' est égal à "d" et celui entre sources appartenant n à deux colonnes adjacentes est "dc". On distingue à la partie inférieure et supérieure de la figure 1 les parties des distributeurs partiels "en arbre", à large bande, qui comportent dans l'exemple des diviseurs en "T" notés T1, T2, T3 pour D et T'1, T'2, T'3 pour D'. Chacune des 4 sorties de l'un des deux distributeurs partiels est reliée au milieu de la ligne d'alimentation colonne du sous-réseau résonnant correspondant, M1, M2, M3, M4 pour les colonnes C1 . . C4 de D et M'1, M'2, M'3, M'4 pour les colonnes C' . . C'4 de D'. Cette alimentation par le point milieu des colonnes permet d'alimenter toutes les sources en phase d'une part, et permet d'autre part d'obtenir un réseau équilibré du fait de la symétrie dans l'alimentation des sources d'un même sous-réseau. Les distributeurs sont réalisés en ligne triplaque et ont leurs pistes centrales ou conducteurs centraux matérialisés sur la figure 1 par les traits continus ou pointillés. Les sources rayonnantes S1 S. sîs à large bande et à double 1 i polarisation croisée sont décrites dans le brevet français nO 86 05990. Les sources d'une colonne de rang i de la matrice de sources, formant un sous-réseau sont reliées simultanément aux lignes d'alimentation colonnes de même rang C. et C'. des distributeurs D et D', ces deux lignes d'alimentation colonnes étant situées de part et d'autre de la colonne de sources, et les conducteurs d'extrémités dans ces sources, respectivement reliés à ces colonnes, étant orthogonaux. Chacune des extrémités de l'un des distributeurs est croisée au niveau de la source avec l'une des extrémités de l'autre distributeur de telle sorte que leurs dépassements au delà du point de rencontre, correspondent à une longueur voisine du quart d'onde (lignes ouvertes). Le réseau complet se compose donc de "n" sous réseaux et comprend au total N = n. p sources rayonnantes. Chaque sous-réseau est du type réseau résonnant et la distance "d" entre sources adjacentes, normalisées à la longueur d'onde dans l'air Ao est telle que d - Ao s avec 8 r = permittivité relative du substrat du circuit imprimé, et Ap , longueur d'onde de phase. En supposant que les sources rayonnantes, toutes identiques ont une largeur de bande suffisamment grande (par exemple supérieure à 108 pour un R.O.S inférieur à 1,5), la bande passante du réseau sera limitée par celle de chaque sous-réseau, en général plus étroite que la bande passante des sources. Chacun des deux distributeurs partiels "en arbre", comprenant un certain nombre de diviseurs en cascade, est à large bande. Donc, la bande passante du réseau est celle de chaque sous-réseau résonnant et par conséquent dépend uniquement du nombre p de sources dans le sous-réseau : la bande passante de ce sous-réseau est d'autant plus faible que le nombre "p" de sources d'un sous-réseau est grand. La bande passante est donnée par l'expression approchée B (%) = + 18/p pour un rapport d'ondes stationnaires (R. O. S.) inférieur à 1,5. Ainsi, pour p = 8, une bande passante de 4, 5 % est possible. Si "n" est choisi égal à 32, on obtient un réseau de N = 256 sources pouvant fonctionner correctement dans la bande de la D.B.S. soit de 11,7 à 12,1 GHz (bande 3,36 %). Dans ce cas, les ouvertures à 3 dB du réseau, qui dépendent des lois de pondération des énergies sont approximativement de 20 et 90 et la directivité maximale de l'ordre de 32dB. D'une manière générale, pour une antenne à gain élevé et pour une bande passante de quelques pourcents au moins, le réseau comporte un plus grand nombre de sous réseaux (n) que de sources (p) par sous-réseau : p o, pour imprimer entre les colonnes de sources les conducteurs colonnes C'. et Ci+1 et les branches correspondantes des distributeurs partiels en arbre, en évitant, bien entendu, l'apparition d'un "lobe de réseau Dans le plan principal de réseau qui correspond au diagramme le plus directif, le niveau des lobes secondaires pourra être maîtrisé en optimisant soigneusement les diviseurs T et T' de chacun des deux distributeurs partiels. La figure 2 illustre en coupe le réseau d'antennes plaques selon l'invention. Il est principalement formé de deux plaques pour circuits imprimés, P1 et P2 superposés. Sur la surface de la première plaque sont formés le plan de masse supérieur M1 et les conducteurs associés aux sources rayonnantes S1 SN. Les conducteurs centraux des distributeurs D et D' sont formés sur l'autre face de la plaque P1 puisqu'ils n'ont aucun point de croisement sauf au niveau des sources. Puis la seconde plaque P2 est rapportée sur la face portant les distributeurs et un plan de masse M2 inférieur est formé sur la surface libre de la seconde plaque P2. La coexistence sur un même circuit imprimé des sources rayonnantes sur l'une des deux faces, et des "pistes" des deux distributeurs sur l'autre face, permet un très bon positionnement entre eux (de l'ordre de i 2/100 de mm). D'autre part, pour une polarisation donnée, le couplage de chaque distributeur avec les diverses sources auxquelles il est associé ne nécessite pas de jonction directe avec soudure, puisque réalisé par ligne ouverte quart-onde ; la mise en oeuvre technologique du réseau se trouve grandement facilitée. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation, pour réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée formé de N sources organisées selon une matrice de n colonnes et p lignes, caractérisé en ce qu'il comporte deux distributeurs D et D' réalisés sur une même plaque de circuit imprimé sans croisement, comportant chacun à partir d'un point d'alimentation, respectivement P ou P', un distributeur partiel en arbre, respectivement disposés au dessus de la première ligne de sources et au dessous de la dernière ligne de sources, chaque distributeur partiel en arbre ayant autant de branches qu'il y a de colonnes de sources, et comportant chacun n conducteurs colonnes respectivement associés aux n colonnes de sources, les conducteurs colonnes des deux distributeurs (Ci, C'i) associés à une même colonne de sources étant situés de part et d'autre de la colonne de sources et reliés aux branches correspondantes des distributeurs partiels par leurs points milieux (Mi, Mut). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espacement des sources le long des colonnes est d = ) o/ , où Ao est la longueur d'onde du rayonnement dans l'air et r la permittivité relative du circuit imprimé. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les colonnes de sources sont espacées de dc, dc pouvant être supérieur à d pour imprimer, entre les colonnes de sources, les conducteurs colonnes et les branches correspondantes des distributeurs partiels en arbre. 4. Réseau d'antennes plaques organisé en n colonnes et p lignes de sources, caractérisé en ce qu il est équipé d'un dispositif d'alimentation formé de deux distributeurs D et D' respectivement associés aux deux polarisations, selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Réseau selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est formé en ligne triplaque à partir de deux plaques de circuits imprimés superposées (P1 et P2), les deux distributeurs étant imprimés sur une même face de la plaque portant sur son autre face les éléments rayonnants des sources et un plan de masse supérieur, l'autre plaque portant un plan de masse inférieur.