Brevet FR2850796A1 — publié le 20040806

REFLECTEUR SECONDAIRE POUR ANTENNE HYPERFREQUENCE DE TYPE CASSEGRAIN La présente invention se rapporte aux réflecteurs secondaires qui sont utilisés dans les antennes hyperfréquences de type Cassegrain. Ces antennes ont d'abord été utilisées dans les radars et sont maintenant 5 largement répandues dans les systèmes de communication par satellite, tout particulièrement dans les stations individuelles terrestres. On connaît les antennes hyperfréquences de type Cassegrain dans lesquelles une source hyperfréquence 10 placée dans l'axe d'un réflecteur principal parabolique vient illuminer un réflecteur secondaire situé sensiblement au foyer de ce réflecteur principal. L'onde hyperfréquence vient se réfléchir sur ce réflecteur secondaire pour illuminer ensuite le réflecteur principal 15 qui permet d'obtenir un diagramme de rayonnement ayant la forme d'un faisceau étroit. Le fonctionnement est bien entendu inverse en réception. La présence de réflecteur secondaire entraîne un certain nombre d'effets indésirables. L'un de ces effets est de masquer une partie de la surface du réflecteur principal, ce qui diminue l'efficacité de celui-ci. Un autre de ces effets est une perte d'une partie du rayonnement réfléchi par le réflecteur secondaire à 25 l'extérieur de la surface du réflecteur principal. Ce "rayonnement de débordement", connu aussi sous le terme anglo-saxon de "spillover" s'échappe en pure perte vers l'arrière de l'antenne. De gros efforts ont été faits pour réduire ces 30 effets indésirables en modifiant la surface réflectrice du réflecteur secondaire par rapport à la forme initialement hyperbolique qui était celle du télescope optique de Cassegrain dont est issu ce type d'antenne hyperfréquence. Comme représenté sur la figure 1, une "source" hyperfréquence connue d'une telle antenne comprend un 5 guide d'onde circulaire 101 par lequel arrive l'onde hyperfréquence. Un cône diélectrique creux 102 est attaché d'un côté sur ce guide et supporte de l'autre côté un réflecteur secondaire 103. La forme relativement complexe de la surface de ce réflecteur correspond à 10 l'état de l'art connu pour permettre de limiter les inconvénients cités ci-dessus, en particulier le rayonnement de débordement. Même dans ce cas les dimensions du réflecteur secondaire, et donc son effet de masquage, demeurent 15 importantes. Ceci nécessite d'augmenter en conséquence les dimensions du réflecteur principal pour obtenir les caractéristiques de gain et de directivité souhaitées. En outre le rayonnement de débordement qui subsiste quand même, aussi léger qu'il soit, diminue les 20 performances de l'antenne et nécessite lui aussi une augmentation corrélative des dimensions du réflecteur principal. Or il est de plus en plus nécessaire, principalement pour des raisons d'effet visuel, de 25 limiter la taille des antennes de ce type, ce qui nécessite d'augmenter les performances du réflecteur secondaire et de diminuer sa taille. Pour obtenir ces effets, l'invention propose un réflecteur secondaire pour antenne hyperfréquence de type 30 Cassegrain comportant un réflecteur secondaire de base, principalement caractérisé en ce qu'il comprend un premier "anneau" circulaire présentant la forme d'un cylindre en matériau conducteur, de diamètre égal au diamètre extérieur du réflecteur de base, fixé par l'une 35 de ses extrémités au bord extérieur de ce réflecteur de base pour faire saillie du côté de la surface réfléchissante du réflecteur et ayant une hauteur H pour diminuer le "rayonnement de débordement" du réflecteur secondaire. Selon une autre caractéristique, le réflecteur comprend en outre un deuxième "anneau" présentant la forme d'une couronne circulaire en matériau conducteur, de diamètre intérieur égal au diamètre du premier anneau, fixée à l'extrémité libre de ce premier anneau et ayant 10 une largeur h pour augmenter la diminution dudit rayonnement de débordement. Selon une autre caractéristique, les valeurs des paramètres H et h sont de l'ordre du quart de la longueur d'onde moyenne pour laquelle l'antenne est dimensionnée. 15 Selon une autre caractéristique, le premier et le deuxième anneaux sont réalisés sous la forme d'un anneau unique plein présentant une hauteur H' et une épaisseur h', et le réflecteur comprend un cône en matériau diélectrique plein qui relie le guide d'onde destiné à 20 alimenter l'antenne au réflecteur de base pour permettre de diminuer les valeurs des paramètres H' et h' par rapport aux valeurs des paramètres H et h. Selon une autre caractéristique, l'extrémité libre de l'anneau unique plein est usinée de manière à 25 présenter un décrochement qui réduit son épaisseur sur sa circonférence extérieure pour augmenter la diminution dudit rayonnement de débordement. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, 30 faite en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue en coupe d'une source hyperfréquence comportant un réflecteur secondaire selon l'art connu; - la figure 2, une vue en coupe d'une source 5 hyperfréquence comportant un réflecteur secondaire selon l'invention; - la figure 3, une vue élargie d'un détail significatif de la figure 2; - la figure 4, une vue en coupe d'une source 10 hyperfréquence selon une variante de l'invention; et - la figure 5, deux diagrammes de rayonnement superposés correspondant respectivement aux sources des figures 1 et 2. La source hyperfréquence selon un premier mode de 15 réalisation de l'invention représenté en coupe sur les figures 2 et 3, comprend les mêmes éléments 101 à 103 que la source selon l'art connu représentée sur la figure 1. L'invention propose de rajouter au réflecteur secondaire de base 103 un premier "anneau" circulaire 104 20 qui présente la forme d'un cylindre de hauteur H et de diamètre égal au diamètre extérieur du réflecteur 103. Cet anneau est réalisé en matériau conducteur, de préférence un métal qui peut être identique à celui formant le réflecteur secondaire 103. Il est fixé par 25 l'une de ses extrémités au bord extérieur de ce réflecteur, de telle manière qu'il fasse saillie du côté de la surface réfléchissante du réflecteur, dans la direction donc du guide d'onde 101. L'effet de cet anneau est essentiellement de masquer le rayonnement de 30 débordement pour le rediriger vers la surface utile du réflecteur principal. On obtient ainsi une augmentation du rendement de l'antenne qui permet, pour une efficacité identique, de diminuer substantiellement le diamètre du réflecteur secondaire, et donc le diamètre du réflecteur 35 principal. Pour faciliter la lecture des dessins, les sources des figures 1 et 2 ont été représentées de mêmes dimensions et il faut comprendre que la source de la figure 2 est représentée à plus grande échelle dans le cas d'une efficacité identique. Si les sources sont 5 physiquement de même taille, l'efficacité de l'antenne utilisant la source de la figure 2 sera plus grande. Une variante améliorée de l'invention propose de rajouter un deuxième anneau 105 qui présente la forme 10 d'une couronne circulaire, elle aussi en matériau conducteur, de largeur h et de diamètre intérieur égal au diamètre du premier anneau. Cette couronne est fixée à l'extrémité libre du premier anneau. Le bord 105 est employé lorsque que l'effet du bord 104 ne suffit pas. En effet, si l'on cherche à augmenter trop la taille du bord 104 (c'est à dire supérieur au quart de la longueur d'onde) pour améliorer une certaine partie du diagramme on risque de détériorer 20 une autre région du diagramme de rayonnement. Le bord 105 améliore les diagrammes sans avoir cet inconvénient. Les dimensions H et h sont de l'ordre du quart de la longueur d'onde moyenne pour laquelle l'antenne est 25 dimensionnée. Compte tenu des formes très variables, connues dans l'art, selon lesquelles peut être réalisé le réflecteur secondaire 103, les dimensions exactes de ces paramètres seront déterminées par l'homme de l'art à l'aide de quelques essais simples en partant de cette 30 dimension approximative du quart de la longueur d'onde. Compte tenu des formes géométriques simples utilisées par l'invention (cylindre et couronne circulaire) ces essais ne demanderont aucun effort particulier. A titre d'exemple de réalisation, on a déterminé que dans la bande 7,1-8, 5 GHz une hauteur H de 14 mm et une largeur h de 9 mm permettaient d'obtenir, à performances égales, une réduction du diamètre du réflecteur secondaire de l'ordre de 30 %. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 4, le cône 402 qui supporte le réflecteur secondaire 103 est réalisé dans un matériau diélectrique plein qui a pour effet de diminuer la 10 longueur d'onde à l'intérieur de ce cône. Dans ces conditions l'extrémité du cône pénètre à l'intérieur du guide d'onde circulaire 401, pour des raisons purement mécaniques. L'invention propose alors de réaliser l'ensemble cylindre/couronne du premier mode de 15 réalisation sous la forme d'un anneau unique plein 404 présentant une hauteur H' et une épaisseur h'. Pour obtenir les résultats les meilleurs, l'extrémité libre de cet anneau, celle tournée vers le réflecteur principal, est usinée de manière à présenter un décrochement 405 qui 20 réduit l'épaisseur de l'anneau sur sa circonférence extérieure. titre d'exemple numérique pour ce deuxième mode de réalisation, on a déterminé que dans la bande 14,215,35 GHz une hauteur H' de 2 mm et une épaisseur h' de 4 25 mm permettait là aussi d'obtenir, à performances égales, une réduction du diamètre du réflecteur secondaire de l'ordre de 30 %. Pour illustrer l'amélioration des performances, on 30 a représenté sur la figure 5 les diagrammes de rayonnement 501 d'une antenne connue, et 502 d'une antenne selon l'invention. On constate que le diagramme de l'antenne selon l'invention est nettement amélioré, tout particulièrement dans la région correspondant à des 35 incidences supérieures à 30 . Outre une amélioration des performances radioélectriques, l'invention permet, en diminuant les dimensions du réflecteur principal, de diminuer l'impact visuel de telles antennes, ce qui permet de les intégrer plus facilement dans le paysage. REVENDICATIONS 1 - Réflecteur secondaire pour antenne hyperfréquence de type Cassegrain comportant un réflecteur secondaire de base (103) , caractérisé en ce qu'il comprend un premier "anneau" circulaire (104) présentant la forme d'un cylindre en matériau conducteur, 10 de diamètre égal au diamètre extérieur du réflecteur de base, fixé par l'une de ses extrémités au bord extérieur de ce réflecteur de base pour faire saillie du côté de la surface réfléchissante du réflecteur et ayant une hauteur H pour diminuer le "rayonnement de débordement" du 15 réflecteur secondaire. 2 - Réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un deuxième "anneau" (105) présentant la forme d'une couronne 20 circulaire en matériau conducteur, de diamètre intérieur égal au diamètre du premier anneau, fixée à l'extrémité libre de ce premier anneau et ayant une largeur h pour augmenter la diminution dudit rayonnement de débordement. 3 - Réflecteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les valeurs des paramètres H et h sont de l'ordre du quart de la longueur d'onde moyenne pour laquelle l'antenne est dimensionnée. 4 - Réflecteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier et le deuxième anneaux sont réalisés sous la forme d'un anneau unique plein (404) présentant une hauteur H' et une épaisseur h', et en ce qu'il comprend un cône (402) en matériau diélectrique plein qui relie le guide d'onde (401) destiné à alimenter l'antenne au réflecteur de base pour 5 permettre de diminuer les valeurs des paramètres H' et h' par rapport aux valeurs des paramètres H et h. Réflecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'anneau 10 unique plein (404) est usinée de manière à présenter un décrochement (405) qui réduit son épaisseur sur sa circonférence extérieure pour augmenter la diminution dudit rayonnement de débordement.