Brevet FR2899727A1 — publié le 20071012

La présente invention concerne un répartiteur d'alimentation d'une antenne à balayage électronique en hyperfréquences, ainsi qu'un ensemble de communications en hyperfréquences, comprenant un tel répartiteur. L'invention concerne le domaine des communications sans fil point à point, qui s'étend à diverses applications. On décrit l'invention dans son application aux communications sans fil point à point entre des navires. Dans cette application, il faut non seulement que l'antenne de communica-tions soit dégagée, mais aussi que le système continue à fonctionner normalement malgré les déplacements en roulis et tangage des navires. On connaît déjà un répartiteur destiné à une telle application et qui comprend deux plans conducteurs entre lesquels sont disposés deux réseaux circulaires d'éléments rayonnants répartis à intervalles réguliers, près du centre et près du bord respectivement. Dans un tel système, un élément du réseau intérieur crée un champ vers les éléments du réseau extérieur, entre les deux plans conducteurs. L'espace compris entre ces deux plans doit donc être libre pour la formation du champ. Un tel répartiteur ne peut donc être placé qu'en tête de mât puisqu'il ne peut avoir qu'un orifice central inexistant ou très réduit. En pratique, les mâts sont installés sur des navires pour remplir une fonction particulière, en général pour le support de radars en tête de mât. Un problème se pose donc, puisqu'il serait excessivement onéreux d'ajouter un mât uniquement pour l'antenne de communications. Le document FR-2 874 748 décrit un répartiteur d'ali- mentation d'une antenne à balayage électronique en hyperfréquences, qui comprend un guide d'onde en anneau de section rectangulaire, muni d'entrées connectées à une première face correspondant à un côté de la section du rectangle, et de sorties connectées à une seconde face correspondant à un autre côté de la section du rectangle. L'élément essentiel de ce répartiteur est donc un guide d'onde. Par exemple, les dimensions de hauteur et de largeur de la section du guide d'onde sont toutes deux de l'ordre de la longueur d'onde ou plus petite. On s'est rendu compte en pratique qu'un tel répartiteur d'alimentation, bien qu'il possède toutes les propriétés nécessaires, ne fonctionne que dans une étroite bande de fréquences. En outre, il nécessite l'utilisation d'éléments de commutation à chaque guide d'onde d'entrée ; de tels éléments, par exemple des commutateurs à diodes PIN, sont coûteux. L'invention a pour objet de résoudre les problèmes précités par réalisation d'un répartiteur qui n'impose pas un passage dans un guide d'onde entre une entrée et plu-sieurs sorties, qui donne une large bande de fréquences et qui ne nécessite pas de dispositif d'obturation de guide d'onde d'entrée. Plus précisément, selon l'invention, le répartiteur ne comporte pas de guide d'onde, mais simplement un corps creux délimitant une cavité de propagation entre deux parois cylindriques, la section de la cavité étant un rectangle allongé dont une dimension est très supérieure à la longueur d'onde des hyperfréquences utilisées. En conséquence, le mode de propagation des ondes est un mode TEM, comme en espace libre. Ainsi, un répartiteur et un ensemble de communications selon l'invention dégagent un espace central suffisamment important pour pouvoir être placés autour d'un mât au- dessous de la tête de celui-ci, tout en permettant un balayage dans une large bande de fréquences. Plus précisément, selon l'invention, le problème pré-cité est résolu par l'utilisation d'un répartiteur comportant un corps creux en anneau délimitant. une cavité de section rectangulaire allongée dont une dimension est très supérieure à la longueur d'onde des hyperfréquences utilisées, le corps étant muni d'entrées connectées à proximité d'un petit côté de la section du rectangle, et de sorties connectées à proximité du second petit côté de la section du rectangle. De préférence, la cavité contient un matériau absorbant les hyperfréquences, placé à proximité du petit côté proche des entrées. Dans un mode de réalisation, les entrées et/ou les sorties sont formées par des connecteurs coaxiaux. Par exemple, le connecteur coaxial comporte un conducteur central qui pénètre partiellement dans le corps en anneau. Dans un autre mode de réalisation, les entrées et/ou les sorties sont formées par des guides d'onde. De préférence, le nombre d'entrées est compris entre quatre et seize (4 et 16), et le nombre de sorties est compris entre trente-deux et cent-vingt-huit (32 et 128). De préférence, la longueur d'onde correspond à une fréquence comprise dans la bande de 4,4 à 5 GHz, et le trou central de l'anneau du guide d'onde en anneau a un diamètre supérieur à 500 mm. L'invention concerne aussi un ensemble de communica- tions en hyperfréquences, du type qui comprend un dispositif électronique de commande, un dispositif de commutation, un répartiteur, un dispositif de déphasage, et une antenne possédant des éléments rayonnants, et tel que le répartiteur est tel que défini dans les paragraphes précédents. De préférence, le répartiteur et l'antenne ont un même axe pratiquement, et l'antenne a au moins deux parties séparées dans la direction de l'axe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels . la figure 1 est une vue schématique en perspective, avec des parties arrachées, d'un répartiteur selon l'invention, avec une partie d'antenne à balayage ; la figure 2 est une coupe transversale d'une partie du corps creux du répartiteur de la figure 1 ; la figure 3 est un schéma illustrant le fonctionnement du répartiteur des figures 1 et 2 ; la figure 4 représente schématiquement un exemple de sélection des entrées à l'aide d'un commutateur ; et les figures 5 et 6 sont des exemples d'entrées coaxiale et à guide d'onde de modes de réalisation différents de répartiteur selon l'invention. La figure 1 représente un répartiteur 10 selon l'invention associé à une antenne 12. Le répartiteur 10 comporte un corps creux 14 ayant une paroi intérieure 16, une paroi extérieure 18, les deux parois 16 et 18 étant cylindriques, et des parois d'extrémité supérieure 20 et inférieure 22. Le corps creux est donc un anneau creux délimitant une cavité de section rectangulaire allongée. Des entrées 24 sont représentées à la partie supérieure interne du corps et des sorties 26 à sa partie inférieure externe. Bien qu'on ait représenté les entrées à l'intérieur et les sorties à l'extérieur, les positions des entrées et des sorties peuvent être changées. Ainsi, les entrées et sorties peuvent être placées à l'une ou l'autre des parois 16, 18. Lorsque les entrées et/ou les sorties sont du type à guide d'onde, elles sont placées à une paroi d'extrémité 20, 22, comme décrit dans la suite en référence aux figures 5 et 6. Dans le mode de réalisation représenté, le corps creux 14 possède huit entrées 24 et soixante-douze sorties 26. Chaque sortie 26 est reliée par un déphaseur 28 à un élément rayonnant 30 de l'antenne 12. Bien qu'on ait représenté une antenne 12 en une seule partie en direction axiale, l'antenne peut comporter au moins deux parties séparées dans la direction de l'axe (mode de réalisation non représenté). La figure 3 illustre la propagation des ondes dans le corps creux. L'entrée excitée 24 projette des ondes qui se propagent vers les sorties 26 qui transmettent l'énergie reçue. L'énergie qui peut être réfléchie par la paroi infé- rieure 22 du corps creux peut être avantageusement absorbée par un organe absorbant placé à la paroi supérieure 20. Ainsi, le passage de l'énergie en hyperfréquences entre une entrée 24 et des sorties 26 s'effectue par propagation directe, sans effet de guidage d'onde. La figure 4 indique comment les différentes entrées 24 peuvent être alimentées à l'aide d'un commutateur 32. Les figures 5 indique l'utilisation d'un exemple d'entrée coaxiale 24, ayant une tige 34, qui pénètre partiellement entre les parois 16, 18 du corps et forme un plongeur monopole placé au quart de la longueur d'onde environ de la paroi 20. La figure 6 indique l'utilisation d'un guide d'onde 36 comme entrée débouchant dans la paroi 20, vers la cavité formée entre les parois cylindriques 16 et 18. Bien qu'on ait indiqué que les entrées pouvaient être coaxiales ou en guide d'onde, les sorties peuvent aussi être coaxiales ou en guide d'onde. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, chaque entrée donne accès à un secteur différent de l'antenne. Ce secteur correspond environ au tiers de la circonférence. La sélection parmi les huit entrées permet d'orienter le secteur utile avec un pas de 45 grâce au commutateur 32. Comme le secteur utile est orienté avec un pas de 45`, le balayage électronique commandé par les déphaseurs 28 s'effectue sur une plage de 22,5`. Il est ainsi possible de couvrir toute l'étendue de 360 Bien entendu, au cours du balayage, la loi de phase nécessaire à la refo-calisation et au dépointage tient compte de la phase avec laquelle les éléments rayonnants sont alimentés. Les valeurs indiquées permettent des communications avec plusieurs correspondants par commutation très rapide de la direction de pointage. Dans un exemple de répartiteur et d'antenne destinés à être utilisés en bande C (fréquence comprise entre 4,4 et 5 GHz), le répartiteur peut avoir un diamètre interne de 660 mm et un diamètre externe de 700 mm. La cavité de propagation du champ électromagnétique a donc une épaisseur d'environ 20 mm. Les entrées 24 peuvent être constituées de connecteurs de type SMA. Les sorties 26, au nombre de soixante-douze, sont disposées avec un pas de 5', et sont séparées par une distance d'environ 30,5 mm, cette valeur étant voisine d'une demi- longueur d'onde en bande C. Dans l'exemple représenté, les sorties 26 ont aussi des connec- teurs de type SMA. Les parois supérieure et inférieure 20 et 22 du répartiteur permettent la formation de plans de courts-circuits à 15 mm environ des éléments coaxiaux (distance de l'ordre du quart de la longueur d'onde). La hauteur de l'antenne, entre les parois 20 et 22, est de l'ordre de 250 mm. Bien qu'on ait représenté un répartiteur ayant huit entrées et soixante-douze sorties, le nombre d'entrées peut être réduit à six ou même quatre. Cependant, un répartiteur à quatre entrées seulement donne un dépointage de 45* dont le résultat est de créer des pertes élevées. Il est aussi possible d'utiliser un nombre d'entrées supérieur à huit, mais le commutateur est alors compliqué et augmente les pertes. Par contre, les pertes de dépointage sont déjà très faibles avec huit entrées seulement. Il n'est donc pas nécessaire d'utiliser plus de huit entrées. Le nombre de sorties est directement lié au diamètre de l'antenne ou du mât, car le pas de celles-ci doit rester voisin d'une demi-longueur d'onde. Dans le répartiteur selon l'invention, les sorties sont éclairées simultanément, et le diagramme de rayonnement donne une amplitude pratiquement gaussienne facile à régler et ayant une large bande. Grâce à cette disposition de propagation, les entrées inutilisées ne perturbent pas le fonctionnement de l'entrée utilisée. Il n'est donc pas nécessaire d'introduire un dis-positif quelconque pour supprimer leur influence. On a indiqué qu'il était avantageux de placer un absorbant au niveau de la paroi d'extrémité proche des entrées. Le rôle de cet absorbant est de supprimer la plus grande partie des réflexions dues aux déphaseurs et aux éléments rayonnants ainsi qu'à leur couplage. Le diagramme de rayon-nement a alors des lobes secondaires parasites réduits. Bien qu'on ait représenté des éléments rayonnants 30 sous forme de circuits imprimés, d'autres types d'éléments peuvent être utilisés. Bien qu'on ait décrit l'invention lors d'une utili- sation en bande C (4,4 à 5 GHz), il est bien entendu qu'elle s'applique à d'autres bandes de fréquences, les dimensions étant modifiées proportionnellement à la longueur d'onde. REVENDICATIONS 1. Répartiteur d'alimentation d'une antenne à balayage électronique en hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comprend : un corps creux en anneau (14) délimitant une cavité de section rectangulaire allongée dont une dimension est très supérieure à la longueur d'onde des hyperfréquences utilisées, le corps (14) étant muni d'entrées (24) connectées à proximité d'un petit côté de la section du rectangle, et de sorties (26) connectées à proximité du second petit côté de la section du rectangle. 2. Répartiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité contient un matériau absorbant les hyperfréquences, placé à proximité du petit côté proche des entrées. 3. Répartiteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les entrées (24) sont formées par des connecteurs coaxiaux. 4. Répartiteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les sorties (26) sont formées par des connecteurs coaxiaux. 5. Répartiteur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le connecteur coaxial (26) comporte un conducteur central (34) qui pénètre partiellement dans le corps en anneau (14). 6. Répartiteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les entrées (24) ou les sorties (26) sont formées par des guides d'onde. 7. Répartiteur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le nombre d'entrées (24) est compris quatre et seize (4 et 16), et le nombre de sorties (26) est compris entre trente-deux et cent-vingt-huit (32 et 128). 8. Répartiteur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que la longueur d'onde correspond à une fréquence comprise dans la bande de 4,4 à 5 GHz, et le trou central du corps creux en anneau (14) a un diamètre supérieur à 500 mm. 9. Ensemble de communications en hyperfréquences, du type qui comprend un dispositif électronique de commande, un dispositif de commutation (32), un répartiteur (10), un dispositif de déphasage (28), et une antenne (12) possédant des éléments rayonnants (30), caractérisé en que le répartiteur (10) est selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que le répartiteur (10) et l'antenne (12) ont un même axe pratiquement, et l'antenne a au moins deux parties séparées dans la direction de l'axe.