Brevet FR2943182A1 — publié le 20100917

Procédé d'ajustement du lobe du diagramme de rayonnement d'une antenne de type réseau. L'invention porte sur les antennes réseaux, plus particulièrement sur l'ajustement du rayonnement de ces antennes par l'intermédiaire de leur loi de rayonnement. Chaque réseau possède sa propre loi d'éclairement dont il est possible d'ajuster la forme en appliquant une loi de phase et/ou d'amplitude. Par la suite, sauf indication contraire, il est considéré que la loi d'amplitude est uniforme. Bien entendu, cet exemple n'est absolument pas limitatif. On rappelle qu'une antenne réseau est formée d'une pluralité d'éléments rayonnants pouvant être répartis de manière linéaire ou plane. Dans un tel cas, on peut être amené à appliquer une loi de phase symétrique par rapport au centre de l'antenne ou à son axe, pour modifier le diagramme de rayonnement, par exemple pour élargir le faisceau. Par exemple, pour une antenne réseau plane à découpe circulaire, 15 une loi de phase quadratique peut être de type : ço(x,y) = ço,X.(Rxy2/RR2) , où : - RR est le rayon de l'antenne, - maX est la phase maximale aux bords de l'antenne, et 20 - Rxy est la distance au centre de l'antenne de l'élément rayonnant de coordonnées (x,y). Classiquement, la répartition de l'énergie rayonnée par l'antenne présente les caractéristiques suivantes : une forte concentration aux abords de l'antenne, 25 une variation décroissante de cette énergie en s'éloignant de l'antenne. Ainsi, si un obstacle se trouve dans la zone où la concentration énergétique est la plus forte, l'interaction entre les deux objets antenne et obstacle est maximale. Cela peut poser problème, si par exemple, l'on souhaite que le rayonnement de l'antenne soit perturbé par son environnement (ou si l'on souhaite que l'antenne interagisse le moins possible avec un environnement proche). Un but de l'invention est de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus, en particulier dans le cas où l'on applique une loi de phase symétrique. A cet effet, selon un premier aspect, il est proposé un procédé d'ajustement du lobe du diagramme de rayonnement d'une antenne de type réseau, comprenant une application d'une loi de phase symétrique par rapport à une origine, fonction de la valeur de la phase maximale aux extrémités de l'antenne. Selon une caractéristique générale de ce premier aspect, on choisit le signe de ladite valeur de la phase maximale aux extrémités de l'antenne selon la répartition souhaitée de l'énergie rayonnée en avant de l'antenne. En effet, l'inventeur a remarqué que l'inversion ou non du signe de 20 la valeur de la phase maximale aux extrémités de l'antenne influençait la répartition de l'énergie autour de l'antenne. Plus particulièrement, la répartition souhaitée peut être considérée dans une zone proche de l'antenne, telle que tout point de cette zone proche est situé à une distance d du centre de l'antenne, avec : DZ 25 d D est la plus grande dimension caractéristique de l'antenne, et est la longueur d'onde de la fréquence de 30 rayonnement de ladite antenne. Par contre, la forme du diagramme de rayonnement de l'antenne n'est pas modifiée en zone lointaine, c'est-à-dire au-delà de la distance 2D2 Ainsi, dans le cas d'une antenne de type rectangulaire, la dimension D correspond à la diagonale de l'antenne. Autre exemple, si ladite antenne réseau est de type plane à découpe circulaire, tout point de la zone proche est de préférence situé à une distance d du centre de l'antenne, avec : d Celle-ci comprend trois sous-réseaux SRI, SR2, SR3, chacun comprenant quatre éléments rayonnants, respectivement ELT1, ELT2 et ELT3. Un signal de commande est transmis par une entrée ENT et délivré aux sous-réseaux SRI, SR2, SR3 par l'intermédiaire d'un amplificateur par sous-réseau, respectivement référencés AMP1, AMP2 et AMP3. L'antenne réseau ANT représenté sur cette figure est de type linéaire, mais l'invention peut également s'appliquer à des antennes réseaux de type plane, en particulier à découpe circulaire. La figure 2 illustre à titre d'exemple le diagramme de rayonnement en zone lointaine d'une antenne réseau de type plane à découpe circulaire. Le degré de précision du diagramme ne permet pas d'observer en détail le comportement de l'antenne en zone proche. Sur l'axe des abscisses est indiqué l'angle de rotation par rapport à 25 l'axe central de l'antenne, et en ordonnées, l'amplitude de l'énergie rayonnée par l'antenne. Deux courbes sont représentées sur cette figure. Une courbe en trait pointillé représente l'amplitude de l'énergie rayonnée par l'antenne réseau sans application de loi de phase supplémentaire. 30 La courbe en trait plein représente l'amplitude de l'énergie rayonnée par l'antenne réseau avec l'application d'une loi de phase symétrique de façon à ajuster la valeur de l'amplitude de l'énergie rayonnée en fonction de la phase. On se réfère à présent à la figure 3 qui représente un mode de mise en oeuvre d'un procédé d'ajustement du lobe du diagramme de 5 rayonnement d'une antenne de type réseau selon l'invention. Tout d'abord, on rappelle qu'une loi de phase symétrique est fonction de la valeur de la phase maximale aux extrémités de l'antenne ; dans le cas d'une antenne réseau plane à découpe circulaire, une loi de phase symétrique peut être de la forme : 10 �x, y) _ ço,X.(Rxy2/RR2), où : - RR est le rayon de l'antenne, - ço. est la phase maximale aux bords de l'antenne, et - Rxy est la distance du centre de l'antenne de l'élément 15 rayonnant de coordonnées (x,y). L'inventeur a remarqué que la modification du signe de la phase maximale aux bords de l'antenne çp,,,ax permettait de changer la répartition de l'énergie, en particulier dans une zone proche de l'antenne, sans changer la répartition de l'énergie en zone lointaine (autrement dit, le diagramme de 20 rayonnement est inchangé en zone lointaine). Dans le cas d'une antenne réseau plane à découpe circulaire, la zone proche peut être définie par le distance d, telle que : où 25 RR est le rayon de l'antenne, et est la longueur d'onde de la fréquence de rayonnement de ladite antenne. Plus généralement, indépendamment de la forme de l'antenne, la répartition souhaitée peut être considérée dans une zone proche de 22 ' l'antenne, telle que tout point de cette zone proche est situé à une distance d du centre de l'antenne, avec : où D est la plus grande dimension caractéristique de l'antenne. Par 5 exemple, dans le cas d'une antenne rectangulaire, D correspond à la diagonale de l'antenne. Dans la zone proche telle que définie ci-dessus, le rayonnement est dit � tubulaire � : la propagation de l'énergie rayonnée par l'antenne est essentiellement concentrée dans un tube de section égale à la forme de 10 l'antenne, dans une direction définie par la position angulaire finale du faisceau. Plus précisément, la zone circulaire correspond à la section de l'antenne considérée, ici en forme de disque. Ces diagrammes sont issus de calculs de simulation. 15 Concrètement, les conditions qui permettraient d'obtenir les diagrammes de la figure 4 sont les suivantes. On considère une antenne en forme de disque qui serait posée sur un plan et rayonnerait vers le plafond. Chaque diagramme correspondrait alors à une � impression � de l'énergie sur un support sensible (type papier 20 photo) qui serait positionné au-dessus de l'antenne, ici à une distance de 5 fois la longueur d'onde (pour prendre un exemple, cela fait 15 cm à 10 GHz). La zone la plus foncée est essentiellement concentrée dans un disque de la taille de l'antenne (entre 0 et 2RR, d'où la notion de 'tube' de 25 rayonnement), avec quelques débordement en dehors de ces dimensions. Si le signe de la phase maximale aux bords de l'antenne ça.), est négatif, l'énergie est alors concentrée sur l'axe de cette zone tubulaire, comme on peut le voir sur l'image de gauche de la figure 4. Cette image illustre la répartition de l'énergie dans une zone proche de l'antenne, ici à 30 une distance de 5a, du plan de l'antenne. Plus précisément, les zones les plus sombres sont les endroits où la valeur de l'énergie est la plus élevée (en valeurs absolues). A l'inverse, si le signe de la phase maximale aux bords de l'antenne ça,. est positif, l'énergie est alors étalée vers l'extérieur de cette 5 zone tubulaire, comme on peut le voir sur l'image de droite de la figure 4, à cette même distance 51 du plan de l'antenne. On note que dans les deux configurations, la même quantité d'énergie est dégagée par l'antenne ; seule la répartition de cette énergie change. 10 La concentration de l'énergie au plus proche de l'axe de l'antenne est particulièrement adaptée si l'on veut minimiser les interactions avec un obstacle situé en périphérie de la zone proche. Par contre, la répartition de l'énergie sur l'extérieur de la zone tubulaire en champ proche de l'antenne est préférée si l'on veut minimiser 15 les interactions avec un obstacle situé dans l'axe de l'antenne. Ainsi, au cours d'une première étape 1 (cf. figure 3), on décide de la répartition à adopter. Puis, on fixe le signe de la phase maximale aux bords de l'antenne çoX d'après la répartition souhaitée, étape 2, et enfin on applique la loi de 20 phase résultante sur la loi d'éclairement de l'antenne considérée. 25 REVENDICATIONS1. Procédé d'ajustement du lobe du diagramme de rayonnement d'une antenne de type réseau, comprenant une application (3) d'une loi de phase symétrique par rapport à une origine, fonction de la valeur de la phase maximale aux extrémités de l'antenne, caractérisé par le fait que l'on choisit le signe de ladite valeur de la phase maximale (2) aux extrémités de l'antenne selon la répartition souhaitée (1) de l'énergie rayonnée en avant de l'antenne. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la répartition souhaitée est considérée dans une zone proche de l'antenne, telle que tout point de cette zone proche est situé à une distance d du centre de l'antenne, avec : où : D est la plus grande dimension caractéristique de l'antenne, et est la longueur d'onde de la fréquence de rayonnement de ladite antenne. 3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ladite antenne réseau est de type plane à découpe circulaire, et où tout point de la zone proche est situé à une distance d du centre de l'antenne, avec : RR2 d 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite antenne est à balayage électronique. 5. Antenne Radar de type réseau (ANT), caractérisé par le fait qu'elle met en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 5 précédentes. 6. Utilisation d'une antenne selon la revendication précédente, à bord d'un aéroporteur. 10