Brevet FR2968848A1 — publié le 20120615

Antenne à réflecteur parabolique La présente invention se rapporte à une antenne de télécommunication utilisée notamment pour les réseaux de communication mobile. Ces antennes directives, sectorielles ou réflecteur parabolique, fonctionnent indifféremment en mode transmetteur ou en mode récepteur, correspondant à deux sens opposés de propagation des ondes RF. Il faut noter que tous les raisonnements qui suivent s'appliquent aux antennes aussi bien en réception qu'en émission. L'invention concerne en particulier une antenne de type microonde à réflecteur parabolique. L'invention s'applique aussi bien aux antennes à double réflecteur qu'aux antennes n'ayant qu'un réflecteur. IO Une antenne à ouverture rayonnante conventionnelle comprend un réflecteur présentant une concavité, ayant par exemple la forme d'un paraboloïde de révolution autour de l'axe de symétrie de l'antenne, et un dispositif d'alimentation situé le long de l'axe de symétrie de l'antenne transmettant les ondes électromagnétiques émises ou 15 reçues par l'antenne. L'extrémité du guide d'onde radiofréquence se trouve au foyer du réflecteur. La distance entre le réflecteur et l'extrémité du guide d'onde doit être suffisamment importante pour permettre d'éclairer la totalité de la surface du réflecteur. Dans les antennes à réflecteur peu profond (« shallow reflector » en anglais), le rapport F/D est de l'ordre de 0,36. Dans ce rapport, F est la distance focale du réflecteur 20 (distance entre le sommet du réflecteur et son foyer) et D est le diamètre du réflecteur. Ces antennes, présentent des pertes par débordement (« spillover » en anglais) qui sont élevées. Les pertes par débordement, exprimées en dB, conduisent à une pollution de l'environnement par les ondes RF et doivent être limitées à des niveaux définis par des normes. Afin de limiter notamment le rayonnement latéral, une solution habituelle est 25 d'attacher à la périphérie du réflecteur primaire une jupe absorbante (« absorbing shroud » en anglais) qui a la forme d'un cylindre, de diamètre voisin de celui du réflecteur primaire et de hauteur convenable, qui est revêtu intérieurement d'une couche d'un matériau absorbant le rayonnement RF. Outre l'encombrement qui en résulte, cette solution connue présente l'inconvénient du coût du matériau absorbant de la jupe, le 30 coût du radôme ainsi que du coût d'assemblage de cette jupe sur le réflecteur parabolique, notamment pour les antennes de diamètre important. En outre cette solution n'est envisageable que dans le cas où le réflecteur muni de sa jupe est protégé de l'environnement par un radôme. En effet le matériau absorbant présente une faible résistance vis-à-vis de conditions climatiques exigeantes. Une simple jupe métallique ne résiste pas aux vents et autorise des réflexions d'onde multiples du fait de l'absence de matériau absorbant. De manière analogue, les antennes sectorielles peuvent être munies d'une jupe, fixées au réflecteur et entourant les éléments rayonnants alignés, qui présente aussi les inconvénients mentionnés ci-dessus. La présente invention a pour but de proposer une antenne microonde à réflecteur parabolique ayant un coût modéré sans que ses performances électriques soient dégradées. L'invention a aussi pour but de proposer une antenne à réflecteur parabolique dont le rapport avant/arrière est amélioré. 15 L'invention a encore pour but de proposer une antenne à réflecteur parabolique dont les pertes par débordement sont réduites tout en nécessitant une jupe de hauteur moindre. L'invention a encore pour but de proposer une antenne à réflecteur parabolique dans laquelle la diffraction des ondes apparaissant sur le bord périphérique extérieur du 20 réflecteur de l'antenne a été sensiblement réduite. L'objet de la présente invention est une antenne au moins un réflecteur parabolique ayant un bord et au moins un écran dont la largeur est inférieure à la moitié de la longueur du bord est disposé sur le bord du réflecteur parabolique. 25 Selon une première forme d'exécution, l'écran épouse l'arrondi du bord circulaire du réflecteur parabolique. Selon une deuxième forme d'exécution, l'écran est rectiligne et coïncide avec une corde du bord circulaire du réflecteur parabolique. Selon une troisième forme d'exécution, l'écran est rectiligne et coïncide avec le bord rectiligne du réflecteur parabolique. Selon un mode de réalisation particulier, l'antenne comporte au moins deux écrans disposés en position diamétralement opposées et fixés sur le bord du réflecteur parabolique. Selon un aspect, la largeur de l'écran est de l'ordre de grandeur du quart du 5 diamètre du réflecteur parabolique. Selon un mode préféré de réalisation, l'écran est formé d'au moins deux portions planes liées entre elles, deux portions contigües formant un angle concave. De préférence cet angle a concave est de l'ordre de 120 degrés. Selon un autre aspect, les portions formant l'écran ont une forme polygonale, choisie par exemple entre un quadrilatère, un triangle, et un hexagone. Selon encore un autre aspect, l'écran a une surface conductrice. L'écran peut être en métal ou recouvert de métal par exemple. Un écran fixé sur une partie du bord du réflecteur parabolique permet d'améliorer les performances en rayonnement. La forme de cet écran est définie de 15 manière à éviter les réflexions d'onde dans le faisceau principal du diagramme de rayonnement de l'antenne. Avec cette configuration, l'antenne peut atteindre des performances radioélectriques élevées pour un coût modéré La présente invention a comme avantage de permettre l'utilisation d'une surface d'écran qui est moindre que celle de la jupe de l'art antérieur fixée sur la totalité du 20 périmètre du bord du réflecteur parabolique, ce qui procure un avantage de coût et d'encombrement appréciable. L'invention est utilisable dans des applications telles que, par exemple, la réalisation d'antennes terrestres permettant de recevoir un signal radiofréquence émis par un satellite ou la liaison entre deux antennes terrestres, et de façon plus générale 25 dans toute application concernant les liaisons radiofréquence point à point dans la bande de fréquence de 7 GHz à 40 GHz. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel - la figure 1 illustre en vue perspective un mode de réalisation de l'antenne, - la figure 2 illustre schématiquement en vue de dessus de l'antenne de la figure 1, - la figure 3 illustre schématiquement en vue de détail de dessus un mode de réalisation d'un écran de l'antenne, - la figure 4 illustre le diagramme de rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne de l'art antérieur ne comportant pas de jupe, - la figure 5 illustre le diagramme de rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne comportant un écran, - la figure 6 illustre en vue perspective un autre mode de réalisation 10 l'antenne, - la figure 7 illustre schématiquement en vue de dessus encore un autre mode de réalisation de l'antenne. Sur les figures 4 et 5, l'intensité du rayonnement J en dB est donné en ordonnée, et en abscisse l'angle d'émission/réception 13 du rayonnement en degrés 15 Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. On considérera maintenant la figure 1 qui illustre un mode de réalisation de l'antenne 1 qui est une antenne de télécommunication à réflecteur parabolique 2. Le 20 réflecteur parabolique 2 est concave, et sa concavité possède un bord circulaire 3. Un guide d'onde 4 est placé au centre de la concavité du réflecteur parabolique 2, et émet un rayonnement 5 en direction de la surface interne du réflecteur parabolique 2 dont une partie 6 est réfléchie par un écran 7 placé sur le bord circulaire 3 du réflecteur parabolique 2 et qui épouse l'arrondi du bord circulaire du réflecteur parabolique 2, Ici le 25 réflecteur parabolique 2 comporte deux écrans 7 disposés symétriquement, en position diamétralement opposées, et fixés sur le bord circulaire du réflecteur parabolique 2 comme illustré en vue de dessus sur la figure 2. La largeur 8 d'un écran 7 est de l'ordre du quart du diamètre D du réflecteur parabolique 2. La figure 3 illustre schématiquement en vue de détail de dessus un mode de 30 réalisation d'un écran 7. Un écran 7 est une pièce conductrice permettant d'éviter le rayonnement réfléchi dans la direction du faisceau principal de rayonnement dans le plan horizontal. Dans le cas présent, l'écran 7 est formé par exemple d'une feuille métallique plissée. Vue de dessus, l'écran 7 est composé d'une pluralité de portions 30 rectangulaires planes contigües qui sont liées entre elles en formant un angle non nul, telles un paravent. Les portions peuvent avoir toute sorte de formes polygonales telles que qu'un hexagone, un triangle ou un quadrilatère comme un parallélogramme, un carré, un rectangle, un losange, un trapèze, etc...Vues depuis le guide d'onde 4 placé au centre du réflecteur parabolique 2, les portions 30 d'écran forment chacune avec sa voisine un angle a concave compris entre 90° et 150°, et de préférence de l'ordre de 120°. A titre d'exemple l'antenne 1 des figures 1 et 2 comprend quinze portions 30. Cette disposition permet à l'écran de réfléchir tout les rayonnements indésirables 32 dans une unique direction à l'écart du faisceau principal en évitant de la sorte les réflexions multiples. Le domaine de fréquences est compris entre 25 GHz et 7 GHz et les dimensions (hauteur, largeur 31) des portions 30 d'écran sont grandes devant la longueur d'onde'. La figure 4 illustre le diagramme de rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne de l'art antérieur dont le réflecteur parabolique ne comporte pas de jupe et la 15 figure 5 illustre le diagramme de rayonnement dans le plan horizontal de l'antenne de la figure 1. La comparaison de ces deux figures permet de constater que la présence d'écrans sur le bord circulaire du réflecteur parabolique permet de réduire considérablement les pics du diagramme de rayonnement dans les angles +90° et -90°. L'antenne de l'art antérieur donne un diagramme de rayonnement dont les 20 performances sont médiocres à cause d'un niveau élevé des pertes par débordement 40, 41 à proximité du bord du réflecteur parabolique. En revanche pour l'antenne 1 comportant des écrans 7, les pertes par débordement 50, 51 sont beaucoup plus réduites. On a illustré sur la figure 6 un mode de réalisation d'une antenne 60 comportant 25 deux écrans 61 disposés en positions diamétralement opposées sur le bord 62 d'un réflecteur parabolique 63. Chaque écran 61 épouse l'arrondi du bord circulaire du réflecteur parabolique et comprend une seule portion 64, par exemple constituée d'une feuille métallique rectangulaire plane. Sur la figure 7, on a illustré encore un autre mode de réalisation d'une 30 antenne 70 comportant un réflecteur parabolique 71. Deux écrans 72 rectilignes sont disposé de manière à coïncider avec une corde du bord circulaire 73 du réflecteur parabolique 71. Chaque écran 72 est composé d'une pluralité de portions planes contigües qui sont liées entre elles en formant un angle non nul. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'un encombrement moindre de l'antenne 70. Selon encore un autre mode de réalisation non représenté, l'écran est rectiligne, de forme analogue à celui de la figure 7, et coïncide avec le bord rectiligne du réflecteur parabolique. Dans ce cas le réflecteur parabolique a un bord qui adopte la forme d'un carré à angle arrondis ou d'un rectangle dont les extrémités sont en demi-cercle. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. En particulier on pourra faire varier le Io nombre d'écrans, la forme de chaque écran, le nombre de portions qui le constitue, ainsi que la forme de chaque portion.