Brevet FR2963487A1 — publié le 20120203

Antenne à réflecteur parabolique La présente invention se rapporte à une antenne de télécommunication à réflecteur parabolique, utilisée notamment pour les réseaux de communication mobile. Ces antennes 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 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. 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 reçues par l'antenne. L'extrémité du guide d'onde radiofréquence se trouve au foyer du réflecteur. Le guide d'onde est inséré dans un orifice situé sur l'axe du réflecteur, et son extrémité est repliée à 180° afin de faire face au réflecteur. Le demi-angle maximum de rayonnement à l'extrémité repliée du guide d'onde pour éclairer le réflecteur est faible, de l'ordre de 70°. La distance entre le réflecteur et l'extrémité du guide d'onde doit donc être suffisamment importante pour permettre d'éclairer la totalité de la surface du réflecteur. Dans ces antennes à réflecteur parabolique, la valeur du diamètre D est déterminée par la fréquence centrale de travail de l'antenne. Plus la fréquence de travail de l'antenne est basse (par exemple 7,1 GHz ou 10 GHz) et plus le diamètre du réflecteur est important à gain d'antenne équivalent : il faut alors que l'extrémité du guide d'onde soit très éloignée du réflecteur pour bien l'éclairer (mode émission), et l'antenne devient donc d'autant plus encombrante que la fréquence de travail est basse. Pour 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 (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 et diminuent le rapport avant/arrière (« front-to-back ratio » en anglais) de l'antenne. En outre une diffraction des ondes apparaît à partir sur le bord périphérique de l'antenne et augmente le champ à l'arrière du réflecteur parabolique. 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 d'attacher à la périphérie du réflecteur primaire une jupe (« shroud » en anglais qui a la forme d'un cylindre, de diamètre voisin de celui du réflecteur primaire et de hauteur convenable, revêtu intérieurement d'une couche absorbant le rayonnement RF. Outre l'encombrement qui en résulte, cette solution connue présente l'inconvénient aujourd'hui gênant du coût du matériau de la jupe, ainsi que du coût d'assemblage de cette jupe sur le réflecteur. Avec des performances similaires du diagramme de rayonnement, une antenne parabolique avec une faible valeur du rapport F/D inférieur ou égal à 0,25, par exemple autour de 0,17 (« deep dish » en anglais), a une jupe absorbante plus courte que l'antenne à réflecteur peu profond. Néanmoins, le champ sur le bord de l'antenne est plus élevé dans le cas d'une antenne parabolique profonde. En raison de la hauteur très courte de la jupe, le niveau du champ sur le bord de l'antenne est proche du niveau du champ à l'extrémité du réflecteur parabolique (environ 2 dB à 3 dB d'écart). Dans le cas d'une antenne à réflecteur peu profond, l'écart est plus élevé et d'environ 10 dB. Des courants de distribution peuvent apparaître sur le bord de l'antenne et perturber le rapport avant/arrière du diagramme de rayonnement par l'apparition de diffraction des ondes sur le bord périphérique de l'antenne. Les valeurs du diagramme de rayonnement excèdent les valeurs maximales autorisées par le gabarit de la classe 3 ETSI. La présente invention a pour but de proposer une antenne microonde à réflecteur parabolique dans laquelle la diffraction des ondes apparaissant sur le bord périphérique extérieur de l'antenne a été sensiblement réduite. L'invention a aussi pour but de proposer une antenne à réflecteur parabolique dont le rapport avant/arrière est amélioré. L'invention a encore pour but de proposer une antenne à réflecteur parabolique nécessitant une jupe de hauteur moindre. L'objet de la présente invention est une antenne comportant un réflecteur parabolique, muni d'une jupe, coopérant avec un moyen d'émission d'un rayonnement incident en direction du réflecteur. L'antenne comprend des moyens pour diminuer le courant de distribution apparaissant sur le bord de l'antenne, ces moyens étant disposés sur la surface extérieure frontale ou latérale du rebord périphérique de l'antenne. De préférence, les moyens pour diminuer le courant de distribution sont composés de pièges en nombre pair, disposés symétriquement. Lorsque les pièges ne couvrent pas la totalité de la circonférence de l'antenne, l'angle formé par le secteur d'un piège est de préférence de l'ordre de 60°. De préférence encore chaque piège a une forme adaptée à l'arrondi du bord périphérique de l'antenne. Selon un mode de réalisation particulier, chaque piège a la forme d'au moins une gorge à surface conductrice. En particulier la gorge est formée d'un matériau qui peut être un métal ou un plastique métallisé. Selon un mode de réalisation préféré, la gorge a des dimensions de l'ordre d'une fraction de la longueur d'onde du rayonnement incident. De préférence, la gorge a une profondeur du même ordre de grandeur que sa largeur, et de préférence encore la largeur et la profondeur sont égales. La gorge peut avoir une section choisie parmi une section en forme de U à fond plat, une section en forme de U à fond arrondi et une section en forme de V. Ses parois latérales peuvent être droites ou inclinées. La présente invention permet de réduire la hauteur de la jupe fixée sur le 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 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 montre schématiquement le trajet du rayonnement reçu par le réflecteur parabolique, - la figure 2 représente en coupe schématique une antenne à réflecteur parabolique muni d'une jupe haute selon l'art antérieur, - la figure 3 représente une antenne à réflecteur parabolique munie de pièges selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une coupe schématique d'une antenne à réflecteur parabolique selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue de détail des pièges selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue de détail des pièges selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - les figures 7a à 7c montrent différente section de gorges, - les figures 8a et 8b comparent les diagrammes du rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne de l'art antérieur et d'une antenne munie d'un piège selon un mode de réalisation de l'invention ; sur les figures 6a et 6b, l'intensité du rayonnement J en dB est donné en ordonnée, et en abscisse l'angle d'émission/réception R en degrés. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. La figure 1 est un schéma montrant un réflecteur 1, ayant la forme d'un arc de parabole, disposé face à un guide d'onde 2 qui émet un rayonnement incident 3 en direction du réflecteur 1. La plus grande partie du rayonnement incident 3 est réfléchie sur le réflecteur 1 et forme le rayonnement émis 4 par l'antenne. Cependant une partie du rayonnement incident 3 est renvoyé dans une direction divergente, et provoque des pertes par débordement 5. En outre une autre partie du rayonnement incident 3 atteint les bords du réflecteur 1 où se produit une diffraction 6, ce qui augmente le champ à l'arrière du réflecteur parabolique 1 et contribue à détériorer le rapport avant/arrière. Une antenne, représentée en coupe sur la figure 2, comprend habituellement un réflecteur parabolique 1 muni d'une jupe 7, formant une paroi cylindrique, revêtue intérieurement d'un matériau absorbant 8 et fermée par un radôme 9. Le rayonnement incident 3 issu du guide d'onde 2 est réfléchi par le réflecteur 1 sous forme d'un rayonnement émis 4. Le rayonnement 10 qui déborde du réflecteur 1 est absorbé par le matériau absorbant 8 de la jupe 7. La caractéristique du diagramme de rayonnement d'une antenne à guide d'ondes en forme de cornet circulaire (« horn » en anglais) est déterminée par le mode de transmission du guide d'ondes en cornet, qui est généralement le mode dominant ou mode TEI1. Puisque le mode dominant TE' est asymétrique autour de l'axe central du cornet, le diagramme de rayonnement de l'antenne cornet est désavantageusement asymétrique autour de l'axe central. Lors de l'utilisation d'un guide d'ondes en forme de cornet avec un réflecteur parabolique, la caractéristique de rayonnement asymétrique conduit à une réduction de l'efficacité de rayonnement de l'antenne et en une détérioration des ondes de polarisation croisée. Dans un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 3 à 5, l'antenne 30 comprend un réflecteur 31 surmonté d'une jupe 32 fermée par un radôme 33 plan. Dans le cas présent, le diamètre D du réflecteur 31 de l'antenne 30 est de l'ordre de 2ft (0.6096 m), et le domaine de fréquence d'opération est compris entre 7 GHz et 14 GHz. Un moyen de réduire la diffraction des ondes apparaissant sur le bord périphérique extérieur de l'antenne est de supprimer le courant en utilisant notamment des pièges quart d'onde. Ces pièges ont la forme de gorges avec des dimensions proches du quart de la longueur d'onde considérée. La surface externe de la jupe 32 porte, en position latérale, des pièges à ondes 34 à surface conductrice, qui peuvent être métalliques ou en plastique métallisé. Comme montré sur la figure 5, ces pièges 34 sont de préférence en forme de gorges dont la profondeur P et l'écartement E des parois de la gorge dépendent de la longueur d'onde du signal RF incident 10 émit par le guide d'onde 35. De préférence, les dimensions E et P des pièges 34 sont de l'ordre de 215 à 8 GHz, soit ici 8 mm. Dans le cas présent les pièges 34 ont la forme de deux gorges parallèles contigües à parois verticales. Pour un fonctionnement en basses fréquences; il est préférable d'utiliser au moins deux pièges 34. Les pièges sont placés en position symétrique : ils sont donc en nombre pair. .Ces pièges 34 peuvent être placés sur une partie seulement du rebord périphérique de l'antenne, par exemple diamétralement opposé comme représenté sur la figure 3, ou bien sur la totalité de la circonférence de l'antenne. Lorsque les pièges ne couvrent pas la totalité de la circonférence de l'antenne, l'angle a formé par le secteur d'un piège est de l'ordre de 60°. A titre d'exemple, pour une antenne ayant un diamètre d'environ 65 cm, cela représente une longueur de 35 cm environ pour chaque piège. La forme du piège doit donc s'adapter à l'arrondi du bord périphérique de l'antenne comme le montre la figure 3. Les pièges 34 ont pour rôle de réduire, voire de supprimer, le courant de distribution 36 sur le bord de l'antenne 30 afin de réduire la diffraction. Le principe de leur fonctionnement est basé sur le fait qu'ils produisent un déphasage d'une partie de l'onde qui est alors placée en opposition de phase avec l'onde principale et vient s'annuler. Un deuxième mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 6. L'antenne 40 comprend un réflecteur 41 surmonté d'une jupe 42 fermée par un radôme 43. La surface interne de la jupe 42 est revêtue d'un matériau absorbant 44. La surface externe de la jupe 42 porte, en position frontale, des pièges à ondes 45. Dans le cas présent les pièges 45 ont la forme d'une seule gorge. L'angle a formé par le secteur d'un piège est de l'ordre de 60°, lorsque les pièges ne couvrent pas la totalité de la circonférence de l'antenne. A titre d'exemple, pour une antenne ayant un diamètre d'environ 65 cm, cela représente une longueur de 35 cm environ pour chaque piège. Il est donc nécessaire que la forme du piège adopte l'arrondi du bord de l'antenne. Selon un mode de réalisation particulier, les pièges 45 peuvent être fixés sur la bordure formant la circonférence du radôme 43. Bien entendu, des pièges peuvent être placés à la fois en position latérale et en position frontale sur l'antenne. Le nombre de pièges n'est pas limité. La section de la gorge peut avoir une forme variée, par exemple une section en forme de U à fond plat comme représenté sur les figures 4 à 6, une section en forme de U à fond arrondi 50 comme sur la figure 7a ou une section en forme de V 51 comme sur la figure 7b. Les parois latérales encadrant la gorge peuvent être droites comme représenté sur les figures 4 à 6, ou inclinées 52 comme sur la figure 7c. On considérera maintenant les figures 8a et 8b qui illustre les diagrammes du rayonnement d'une antenne. Sur ces deux figures, la ligne continue 60 de référence représente le profil standard correspondant au modèle classe 3 ETSI. Sur la figure 6a relative à une antenne de l'art antérieur, les lobes latéraux 61 dépasse la norme ETSI. Comparativement, les lobes latéraux 62 d'une antenne munie de pièges selon un mode de réalisation de l'invention sont très nettement diminués. Cela montre que les pièges sont un moyen efficace de réduire la diffraction des ondes apparaissant sur le bord périphérique extérieur d'une antenne. 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 sans sortir du cadre de l'invention modifier la nature et la structure des pièges.