Brevet FR3045957A1 — publié le 20170623

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine des systèmes antennaires du type réseau comprenant plusieurs éléments d'antennes excités. ETAT DE LA TECHNIQUE On connait des systèmes antennaires du type réseau dans lesquels tous les éléments sont alimentés. Or un tel système est complexe et coûteux car il nécessite un circuit de répartition complexe. On connait également des systèmes antennaires du type lacunaires ou raréfiés dans lesquels on a retiré d'un réseau d'éléments un ou plusieurs éléments. Or la suppression de certains éléments conduit à une dégradation de performance et à des incertitudes quant au réglage de l'excitation des différents éléments pour obtenir des performances souhaitées. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un système antennaire de type réseau comprenant un circuit d'alimentation qui est peu complexe et donc peu coûteux. Un autre but de l'invention est de proposer une antenne dont les performances peuvent être facilement configurées. Encore un autre but de l'invention est d'être moins encombrant qu'une antenne réseau de type classique, l'encombrement dépendant fortement du circuit d'alimentation. A cet effet, l'invention propose un système antennaire comprenant un réseau d'éléments d'antennes comprenant une pluralité d'éléments primaires ; une pluralité d'éléments secondaires ; un circuit d'alimentation configuré pour exciter chaque élément primaire ; une pluralité de charges d'impédances de préférence complexes, une ou plusieurs charge(s) étant connectée(s) à un élément secondaire, les éléments secondaires étant excités par couplages mutuels avec les éléments primaires, les charges permettant de configurer la contribution des éléments secondaires aux diagrammes de rayonnement orthogonaux dudit système antennaire. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le réseau d'éléments d'antennes et configuré pour que le niveau de couplage entre chaque élément primaire et au moins un élément secondaire soit supérieur ou égal à un niveau de -23dB. - le circuit d'alimentation comprend un ou plusieurs circuit(s) d'alimentation auxiliaire(s) indépendants entre eux, chacun associé à un mode de 3045957 2 fonctionnement, les modes de fonctionnement étant orthogonaux entre eux, chaque élément primaire pouvant disposer de un ou plusieurs port(s) d'alimentation. - les charges sont réactives, idéalement, ou a minima peu dissipatives. 5 - Les éléments primaires sont choisis dans le groupe suivant : patchs, dipôles, structures résonantes, cornets. - le réseau d'éléments d'antennes est disposé selon une grille présentant une maille dont le pas est compris entre 0,2 2,, et 3 2,,, 2,, étant longueur d'onde associée à une fréquence de fonctionnement du système antennaire. 10 - les charges d'impédances complexes sont connectées aux ports d'un élément secondaire. Les avantages de l'invention sont multiples. En utilisant le couplage entre des éléments alimentés et non alimentés par le circuit d'alimentation on peut configurer de manière précise le diagramme de rayonnement du 15 système antennaire tout en ayant un circuit d'alimentation peu complexe (compte tenu que tous les éléments ne sont pas alimentés directement). En revanche, tous les éléments sont excités ; certains directement via le circuit d'alimentation (éléments primaires), les autres par couplage (éléments secondaires). Le système est configurable en ce que la contribution au diagramme de 20 rayonnement des éléments primaires s'effectue grâce à l'optimisation du circuit d'alimentation et la contribution des éléments secondaires s'effectue grâce à l'optimisation des charges d'impédances complexes. De même, il est possible de configurer un mode de fonctionnement permettant d'optimiser l'adaptation du système en même temps que le diagramme de rayonnement. 25 Il est possible d'optimiser l'adaptation du système en même temps que le diagramme de rayonnement. Il est possible de générer des diagrammes orthogonaux en polarisation et/ou en fréquence grâce à l'utilisation de ports séparés en polarisation et/ou en fréquence sur tout ou partie des éléments rayonnants. 30 Dans tous les cas, l'optimisation utilise la connaissance de la matrice de couplage du réseau d'éléments rayonnants exprimée en chacun des ports des éléments rayonnants. 35 3045957 3 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : 5 - la figure 1 illustre une vue d'ensemble d'un système antennaire selon l'invention ; - la figure 2 illustre le principe du rayonnement du système antennaire selon l'invention. Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 10 La figure 1 illustre un système antennaire selon un mode de réalisation de l'invention. Un tel système comprend une pluralité d'éléments 1 primaires et une pluralité 2 d'élément secondaires. Chaque élément présente un ou plusieurs ports correspondant à des modes de fonctionnement différents (polarisation / fréquence). 15 Chaque élément primaire est excité par un circuit 3 d'alimentation représenté conceptuellement sur la figure 1 par un générateur Eg ; une résistance Rg en série. Tous les éléments primaires sont excités par un circuit d'alimentation, de la même manière ou de manière différenciée via une pondération en amplitude et phase du signal. Chaque élément secondaire est connecté à une charge 4 d'impédance complexe jXi 20 connectée entre une ligne de masse et l'élément 2 secondaire (toutefois selon les cas, les charges complexes ne sont pas nécessairement connectées à une ligne de masse commune, voir plus bas dans la description). Chaque charge 4 d'impédance complexe permet d'optimiser la phase du champ réémis par l'élément secondaire. Le circuit 3 d'alimentation et les charges 4 permettent de configurer les diagrammes 25 de rayonnement qui résultent de la contribution des éléments primaires et secondaires. De préférence, les charges 4 sont réactives pour éviter toute dissipation. Comme on l'aura compris, l'excitation des éléments 1 primaires est due au circuit 3 d'alimentation tandis que celle des éléments 2 secondaires est obtenue par couplages mutuels avec les éléments primaires. 30 Ainsi, seuls les éléments primaires sont alimentés et les éléments secondaires sont utilisés pour contribuer à l'obtention des performances souhaitées pour le système antennaire. Ainsi, il est possible de configurer le diagramme de rayonnement du système antennaire. 3045957 4 De manière avantageuse, le circuit 3 d'alimentation et les charges 4 sont configurés pour que le niveau de couplage entre chaque élément 1 primaire et au moins un élément 2 secondaire soit supérieur ou égal à -23dB typiquement. Le niveau de couplage a une influence directe sur l'amplitude d'excitation des éléments secondaires, il doit donc être 5 suffisant pour que la contribution des éléments secondaires soit significative. De manière avantageuse, les éléments 1 primaires sont choisis dans le groupe suivant : patchs, dipôles, structure résonantes, cornets. Sur la figure 2 on illustre le principe du système antennaire sur laquelle les différentes ondes correspondantes aux puissances incidentes et réfléchies (ou couplées) 10 dans les ports de chaque élément rayonnant sont notées respectivement ac, aDn, anC+D, et bc, bnc+D, n étant compris entre 1 et N, N étant le nombre total de ports de la structure. Sur cette figure le système antennaire comprend M éléments rayonnants et N ports, un circuit d'alimentation qui comprend un premier circuit d'alimentation auxiliaire qui réalise les excitations E9c et un second circuit d'alimentation auxiliaire qui réalise les excitations EgD. Ce 15 nombre de circuits d'alimentation auxiliaire n'est pas limitatif. Ainsi, sur la figure 2, certains éléments primaires comprennent deux ports d'alimentations Port 1, Port 2. A chacun de ces éléments est associé un diagramme de rayonnement environné, noté (D' On notera qu'ici la notion de diagramme environné est définie pour chaque élément rayonnant à sa position respective dans le réseau, et pas au sens d'un formalisme 20 périodique infini. Au niveau des éléments excités par couplages, des charges d'impédances complexes, idéalement réactive X' sont considérées. Celles-ci sont de préférence sans pertes pour éviter de dissiper les puissances couplées ID, afin qu'elles participent de manière maximale à la synthèse du diagramme de rayonnement global. A chacune de ces charges 25 est associé un coefficient de réflexion F' lié intrinsèquement à l'impédance caractéristique du port connecté. [S] représente la matrice de couplage complète du système et Ecg,' et Zg,n traduisent les caractéristiques du signal incident sur les voies alimentées. L'optimisation de ces charges doit satisfaire au minimum une contrainte sur l'objectif de rayonnement et une contrainte sur l'adaptation. Dans le cas d'une utilisation en double 30 polarisation, un critère supplémentaire peut être introduit, portant sur l'isolation des ports ayant des polarisations croisées. Le même principe s'applique pour des utilisations en multifréquences. Un tel système antennaire permet de réaliser l'orthogonalité des diagrammes t et (1)°, ces diagrammes étant la contribution des diagrammes environnés pondérés par les 35 puissances incidentes. 3045957 5 Dans le mode de réalisation de la figure 2, un élément primaire peut être alimenté sur un port et connecté seulement à une charge sur l'autre de sorte que son comportement est à la fois celui d'un élément primaire et celui d'un élément secondaire. Ceci s'applique également dans le cas de plusieurs ports. 5 Sur l'exemple de la figure 1, le système antennaire comprend des éléments primaires et secondaires identiques disposés selon une grille périodique. Le fait d'alimenter certains éléments et pas d'autres, permet d'obtenir un meilleur rendement rapporté à la surface du réseau par rapport à un réseau lacunaire par exemple. 10 REVENDICATIONS1. Système antennaire comprenant un réseau d'éléments d'antennes (1, 2) comprenant une pluralité d'éléments (1) primaires ; une pluralité d'éléments (2) secondaires ; un circuit (3) d'alimentation configuré pour exciter chaque élément primaire ; une pluralité de charges (4) d'impédances de préférence complexes (jXi), une ou plusieurs charge(s) étant connectée(s) à un élément secondaire, les éléments secondaires étant excités par couplages mutuels avec les éléments (1) primaires, les charges permettant de configurer la contribution des éléments secondaires aux diagrammes de rayonnement orthogonaux dudit système antennaire. 2. Système antennaire selon la revendication 1, dans lequel le réseau d'éléments d'antennes (1, 2) et configuré pour que le niveau de couplage entre chaque élément (1) primaire et au moins un élément (2) secondaire soit supérieur ou égal à un niveau de -23dB. 3. Système antennaire selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le circuit (3) d'alimentation comprend un ou plusieurs circuit(s) d'alimentation auxiliaire(s) (3', 3") indépendants entre eux, chacun associé à un mode de fonctionnement, les modes de fonctionnement étant orthogonaux entre eux, chaque élément primaire pouvant disposer de un ou plusieurs port(s) d'alimentation. 4. Système antenne selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les charges (4) sont réactives, idéalement, ou a minima peu dissipatives. 5. Système antennaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les éléments (1) primaires sont choisis dans le groupe suivant : patchs, dipôles, structure résonantes, cornets. 6. Système antennaire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le réseau d'éléments d'antennes est disposé selon une grille présentant une maille dont le pas est compris entre 0,2 2,, et 3 2,, 2,, étant longueur d'onde associée à une fréquence de fonctionnement du système antennaire.