Brevet FR3131467A1 — publié le 20230630

L’invention concerne un réseau d’antennes directif, une antenne radiofréquence comprenant un ou plusieurs réseaux directifs, directive selon une ou deux dimensions, un procédé de pointage de l’antenne radiofréquence, et le produit programme d’ordinateur associé. Le réseau d’antennes directif selon l’invention comprend : un guide d’ondes rectangulaire (101) s’étendant le long d’un axe longitudinal (Oy), et comprenant : une partie fixe avec deux faces latérales et une face supérieure, et une pièce de fond; une pluralité d’éléments rayonnants (102) disposés sur la partie fixe du guide d’ondes. La pièce de fond du guide d’ondes rectangulaire est mobile en translation selon une direction de déplacement (Oz) parallèle aux faces latérales, la distance maximum entre la pièce de fond et la face supérieure étant inférieure à la distance entre les faces latérales. Figure pour l’abrégé : Fig. 1a Antenne RF directive passive à balayage en une ou deux dimensions L’invention se situe dans le domaine des antennes, et plus particulièrement des antennes directives. Elle s’applique en particulier pour les antennes fonctionnant dans la bande de fréquences HF (Hyper Fréquences), s’étalant dans la bande 300 MHz à 300 GHz, mais peut s’appliquer à n’importe quelle bande de fréquence pour laquelle les ondes électromagnétiques peuvent être transmises par des guides d’ondes. Afin de maximiser le bilan de liaison des communications radiofréquence, ou pour rendre une liaison plus sélective dans l’espace, il est d’usage d’utiliser des antennes directives, qui permettent d’orienter précisément l’antenne ou son maximum de rayonnement dans la direction souhaitée, et ce bien souvent sans bouger l’antenne. Pour cela, la solution la plus commune consiste à utiliser des antennes à balayage électronique passives (en anglais le terme de Passive Electronic Scanned Array , PESA) ou actives (en anglais Active Electronic Scanned Array , AESA), qui permettent de diriger le faisceau de rayonnement de l’antenne sans intervention mécanique. Ces solutions sont cependant complexes à implémenter, tant en hardware qu’en software. En effet, le principe est d’utiliser un élément déphaseur par antenne unitaire du réseau, d’où rapidement des milliers de déphaseurs à piloter simultanément. Ces antennes sont donc complexes à implémenter et couteuses. Une autre famille d’antennes à balayage rassemble les dispositifs « quasi-optiques », basés sur de la transmission (lentille) ou de la réflexion (miroir), dont on fait varier la position de la source pour diriger le faisceau de l’antenne. Cependant, ces dispositifs sont le plus souvent encombrants (lentilles, miroirs ou assimilés) et peu efficaces. D’autres types de dispositifs sont connus, comme par exemple le dispositif VICTS (en anglais Variable Inclinaison Continuous Transverse Stub ) décrit dans le brevet US 9.413.073 B2. Il utilise la rotation de deux plateaux superposés jouant chacun le rôle de «prisme » déviant le faisceau en azimut et en élévation. Cependant, bien que l’épaisseur de lentille de ce dispositif soit réduite par rapport aux dispositifs quasi-optiques, il demeure encombrant. En outre, les dispositifs VICTS basés sur la rotation ne permettent d’adresser que des antennes circulaires. De manière générale, les dispositifs basés sur la rotation n’adressent que des antennes circulaires, tandis que les dispositifs non basés sur la rotation demandent en général un déplacement important de la source radiofréquence (RF) vis-à-vis du système focalisant (miroir, lentille), d’où des problématiques de jonctions, pertes, etc. Sont également connues de l’art antérieur les antennes de type guides à fente (en anglais slot array ), comprenant un guide d’ondes sur lequel sont disposés une pluralité d’éléments rayonnants, généralement des fentes. L’onde se propageant dans le guide est émis par chacun des guides, avec un déphasage qui est fonction de l’écartement entre les éléments rayonnants. Le faisceau d’une telle antenne peut être dirigé en modifiant la longueur d’onde du signal se propageant dans le guide. Cependant, une telle modification est difficile nécessite l’implémentation d’une chaîne radio finement ajustable, ce qui s’avère également complexe et couteux. Un objet de l’invention est donc de proposer un système antennaire peu complexe permettant de commander un réseau de N antennes phasées sans avoir recours à N déphaseurs « électroniques » (c’est-à-dire alimentés électriquement et pilotés indépendamment), et sans avoir recours à des systèmes optiques ou quasi-optiques. A cet effet, la présente invention décrit un réseau d’antennes directif comprenant : un guide d’ondes rectangulaire avec deux accès, le guide s’étendant le long d’un axe longitudinal Oy, ledit guide d’ondes rectangulaire comprenant : une partie fixe avec deux faces latérales en regard l’une de l’autre et une face supérieure joignant de manière orthogonale les deux faces latérales, et une pièce de fond disposée entre les deux faces latérales ; une pluralité d’éléments rayonnants disposés régulièrement selon ledit axe longitudinal sur la partie fixe du guide d’ondes. Dans le réseau d’antennes directif selon l’invention, la pièce de fond du guide d’ondes rectangulaire est mobile en translation selon une direction de déplacement Oz parallèle aux faces latérales, la distance maximum entre la pièce de fond et la face supérieure étant inférieure à la distance entre les faces latérales. Dans un mode de réalisation de l’invention, la pièce de fond comprend une âme s’étendant selon l’axe longitudinal Oy et selon la direction de déplacement Oz. Elle comprend en outre au moins une première rangée de barres s’étendant respectivement depuis l’âme selon une direction Ox perpendiculaire à l’axe longitudinal Oy et à la direction de déplacement de la pièce de fond Oz. L’invention porte également sur une antenne radiofréquence directive comprenant : N réseaux d’antennes directifs selon l’invention, avec N supérieur ou égal à 1, des moyens d’ajustement de la position de la pièce de fond des N réseaux d’antennes directifs, configurés pour ajuster la position de la pièce de fond des N guides d’ondes en fonction d’une direction de faisceau antennaire recherchée. Dans un mode de réalisation, l’antenne radiofréquence directive selon l’invention comprend N réseaux d’antennes directifs identiques disposés selon des directions parallèles et alignés. L’ajustement de la position de la pièce de fond des guides d’ondes des N réseaux d’antennes permet d’orienter le faisceau de l’antenne dans un plan Oyz comprenant ledit axe longitudinal Oy et un axe Oz perpendiculaire à l’axe longitudinal et parallèle aux faces latérales du ou des guide d’ondes du réseau d’antennes directif. Dans un autre mode de réalisation de l’antenne radiofréquence directive selon l’invention, où N est supérieur ou égal à trois, elle comprend N-1 réseaux d’antennes directifs identiques et disposés selon des directions parallèles et alignés, et un réseau d’antennes directif distinct configuré de sorte que ses éléments rayonnants rayonnent dans des accès desdits N-1 réseaux d’antennes directifs. Avantageusement : l’écart entre la face supérieure et la pièce de fond des guides d’ondes des N -1 réseaux d’antennes directifs est le même pour chacun de ces guides d’ondes, et l’ajustement de la position des pièces de fond des guides d’ondes des N -1 réseaux d’antennes directifs permet d’orienter le faisceau de l’antenne dans un plan Oyz comprenant un axe Oy parallèle à l’axe longitudinal des N-1 réseaux d’antennes directifs, et un axe Oz perpendiculaire à ces axes longitudinaux et parallèle aux faces latérales des guides d’ondes des N-1 réseaux d’antennes directifs ; la position de la pièce de fond du guide d’ondes du réseau d’antennes directif distinct permet d’orienter le faisceau de l’antenne dans un plan Oxz orthogonal à l’axe longitudinal Oy des N-1 réseaux d’antennes directifs. L’invention porte également sur un procédé de configuration de la direction de pointage d’une antenne radiofréquence directive, ladite antenne radiofréquence comprenant : N réseaux d’antennes directifs selon l’invention, avec N supérieur ou égal à 1, des moyens d’ajustement de la position de la pièce de fond des N réseaux d’antennes directifs configurés pour ajuster la position de la pièce de fond des N guides d’ondes en fonction d’une direction de faisceau antennaire recherchée. Le procédé comprend : une étape de calcul de la position des pièces de fond des guides d’ondes du ou des réseaux d’antennes directifs de l’antenne radiofréquence directive, et une étape de modification de la position des pièces de fond des guides d’ondes du ou des réseaux d’antennes directifs comme calculé lors de la première étape. Enfin, l’invention porte sur un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon l’invention lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre non limitatif, et grâce aux figures annexées, données à titre d’exemple. La représente un premier mode de réalisation d’un réseau d’antennes directif passif selon l’invention ; La est une représentation de l’intérieur du réseau d’antennes de la ; La illustre schématiquement le fonctionnement du réseau d’antennes, pour une longueur d’ondes donnée ; La illustre schématiquement le fonctionnement du même réseau d’antennes qu’a la , pour une autre longueur d’ondes ; La représente le diagramme de rayonnement obtenu par un réseau d’antennes directif selon un mode de réalisation de l’invention, pour un déphasage donné ; La représente le diagramme de rayonnement obtenu par le même réseau d’antennes directif qu’à la , pour un autre déphasage ; La représente un guide d’ondes électromagnétique permettant de mettre en œuvre l’invention ; La représente un mode de réalisation d’une antenne RF directive 2D selon l’invention ; La représente est une représentation de l’intérieur de l’antenne RF directive 2D de la ; La représente le diagramme de rayonnement obtenu par une antenne RF directive 2D selon un mode de réalisation de l’invention, pour un déphasage donné ; La représente le diagramme de rayonnement obtenu par la même antenne RF directive 2D qu’à la , pour un autre déphasage ; La décrit schématiquement les étapes d’un procédé de configuration de la direction de pointage d’une antenne radiofréquence directive mise en œuvre à partir des réseaux d’antennes selon l’invention. Des références identiques sont utilisées dans des figures différentes lorsqu’elles désignent des éléments identiques ou comparables. Réseau d’antennes directif comprenant : un guide d’ondes rectangulaire (101) avec deux accès (103, 104), le guide s’étendant le long d’un axe longitudinal (Oy), ledit guide d’ondes rectangulaire comprenant : une partie fixe avec deux faces latérales (402, 403) en regard l’une de l’autre et une face supérieure (401) joignant de manière orthogonale les deux faces latérales, et une pièce de fond (404) disposée entre les deux faces latérales ; une pluralité d’éléments rayonnants (102) disposés régulièrement selon ledit axe longitudinal sur la partie fixe du guide d’ondes, le réseau d’antennes directif étant caractérisé en ce que la pièce de fond du guide d’ondes rectangulaire est mobile en translation selon une direction de déplacement (Oz) parallèle aux faces latérales, la distance maximum (H) entre la pièce de fond et la face supérieure étant inférieure à la distance (L) entre les faces latérales. Réseau d’antennes directif selon la revendication 1, dans lequel la pièce de fond comprend une âme (405) s’étendant selon l’axe longitudinal (Oy) et selon la direction de déplacement (Oz), la pièce de fond comprenant en outre au moins une première rangée de barres (406, 407) s’étendant respectivement depuis l’âme selon une direction (Ox) perpendiculaire à l’axe longitudinal (Oy) et à la direction de déplacement de la pièce de fond (Oz). Antenne radiofréquence directive comprenant : N réseaux d’antennes directifs selon l’une des revendications 1 et 2, avec N supérieur ou égal à 1, des moyens d’ajustement de la position de la pièce de fond des N réseaux d’antennes directifs, configurés pour ajuster la position de la pièce de fond des N guides d’ondes en fonction d’une direction de faisceau antennaire recherchée. Antenne radiofréquence directive selon la revendication précédente, comprenant N réseaux d’antennes directifs identiques disposés selon des directions parallèles et alignés, où l’ajustement de la position de la pièce de fond (404) des guides d’ondes des N réseaux d’antennes permet d’orienter le faisceau de l’antenne dans un plan (Oyz) comprenant ledit axe longitudinal (Oy) et un axe (Oz) perpendiculaire à l’axe longitudinal et parallèle aux faces latérales (402, 403) du ou des guide d’ondes du réseau d’antennes directif. Antenne radiofréquence directive selon la revendication 3, avec N supérieur ou égal à trois, comprenant N-1 réseaux d’antennes directifs identiques et disposés selon des directions parallèles et alignés, et un réseau d’antennes directif distinct configuré de sorte que ses éléments rayonnants rayonnent dans des accès desdits N-1 réseaux d’antennes directifs. Antenne radiofréquence directive selon la revendication précédente, où : l’écart (H) entre la face supérieure (401) et la pièce de fond (404) des guides d’ondes des N -1 réseaux d’antennes directifs (502 à 50N) est le même pour chacun de ces guides d’ondes, et où l’ajustement de la position des pièces de fond des guides d’ondes des N -1 réseaux d’antennes directifs permet d’orienter le faisceau de l’antenne dans un plan (Oyz) comprenant un axe (Oy) parallèle à l’axe longitudinal des N-1 réseaux d’antennes directifs, et un axe (Oz) perpendiculaire à ces axes longitudinaux et parallèle aux faces latérales (402, 403) des guides d’ondes des N-1 réseaux d’antennes directifs ; la position de la pièce de fond du guide d’ondes du réseau d’antennes directif distinct (501) permet d’orienter le faisceau de l’antenne dans un plan (Oxz) orthogonal à l’axe longitudinal (Oy) des N-1 réseaux d’antennes directifs. Procédé de configuration de la direction de pointage d’une antenne radiofréquence directive, ladite antenne radiofréquence comprenant : N réseaux d’antennes directifs (100, 502 à 50N) selon l’une des revendications 1 et 2, avec N supérieur ou égal à 1, des moyens d’ajustement de la position de la pièce de fond des N réseaux d’antennes directifs configurés pour ajuster la position de la pièce de fond des N guides d’ondes en fonction d’une direction de faisceau antennaire recherchée, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend : une étape (701) de calcul de la position des pièces de fond (404) des guides d’ondes du ou des réseaux d’antennes directifs de l’antenne radiofréquence directive, et une étape (702) de modification de la position des pièces de fond des guides d’ondes du ou des réseaux d’antennes directifs comme calculé lors de la première étape (701). Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon la revendication précédente lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.