Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention concerne les antennes
composites fonctionnant en ~mission et en réception
simultanees sur deux frequences. Pour séparer le canal
récepteur du canal émetteur dont la puissance est
nettement plus élevée, on utilise generalement un
diplexeur. Il est nécessaire de prévoir un duplexeur
pour chaque élément actif de l'antenne si bien que le
nombre des duplexeurs est égal au nombre d'éléments
actifs.
Les duplexeurs présentent généralement un
volume et un poids supérieurs à ceux de l'élément
radiateur ; de ce fait, l'utilisation de duplexeurs
entraine une augmentation importante du poids et de
l'encombrement, ce qui est particulièrement gênant dans
; 15 le cas d'applications spatiales. C'est pourquoi il est
désirable de réduire le poids et l'encombrement du
duplexeur ou meme de le supprimer.
Une solution consiste à utiliser des
polarisations opposées pour la transmission et la
réception, le polariseur réalisant la séparation
nécessaire , cependant, cette solution n'est
généralement pas àcceptable au niveau du système
complexe.
Une autre solution, qui est décrite dans
l'article de T SHIOKAWA et al dans la revue IECE of
Japan, technical report, AP 86-60, propose
l'utilisation de radiateurs duplexeurs pour obtenir un
~onctionnement en polarisation circulaire. Les
radiateurs qui sont proposés dans ce document
fournissent un isolement de 20 à 30 dB entre l'émission
et la réception et il est actuellement necessaire de
prévoir des filtres passe bande pour compléter la
séparation désiree.
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Dans les deux cas qui viennent d'êkre
décrits, les radlateurs sont composés de deux
radiateurs ~lémentalres, l'un fonctionnant en émission,
et 1'autre fonctionnant en réception, qui sont montés
selon une configuration astucieuse afin d'occuper la
même surface. Dans une première réalisation, le
radiateur est constitué d'une pastille (PATCH) double à
duplexage constituée de deux plaques en matière
diélectrique munies de revêtements métalliques. On
utilise la sélectivité en fréquence entre la pastille
du dessus et la pastille du dessous : cette solution
est intéressante mais elle complique la structure du
radiakeur et au~mente par conséquent, le poids et
l'encombrement.
Llimpédance, les performances de polarisation
croisée et la configuration sont affectées par la
dissymétrie du système d'alimentation. En plus de cela,
il faut revoir fortement la conception pour réaliser
l'assemblage double des pastilles et leur duplexage.
Une autre solution est décrite dans le brevet
français n84 14189 du 17 septembre 1984 ~Publie sous
le n2 570 546) de la demanderesse ; il s'agit d'une
antenne multifilaire hélicoïdale, constituée de brins
de rayonnement indépendants, enroulés en helice autour
d'un même noyau, lesdits brins étant décales
angulairement de manière régulière les uns par rapport
aux autres, au moins deux brins de rayonnement de
ladite antenne étant connectés chacun en continu à un
appareil émetteur ou récepteur distincts.
Cette dernière solution n'est pas sélective
en fréquences et entraîne une perte de gain.
La présente invention a pour objet une
antenne du type précité qui permet d'éviter les
problèmes qui viennent d'être exposés ainsi que de
supprimer les duplexeurs. En outre, l'invention se
propose de traiter les problèmes des produits
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d'intermodulation passive, ce qui peut être un facte~r
décisif poux éviter l'utilisation de deux ensembles
: d'ante~nes separés pour le fonctionnement en
transmission et en r~ception.
L'invention permet également de supprimer la
polarisation axiale croisée et de r~aliser des
configurations de radiation symétrique.
L'invention a pour objet une antenne
composite ~ duplexage du type ~ polarisation
circulaire. Elle est notamment remarquable en ce
qu'elle comprend au moins un couple de radiateurs à
polarisations linéaires orthogonales (verticale et
horizontale), les deux radiateurs d'un même couple
étant alimentés avec un déphasage relatif de 90~, et en
ce que, dans chaque couple de radiateurs, chaque
radiateur reçoit et/ou émet des signaux à deux
frequences différentes présentant des polarisations
orthogonales entre elles, un radiateur travaillant ~
une première fréquence (Fl) en polarisation verticale
et une deuxième fréquence (F2) en polarisation
horizontale, et l'autre radiateur travaillant à la
première fréquence (Fl) en polarisation horizontale et
à la deuxième fréquence (F2) en polarisation verticale.
Depréférence,l'utlisation de radiateurs à polarisation
circulaire, permet une transmission et une réception
simultanées de deux signaux polarisés circulairement et
ayant un mode de polarisation identique à dss
fréquences différentes, et cela sans interférence
mutuelle~
Depréférence,selon un mode de réalisation, une des
fréquences est assignée à la réception et l'autre
frequence est assign~e ~ l'émission.
De préférence, selon un autre mode de réalisation de
l'invention, l'antenne travaille soit en émission, soit
en réception sur les deux fréquences.
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De préférence, selon un mode de réalisation de
l'lnvention, l'antenne composite comporte deux couples de
radiateurs.
De préference, selon une autre caractéristique de
l'invention, on utilise des répartiteurs de puissance
d'alimentation, constitués par des coupleurs hybrides a
3 dB ; ceci permet d'obtenir deux polarisations
circulaires par fréquence.
De préference, on utilise des répartiteurs
de puissance non compensés dans la zone de bord de
l'antenne-réseau.
De préférence, selon un mode de réalisati~n pratique de
l'invention, les radiateurs sont constitués par des
pastilles en circuit imprimé en forme de microbande, et
les lignes d'alimentation sont situées dans le même
plan que les radiateurs : avantageusement, les lignes
d'alimentation sont imprimées sur le même substrat que
les pastilles.
De préférence, on peut également prévoir que les
lignes d'alimentation de chaque fréquence sont situées
à des niveaux différents ce qui limite la possibilité
de couplage éventuel d'intermodulation d'une bande sur
l'autre.
D'autres caract~ristiques et avantages de
l'invention ressortiront de la description qui suit, en
se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels :
- la figure 1 représents un couple de
radiateurs fournissant une polarisation circulaire,
- la figure 2 représente deux couples de
radiateurs disposés et alimentés pour fournir une
polarisation circulaire,
- la figure 3 est un schéma plus détaillé de
l'antenne de la figure 1, et
- la figure 4 est un schema plus détaillé de
l'antenne de la figure 2.
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La présente invention est basée sur
l'utilisation d'antennes composites ou antennes-réseaux
qui comportent au moins un couple d'éléments radiateurs
à polarisations linéaires orthogonales, ces deux
radiateurs étant disposés l'un par rapport à l'autre et
alimentés de manière à realiser une polarisation
circulaire ; l'alimentation des deux radiateurs en
couple étant faite simplement sous un dephasage mutuel
de 90, il est possible de travailler en émission et
réception simultanées sans avoir à utiliser de
duplexeurs.
La possibilité d'obtenir une polarisation
circulaire en utilisant des éléments radiateurs à
polarisation linéaire a été décrite dans l'article JOHN
HUANG "A Technique for an array to Generate Circular
Polarization with Linearly Polarized Elements" publié
dans la revue "IEEE Transactions on Antennas and
Propagation", volume AP-34, n9 de Sept. 1986. Les
figures 1 à 4 illustrent de telles antennes à
polarisations circulaires.
La figure 1 représente une premiere antenne-
réseau comportant un seul couple d'éléments rayonnants
dont les modes de polarisation sont coplanaires et
orthogonaux. Ces deux ~léments, qui peuvent être
constitués par des pastilles en circuit imprime 1 et 2,
de forme rectangulaire, sont disposés
perpendiculairement l'un a l'autre et aliment~s avec un
d~phasage de 90, un premier élément 1 étant alimenté
sans déphasage et un deuxième élément 2 étant alimenté
avec un déphasage de 90'.
Sur la ~igure 2, on a représenté un ensemble
de deux couples d'éléments à radiateurs à polarisations
orthogonales ; les éléments ou pastilles 5 et 6 a
polarisation verticale sont combinés avec des pastilles
3 et 4 à polarisation horizontale. L'excitation des
éléments à polarisation horizontale 3 et 4 pr~sente un
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.
~ .
déphasage de 90 par rapport à l'excitation des
~léments à polarisation verticale 5 et 6. On peut
obtenir une polarisation circulaire droite ou gauche en
fonction de l'orientation et de la phase de
l'excitation.
L'invention propose d'utiliser ce type
d'alimentation engendrant une polarisation circulaire
avec une sélection des fré~uences des deux éléments
radiateurs d'un même couple. La figure 3 représente
sch~matiquement le circuit d'alimentation d'une telle
antenne constituée par un seul couple de deux éléments
7 et 8 à polarisations linéaires orthogonales. Chaque
elément radiateur du couple représenté reçoit et/ou
émet deux frequences Fl et F2 suivant des modes
d'excitation linéaire orthogonaux ; ainsi, l'élement
radiateur 7 est alimenté à une fréquence Fl pour
laquelle il rayonne en polarisation lineaire verticale
et à une fréquence F2 pour laquelle il rayonne en
polarisation linéaire horizontale. Le deuxième elément
radiateur du couple 8 est alimenté de manière inverse,
c'est-à-dire qu'il reçoit ou émet la fréquence Fl et
rayonne en polarisation linéaire horizontale et la
fréquence fréquence F2 en rayonnant en polarisation
linéaire verticale. En d'autres termes, chaque ~lément
radiateur supporte deux modes de polarisation linéaire
orthogonaux sous deux fréquences diff~rentes.
Le déphasage de l'alimentation pour chaque
fréquence est réalisé au moyen de diviseurs ou
répartiteurs tels que des répartiteurs hybrides de
puissance à 3 dB Dl et D2 ; on peut également utiliser
d'autres répartiteurs ou diviseurs de puissance tels
que des diviseurs en T avec des longueurs de ligne
d'alimentation différentes, pour créer le déphasage.
L'alimentation des pastilles 7 et 8 aux
fréquences Fl et F2 est telle que l'ensemble des deux
pastilles crée une polarisation circulaire gauche ou
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droite selon la répaxtition des fréquences sur chacune
des pastilles.
Il est nécessaire que les éléments radiateurs
de chaque couple soient adaptés en impédance sur les
deux fréquences dans leur deux directions orthogonales,
de manière à éviter une réduction du gain. Les
fréquences de résonance sont déterminées par un choix
approprié des dimensions Ll et L2 de la pastille
constituant l'élément radiateur.
Pour réaliser les élements radiateurs à
polarisation linéaire, on peut utiliser tous types de
radiateurs appropriés, tels que des dipôles croisés
imprimés, des fentes, des radiateurs en cornets, etc, à
la place des pastilles microbandes représentées sur les
figures.
on peut également, dans le cas de pastilles,
utiliser des pastilles imprimées à deux couches. Dans
ce cas, l'espace entre les élements est plus serrée
qu'avec des pastilles à double excitation en
polarisation circulaire pour lesquelles, il y a plus de
couplage mutuel.
Les r~seaux d'alimentation peuvent être dans
le même plan que les éléments : ils sont imprimes sur
le même substrat dans le cas d'éléments réalisés sous
forme de circuits imprimés. On peut également pr~voir,
tou~ours dans le cadre d'éléments plats, que les
différents lignes d'alimentation soient à des niveau
différents. En particulier, on peut disposer les
réseaux d'alimentation correspondant aux deux
fréquences sur deux niveau séparés, ce qui limite les
possibilités de couplage d'une quelcon~ue inter
modulation ou les signaux erratiques d'une bande vers
l'autre.
L'antenne repr~sentée à la figure 3, qui
comporte un seul couple d'éléments, peut être utilisée
soit en émission-réception simultanées, une fréquence
131ql90
étant réservée ~ mission et une ~requence à la
réception, soit en ~mission ou en r~ception sur les
deux fréquences.
Dans le cas d'une antenne composite
comportant un seul couple d'él~ments radiateurs, c'est-
à-dire dans le cas de la figure 3, on peut polariser
d'une manière parfaitement circulaire la radiation dans
la ligne de vis~e mais les con~igurations de radiation
ne seront pas symétriques.
on peut également utiliser une antenne réseau
comportant deux couples d'éléments radiateurs comme
représente sur la ~igure 4. Dans ce cas, les
configurations de radiation seront symétriques du fait
de la symétrie de la configuration elle-meme et une
telle antenne à deux couples d'éléments est donc
preférable.
Si Ia répartition de la puissance est
réalisée au moyen de diviseurs en T, on ne pourra
disposer que d'une ~réquence par polarisation
circulaire ; par contre, si l'on utilise des
coupleurs hybrides ~ 3 dB, on pourra engendrer deux
polarisations circulaires par frequence si cela s'avère
nécessaire.
Le mode de réalisation représenté à la figure
4 permet d'obtenir toutes les lignes d'alimentation sur
le même niveau ; elles peuvent être réalisées sous
forme de circuits imprimés en meme temps que les
éléments radiateurs ; elles peuvent être également
réalisées sous forme de microbandes (microstrip), en
forme de lignes (stripline) ou sous forme d'axes
rectangulaires (squareaxe) fixés en dessous du plan de
base.
on voit que l'invention permet de réaliser
une antenne qui est très simple par rapport aux
antennes complexes de duplexage de llart antérieur. Par
ailleurs, la méthode d'alimentation est compatible avec
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n~importe quel type de radiateur double ~ polarisation
linéaire.
Une des raisons de la simplicité de l'antenne
selon l'invention esk qu'il n'y a pas besoin de
modifier la conception de l'~lément radiateur.
L'optimisation des performances du radiateur,
en particulier en ce qui concerne la polarisation
croisée et la réduction du couplage mutuel, améliore
également la symétrie de configuration de la radiation.
Les prcduits d'intermodulation passive
engendrés dans le circuit émetteur sont isolés du canal
recepteur, ce qui n'est pas le cas des antennes réseaux
classiques dans lesquelles les canaux d'émission et de
réception utilisent le même réseau d'alimentation en
amont du duplexeur. Ceci doit être un facteur decisi~
pour éviter d'avoir à utiliser deux antennes réseaux
separées pour le fonctionnement n émetteur-recepteur.
La méthode d'alimentation d'un réseau de
duplexage selon l'invention comprend les réseaux de la
bande F et permet l'application à des réseaux et à des
sources des satellites relais de transmission de
données, le réseau actif ARAMIS, les radiateurs LOCSTAR
etc... (European Data Relay Satellite).
La description ci-dessus n'a ét~ fournie qu'à
titre d'exemple nullement limitatif et il est evident
que l'on peut y apporter des modifications ou variantes
sans sortir du cadre de la présente invention.
En particulier, l'invention s'applique aux
antennes réseaux comportant un nombre quelconque de
couples d'éléments radiateurs à polarisation lineaire
pourvu que leur orientation et leur déphasage soient
appropriés. Par ailleurs, comme indiqué plus haut,
l~invention s'applique à tout type d'éléments
radiateurs polarisés linéairement ou même
elliptiquement.
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Il peut être n~cessaire de réaliser une
répartition non compensée au moyen d'un diviseur en T
ou de diviseurs hybrides, en particulier dans la région
de bord d'un r~seau dans lequel les conditions de
couplage mutuel ne seraient pa~ symétriques et
pourraient induire une polarisation croisés avec un
système équilibré.
