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Elément rayonnant dlplexant
L'invention se rapporte à un élément rayonnant diplexant.
Un tel élément rayonnant fonctionne simultanément dans deux bandes
de fréquences, qui peuvent en particulier être proches et peuvent
générer dans chaque bande de fréquence deux polarisations orthogonales .
linéaires ou circulaires.
L'intérê-t d'un tel élement est qu'il présente de bonnes
performances de séparation des signaux d'une bande de fréquence par
rapport à l'autre, en particulier lorsque ces bandes sont proches.
Il peut également être utilisé dans tout élément en guide d'onde
nécessitant un fonctionnement à deux fréquences séparées et une
excitation compacte à partir d'une alimentation en ligne TEM (par
exemple : ligne coaxiale, triplaque ou microruban).
Les systèmes de l'art connu, permettant un fonctionnement à deux
fréquences, nécessitent généralement :
. soit un élément rayonnant large bande et un système de filtres
diplexeurs assurant la réjection d'une bande de fréquence sur l'autre ;
. soit la superposition de deux types d'éléments rayonnants
fonctionnant chacun dans sa bande de fréquence. Les couplages entre les
éléments sont d'autant plus faiblés que les ~ones rayonnantes de ces
éléments sont éloignées l'une de l'autre. Il est donc difficile
d'améliorer ceux-ci, sans accroitre les dimensions de l'un des deux
éléments rayonnants.
Dans ce dernier cas, il en résulte une différence entre surfaces
rayonnantes équivalentes, mal adaptées à une antenne à échantillonnage
par exemple.
L'invention a pour objet de pallier ces différents inconvénients.
Elle propose, à cet effet, un élément rayonnant diplexant,
caractérisé en ce qu'il comprend au moins un premier élément rayonnant
dans lequel circulent deux courants électriques rayonnants espacés l'un
de l'autre, et au moins un second élément rayonnant dans lequel
circulent deux courant magnétiques rayonnants espacés l'un de l'autre.
Avantageusement l'élément rayonnant selon l'invention comprend un
premier élément rayonnant ayant la forme d'une bague annulaire
constituée d'un ruban conducteur de forme circulaire, et un élément
rayonnant en forme de fente annulaire constituée d'un conducteur faisant
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plan de masse supérieur, d'un disque conducteur et d'un plan réflecteur
rendant le rayonnement de la fente unidirectionnel ; un premier espaceur
par exemple de nature diélectrique séparant le premier et le second
éléments rayonnants et un second espaceur par exemple de nature
diélectrique séparant le second élément rayonnant de son plan
réflecteur.
Un tel élément rayonnant présente les avantages suivants :
- il est extrêrnement compact ; la polarisation circulaire est ici
directement générée à partir d'une ligne TEM pour les deux bandes de
fréquence sur une longueur inférieure à un quart de longueur d'onde,
- il peut être muni entièrement d'accès arrières longitudinaux, ce
qui permet de coupler ces accès, sans câbles coaxiaux supplémentaires, à
un répartiteur de puissance TEM émission et/ou réception parallèle à la
direction de rayonnement maximum, endroit où peuvent être également
implantés les coupleurs hybrides de mise en quadrature,
- le couplage d'un élément sur l'autre est réduit par le choix des
éléments rayonnants utilisés,
- dans le cas où le dispositif est utilisé pour l'excitation d'un
guide d'onde alimenté en mode fondamental, les surfaces rayonnantes
équivalentes sont identiques dans les deux bandes de fréquences.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront
d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non
limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- les figures 1, 2 et 3 illustrent, schématiquement,
respectivement une vue en coupe longitudinale, une vue en coupe
transversale suivant le plan II-II représenté à la figure 1, et une vue
en coupe transversale suivant le plan III-III d'une réalisa-tion de
l'élément rayonnant diplexant de l'invention.
- les figures 4 et 5 illustrent respectivement une vue en coupe
longitudinale et une vue en coupe transversale d'une autre réalisation
de l'élément rayonnant diplexant de l'invention ;
- les figure 6 et 7 sont des vues explicatives du fonctionnement
de l'élément rayonnant diplexant selon l'invention ;
- les figures 8 et 9 illustrent une coupe longitudinale d'une
variante de réalisation de l'élément rayonnant diplexant selon
l'invention et une vue explica-tive de son fonctionnement ;
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- les figures 10, 11 et 12 illustrent plusieurs variantes de
réalisation de l'élément rayonnant diplexant selon l'invention.
L'élément rayonnant diplexant de l'invention, tel que représenté
aux figures 1, 2 et 3, est constitué par deux éléments rayonnants
résonnants 10 et 11.
Le premier élément rayonnant et résonnant 10 peut être une bague
annulaire ("annular ring" en anglo-saxon), constituée d'un ruban
conducteur de forme circulaire, par exemple. Cet élément, fonctionnant
sur le mode fondamental TM11, la circonférence moyenne du ruban est
alors proche d'une longueur d'onde. Le ruban métallique peut être obtenu
par gravure chimique. Un espaceur de nature diélectrique 12 le sépare
alors des conducteurs métalliques 13 et 14. Ces deux conducteurs 13 et
14 sont concentriques, le premier 13 ayant la forme d'un disque, le
second la forme d'une couronne extérieure au premier. La source
hyperfréquence alimentant l'antenne L0 est connectée à un, deux ou
quatre accès déduits les uns des autres par une rotation de 90 degrés.
La ou les connections peuvent être de nature coaxiale 15 et 16, ou de
type ligne microruban gravée sur le substrat 12 ou toute autre technique
de l'homme de l'art pour alimenter l'antenne 10.
Le second élément rayonnant et résonnant 17 est une fente
annulaire ("annular slot" en anglo-saxon), constitué du conducteur 14
faisant plan de masse supérieur, du disque conducteur 13 et d'un plan
réflecteur 18 rendant le rayonnement de la fente unidirectionnel.
L'espacement entre les conducteurs 13 et 14 forme ladite fente annulaire
17. Les conducteurs 13, 14 et 18 peuvent être obtenus par gravure
chimique sur un substrat disposé dans l'espacement 22, par exemple.
L'alimentation de l'antenne 17 peut être effectuée selon l'état de
l'art, en particulier par des connections coaxiales 19 et 20, ou par
ligne triplaque 21 (ou microruban), comme représenté sur les figures 4
et 5. L'alimentation se faisant alors sans contact.
La circonférence moyenne de la fente 17 est de l'ordre de la
longueur d'onde.
Afin de supprimer une éventuelle différence de potentiel entre les
conducteurs 18 et 14, des liaisons électriques par plots métalliques, ou
vis peuvent être disposées autour de la fente 17.
Dans le cas d'alimentation par ligne coaxiale de l'antenne lO, il
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est nécessaire de prévoir le passage des accès (15, 16 dans le cas de
deux accès) à travers les différentes épaisseurs de substrats ou de
conducteurs (18, 22, 13 et 12). Ces jonctions, tendant à neutraliser le
champ électrique naissant entre les conducteurs 13 et 18, ne perturbent
pas fondamentalement le fonctionnement de la fente 17.
La figure 6 représente les courants 23 rayonnants, de nature
électrique, de l'antenne 10 et la polarisation principale, excitée, du
champ électrique E. Les courants actifs sont disposés de part et d'autre
de l'axe de symétrie (Mode TMl1).
La figure 7 représente les courants rayonnants, de nature
magnétique, de l'antenne 17 et la polarisation principale excitée. Les
courants actifs 24 sont disposés, contrairement au cas précédent, le
long de l'axe de symétrie, pour un champ rayonné de même direction que
précédemment.
De par la nature et la disposition de ces courants rayonnants 23
et 24 des antennes 10 et 17, le couplage entre les deux antennes est
minimal, ce qui constitue un des avantages de l'invention. Les antennes
10 et 17 présentent ainsi des surfaces très voisines, des performances
de rayonnement semblables, tout en présentant un couplage minimum entre
les lignes d'alimentation des deux antennes.
L'adaptation des divers accès à une impédance choisie et
l'élargissement de la bande passante peuvent être obtenus selon les
techniques de l'homme de l'art, par modifications de :
- la largeur du ruban métallique 10 et la largeur de la fente 17 ;
- la hauteur des espaceurs 12 et 22 ;
- la nature dialectrique des espaceurs 12 et 22 ;
~ les caractéristiques électriques des lignes d'alimentation des
antennes 10 et 17.
Dans une autre réalisation de l'invention, on utilise une fente
annulaire et un "patch" circulaire ; L'antenne lO est alors une antenne
résonnante circulaire ("circular disk" en anglo-saxon).
La figure 8 montre alors une coupe d'un tel dispositif. Ce
dispositif facilite le réglage de l'adaptation de l'antenne lO, par
déplacement vers le centre du disque, des sondes 15 et 16.
La figure 9 montre alors les courants rayonnants 25 intervenant
dans une telle antenne 10.
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Dans une autre réalisation de l'invention, on utili.se une fente
annulaire et un di?ôle. L'antenne 10 peut être, en effet,
avantageusement remplacée par un dipôle simple ou croisé, imprimé ou
filaire. L'excitation de cette antenne se fait alors selon les
connaissances de l'homme de llart.
Dans une autre réalisation de l'invention, on effectue la
génération de polarisation circulaire par un accès : Dans le cas où les
bandes de fréquence spécifiées sont suffisamment étroites selon les
performances recherchées, la polarisation circulaire générée par une des
deux, ou les deux antennes peut être obtenue en dissymétrisant la ou les
antenne(s), selon des techniques connues de llhomme de llart (oreilles
ou 'lear'l, évidements ou llnotchesll) comme représenté respectivement aux
figures 10 et 11.
Indépendamment du positionnement de llantenne 17 par rapport à
llantenne 10, le dispositif est alors avantageusement utilisable,
lorsque les sens de polarisation circulaire des ondes électromagnétiques
rayonnées sont identiques. Le couplage entre les deux antennes est alors
minimal.
Quelque soit la réalisation du dispositif décrite précédemment,
celle-ci peut être avantageusement utilisée pour exciter deux ondes à
des fréquences différentes dans un guide d'onde 26 selon la figure 12.
Ce dispositif est particulièrement adapté lorsque les ondes sont
polarisées circulairement et de même sens, la génération de
llellipticité de llonde se faisant par irrégularités sur les antennes ou
alimentations par deux ou quatre accès à llaide des coupleurs 0, 90 ou
0, 90, 180, 270
Il est bien entendu que la présente invention nla été décrite et
représentée qulà titre dlexemple préférentiel et que llon pourra
remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans,
pour autant, sortir du cadre de llinvention.
Ainsi le guide dlonde peut être circulaire, hexagonal, elliptique
ou carré.
Ainsi les antennes lO et 17 peuvent être de forme carrée,
elliptique, rectangulaire : une antenne d'une forme peut être associée à
une antenne d'une autre forme, un type dlalimentation peut être associé
à un autre type dlalimentation.
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Ainsi un élargissement de bande peut être obtenu par empilage
d'éléments rayonnants non alimentés par accroissement de la complexité
du circuit d'adaptation.
Ainsi ce dispositif peut être associé à d'autres dispositifs déjà
existant pour constituer un élément tribande, quadribande etc...
Ainsi une antenne réseau peut être réalisée en regroupant
différents éléments rayonnants tels que décrits précédemment.
