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ANTENNE-RESEAU POUR ONDES HYPERFREQUENCES
La presente invention se rapporte à une antenne-réseau
pour ondes hyperfréquences, ce réseau étant par exemple, mais
non limitativement, un réseau linéaire destiné à être placé selon la
ligne focale d 'un réflecteur cylindro-parabolique.
Les antennes-réseau sont conçues en vue de 1 'obtention de
diagrammes adaptatifs à partir d ' une kyrielle de sources
élémentaires telles que : cornets, hélices, dipôles, "patchs "
( petits motifs conducteurs ou "pavés" , par exemple de forme
rectangulaire, et gravés sur un substrat ), etc . . .
En associant à chacune de ces sources élémentaires un
déphaseur commandable, ou réalise une antenne à balayage
- électronique dont le faisceau peut "dépointer" ( c ' est à dire
1 5 balayer) très rapidement.
L ' antenne réseau la plus simple est 1 ' antenne réseau
lineaire classique qui comporte, sur une même ligne, un plus ou
moins grand nombre de sources élémentaires identiques et espacées
d ' un pas régulier, le pas étant la distance du centre d ' une source
2 0 a celui de la source adjacente.
En réalisant un réseau de façon simulaire, mais selon deux
dimensions orthogonales au lieu d 'une seule, on obtient un "réseau
plan", souvent de contour rectangulaire, éventuellement avec des
coins tronqués.
2 S De manière semblable, et à condition d'adopter une maille
hexagonale, on peut réaliser un réseau de révolution dans un plan.
L ' inconvénient de toutes ces antennes-réseau à pas régulier
réside dans le fait que, pour une antenne de grandes dimensions,
le nombre de sources élémentaires à prévoir peut devenir très
3 0 élévé, de sorte que ce genre d'antenne est souvent d'un prix de
revient prohibitif.
Pour diminuer le nombre de sources élémentaires, certains
auteurs ont pensé à la création de réseaux dits" raréfiés" ou
"lacunaires", par suppression de certaines sources soit de façon
3 5 aléatoire, soit selon une loi déterministe établie mathématiquement
en fonction de la théorie des antennes, le nombre de,~ sources
,~
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enlevé augmentant vers les bords de 1 ' antenne-réseau. Dans toutes
ces formes de réalisation, les sources élémentaires constitutives du
réseau restent identiques entre elles.
Cette raréfaction permet de diminuer le nombre de sources
élémentaires sans détériorer la forme du lobe principal ni faire
apparaitre dans le diagramme de rayonnement de 1 ' antenne des
"lobes de réseau", c'est à dire des pics dans des directions non
désirées Elle entraine malheureusement une importante baisse du
gain de 1 ' antenne, qui chute de 10 log R, R désignant la
1 0 proportion de sources restantes : si l ' on enlève la moitié des
sources élémentaires, on perd 3dB sur le gain total de 1 ' antenne .
Dans de nombreuses applications, une telle perte de gain
est prohibitive:
pour une antenne d ' émission de télécommunications, il faudrait,
pour garder le même bilan de liaison, doubler la puissance émise,
ce qui est rarement possible;
pour une antenne radar, pour laquelle le gain intervient a la
fois en émission et en réception, il faudrait alors quadrupler cette
puissance émise
2 0 L 'invention vise à remédier à ces inconvénients~ Elle se
rapporte à cet effet à une antenne reseau composée d ' une kyrielle
de sources élémentaires analogues, ce réseau se caracterisant par
le fait que ces sources élémentaires sont d ' une largeur qui
globalement va en augmentant progressivement du centre du réseau
2 5 vers ses extrémités, et sont disposées les unes par rapport aux
autres de façon qu ' il n ' y ait pratiquement pas de creation de
trous d ' illumination dans ce réseau .
Préférentiellement, cet élargissement progressif des
dimensions des sources suit une loi de variation en progression
3 0 géométrique
De toute façon, 1 ' invention sera bien comprise, et ses
avantages et autres caractbristiques ressortiront, lors de la
description suivante de quelques exemples non-limitatifs de
réalisation, en référence au dessin schématique annexe dans lequel:
3 5 . Figure 1 est une vue de face de la partie centrale d'un réseau
linéaire conforme à 1 ' invention et composé d 'une kyrielle de
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cornets, ce réseau étant par exemple destiné à etre placé selon la
ligne focale d ' un réflecteur cylindro-parabolique;
Figure 2 est un schéma synoptique du circuit d ' émission-
réception à balayage électronique de faisceau qui peut etre associé
au réseau selon la figure 1;
Figure 3 est une vue en plan simplifiée d 'une réalisation
semblable à celle selon Figure 1, mais réalisée à 1 ' aide de pavés
résonnants ou "patchs"; et
. Figure 4 est une variante de la réalisation selon Figure 3.
En se reportant aux figures 1 et 2 , il s ' agit d ' un réseau
linéaire 1 composé d ' une kyrielle de cornets rayonnants adjacents,
dont un cornet central Co encadré de part et d ' autre par deux
séries, identiques et symétriques par rapport à 1 ' axe central 2 du
cornet Co et donc du réseau 1, de cornets:
. une première série de cornets Cld , C2d , C3d , . . . , à droite ( sur le
dessin) de ce cornet central Co; et
. une deuxième série de cornets Clg,C2g,C3g,..., à gauche de ce
cornet central Co.
Afin qu'il n'y ait pas de trous d'illumination dans le
2 0 diagramme de rayonnement de ce réseau 1 il n'est pratiquement
pas prévu d ' espace effectif de séparation entre deux cornets
ad jacents, ceux-ci étant de ce fait séparés 1 ' un de 1 ' autre par une
paroi commune, telle que la paroi référencée 3 sur le dessin et
réalisant la jonction entre le cornet Co et le cornet Cld.
2 5 Par ailleurs, ces cornets ne sont pas identiques, et leurs
largeur 1, et par la suite le pas p qui sépare les axes respectifs
de deux cornets adjacents, croit progressivement, de part et
d ' autre du cornet central Co et de même facon à droite comme à
gauche de ce dernier, au fur et à mesure que 1 'on s 'éloigne de ce
3 0 cornet central Co en direction des extrémités, droite et gauche
respectivement, de ce réseau 1.
La loi de variation en largeur des cornets est
préférentiellement une loi en progression géométrique, par exemple
de la forme:
3 5 ln = lo (1 + k)n-1
où k est un facteur d ' accroissement constant, par exemple égal à
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0,1 , lo la largeur du cornet central Co, et ln la largeur du
cornet de rang n, Cnd ou Cng.
Bien entendu, en particulier dans le cas de l'antenne
réseau 1 représentée où toutes les sources se touchent, le pas pn
est défini à partir du pas po par la meme relation.
Le réseau d'antenne selon Figure 1 peut, à titre
d'exemple, etre prévu pour etre placé selon la ligne focale d'un
reflecteur classique cylindro-parabollique (non-représenté), afin de
faire balayer par une telle antenne un lobe fin dans le plan
1 0 déterminé par le réseau et la ligne des sommets des sections
paraboliques.
Le schéma synoptique du bloc électronique associé au
réseau 1 est représenté en Figure 2
Ce schéma est à priori de structure assez classique. Il
1 5 comporte un émetteur-récepteur hyperfréquences (4) qui est couplé,
via une liaison bi-directionnelle 5, à un répartiteur 6 ayant pour
role d'effectuer une distribution uniforme de l'énergie émise, ou
reçue, sur ses différentes voies de sortie, ou d'entrée,
référencées Vo,Vld, Vlg,V2d,V2g,V3d,V3g,..., et alimentant
2 0 respectivement les cornets Co,Cld,Clg,C2d,C2g,C3d,C3g,...
Sur chacune desdites voies, on trouve successivement :
. un déphaseur respectif Do...,D3d,D3g,..., recevant sur sa borne
de commande Bo,...,B3d,B3g,..., un signal de commande de
déphasage provenant d'un pointeur lui-meme piloté par un
2 S calculateur central (non représentés), ce dernier élaborant
classiquement la loi de phase en fonction du pointage souhaité;
puis, entre ce déphaseur et le cornet associé, un amplificateur
de puissance hyper-fréquences, respectivement HPAo,
HPA3d,HPA3g,
3 Dans les réseaux réguliers de l'art antérieur, il était
nécessaire de prévoir, en aval des cornets ou autres sources
élémentaires, des amplificateurs hyperfréquences dont le gain était
décroissant au fur et à mesure que l'on s'écartait du cornet
central, car le diagramme de rayonnement souhaité pour ce genre
3 5 d'antenne nécessite que la densité de puissance émise diminue
progressivement au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre
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du réseau.
Avec le réseau conforme à 1 ' invention, cette condition de
variation de puissance est réalisee par construction, puisque le
pas du réseau s ' agrandit progressivement au fur et à mesure que
l'on s'éloigne du cornet central Co.
En conséquence, il n ' est plus besoin d ' avoir des
amplificateurs de puissance HPAo, . . ., HPA3d, HPA3g, . . ., dont le
- gain varie de 1 ' un à 1 ' autre, et ces amplificateurs sont, selon une
caractéristique avantageuse de 1 ' invention, tous identiques et de
même puissance.
Cette puissance correspond très avantageusement à la
puissance maximale et optimale pour laquelle ces amplificateurs
sont calculés. La puissance totale est donc maximisée, et le
rendement énergétique est optimisé du fait que chaque
amplificateur fonctionne au rendement maximal pour lequel il est
construit .
Le cornet central Co a la même largeur, par exemple 2 cm
environ, que celui d ' un réseau régulier de 1 ' art antérieur .
Avantageusement, afin de ne pas trop augmenter le nombre
2 0 de types de cornets, l'accroissement progressif de leur largeur
sera effectué par groupes de cornets. Par exemple, cinq cornets
successifs, à droite comme à gauche, auront à chaque fois la même
largeur, les cinq suivants étant tous identiques et un peu plus
larges, etc
2 5 La demanderesse a pu ainsi diviser par deux le nombre
de cornets nécessaire pour un réseau linéaire de près de 6 mètres
devant balayer un faisceau allongé d ' environ 6 degrés de part et
d 'autre de sa normale. Pour une qualité comparable du diagramme
de rayonnement, la baisse de gain n' a été que de 1 'ordre de O, 35
3 0 à 0,4 dB.
Un exemple de réalisation d ' un réseau d ' antenne du même
type, mais constitué à base de pavés résonnants, ou "patchs", est
représenté très schématiquement en Figure 3, où les dénominations
CO, Cld, Clg, C2d, C2g, . . ., pour les sources élémentaires ont été
3 5 respectivement remplacées par Po,Pld,Plg,P2g,P2g,... , désignant
les patchs de remplacement des cornets précédents.
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Chacun de ces patchs est relié à son bloc amplificateur et
déphaseur correspondant par une ligne respective Lo, Lld, Llg,
L2d, L2g,...
Conformément à 1 ' invention, les dimensions, c ' est à dire
en fait les largeurs non-résonnantes lo,lld,llg,l2d,12g,.. , de ces
patchs, augmentent progressivement du centre Po du réseau vers
ses deux extrémités, selon par exemple la loi géométrique
précédement définie, et donc telle que:
ln/ln_1 = l+k
Par ailleurs, de façon que, toujours conformément à
1 ' invention, il n' y ait aucun trou d ' illumination dans ce réseau,
tous les patchs sont séparés l'un de l'autre d'une meme distance
d entre bords ad jacents qui est égale à la demi-longueur d ' ondes
guidée, cette condition étant, comme il est bien connu dans cette
technique, la condition nécessaire pour éviter de tels trous
d ' illumination,
Enfin la figure 4 montre une variante plus économique du
réseau selon figure 3, où 1 ' on utilise des patchs tous identiques
au patch central Po, mais groupés, par branchements électriques,
2 0 selon plusieurs patchs successifs pour chaque groupe, le nombre
de patchs par groupe Gld, Glg, . . ., augementant progressivement au
fur et à mesure que 1 ' on s ' éloigne du patch central Po .
Dans cet exemple de réalisation, où bien-entendu chaque
patch est comme précédemment séparé du patch voisin par une
2 5 distance bord-à-bord d égale à la demi-longueur d'ondes guidee,
les deux premiers groupes de patchs Gld et Glg, qui sont situés
de part et d ' autre du patch central unique Po, comportent chacun
trois patchs dont les alimentations sont réunies en un point
commun, 7 et 8 respectivement, ce qui définit des largeurs
3 respectives lld et llg. Les deux groupes suivants G2d et G2g (non
représentés ) comportent chacun cinq patchs, les deux groupes
suivants sept patchs, et ainsi de suite.
Comme il va de soi, 1 ' invention n ' est pas limitée aux
exemples de réalisation qui précédent. Elle s ' applique de même
3 5 facon à la réalisation de réseaux plans à deux dimensions: dans
un tel cas, la dimension des sources s ' accroit du centre du réseau
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vers ses bords, aussi bien le long de l ' axe des abscisses que le
long de l ' axe des ordonnées . Dans le cas de réseau à une
structure plane de révolution, l 'accroissement progressif des
dimensions des sources s ' effectue, de façon similaire, du centre
5 vers la péripAérie de cette structure.
Dans le cas d ' une antenne comprenant un réseau conformé
sur une surface de révolution de profil quelconque ( cylindrique
circulaire, tronconique, . . . ), par exemple selon la demande de
Brevet en France N 91. 05510 déposée le 6 mai 1991 par la
10 Demanderesse, comportant plusieurs génératrices d ' éléments
rayonnants, chacune de ces génératrices comporte une série
d ' éléments rayonnants comprenant, comme par - exemple en Figures 3
et 4, un élément central encadré de part et d ' autre, par des
éléments rayonnants semblables, mais de largeur croissant
15 progressivement et disposés de fac,on à ne pas créer de trous
d ' illumination sur cette génératrice .
