ANTENNA WITH RESONATOR HAVING A FILTERING COATING AND SYSTEM INCLUDING SUCH ANTENNA

ANTENNE A RESONATEUR EQUIPE D'UN REVETEMENT FILTRANT ET SYSTEME INCORPORANT CETTE ANTENNE

Abrégé français

Cette antenne conçue pour émettre ou recevoir des ondes électromagnétiques à une fréquence de travail f.tau. comporte un résonateur équipé d'un revêtement filtrant (40) recouvrant la majorité de la face supérieure d'un réflecteur (22) située à l'intérieur d'une cavité (36), ce revêtement (40) étant apte à éliminer toutes ondes électromagnétiques de fréquence f.tau. se propageant dans une direction parallèle à la face supérieure du réflecteur (22) sans pour autant éliminer toutes ondes électromagnétiques à la fréquence f.tau. se propageant dans une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur.

Abrégé anglais

The invention relates to an antenna for transmitting or receiving electromagnetic waves at a working frequency f.tau., that comprises a resonator with a filtering (49) coating that covers the major portion of the upper face of a reflector (22) located inside a cavity (36), said coating (40) being capable of removing all the electromagnetic waves having a frequency f.tau. and propagating in a direction parallel to the upper face of the reflector, without removing all the electromagnetic waves having a frequency f.tau. and propagating in a direction perpendicular to the upper face of the reflector.

Revendications

23
REVENDICATIONS
1.
Antenne conçue pour émettre ou recevoir des ondes électromagnétiques à
une fréquence de travail f T, cette antenne comportant un premier résonateur
(20 ;
60 ; 70 ; 80 ; 90 ; 122) formé :
- d'un réflecteur (22) réfléchissant la totalité des ondes
électromagnétiques à la fréquence f T se propageant perpendiculairement à ce
réflecteur,
- d'une paroi (24) partiellement réfléchissante traversée par les ondes
électromagnétiques à la fréquence f T, cette paroi réfléchissant strictement
moins
de 100% et plus de 80% des ondes électromagnétiques à la fréquence f T se
propageant perpendiculairement à cette paroi,
d'une cavité (36) délimitée d'un côté par une face supérieure du
réflecteur et de l'autre côté par une face inférieure de la paroi
partiellement
réfléchissante, et
- d'au moins une sonde d'excitation (38 ; 124-128) de la cavité propre
à recevoir ou à injecter dans cette cavité, au niveau du réflecteur, des
champs
électromagnétiques à la fréquence f T,
caractérisée en ce que le premier résonateur comporte un revêtement filtrant
(40)
recouvrant la majorité de la face supérieure du réflecteur située à
l'intérieur de la
cavité, ce revêtement étant apte à éliminer toutes ondes électromagnétiques de
fréquence f T se propageant dans une direction parallèle à la face supérieure
du
réflecteur sans pour autant éliminer toutes ondes électromagnétiques à la
fréquence f T se propageant dans une direction perpendiculaire à la face
supérieure du réflecteur, et en ce que le revêtement filtrant (40) forme un
matériau
BIP (Bande Interdite Photonique) comportant au moins un premier et un second
matériaux se différenciant par leur permittivité et/ou leur perméabilité et/ou
leur
conductivité disposés en alternance à intervalles réguliers seulement le long
d'une

24
ou plusieurs directions parallèles à la face supérieure du réflecteur,
l'intervalle
régulier étant fonction de la longueur d'onde .lambda.1 des ondes
électromagnétiques de
fréquence f T dans le premier matériau de manière à éliminer les ondes
électromagnétiques de fréquence f T se propageant parallèlement à la face
supérieure du réflecteur.
2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le premier matériau
formant
le revêtement filtrant (40) est identique au matériau remplissant la cavité.
3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le second matériau
formant le revêtement (40) est identique au matériau formant la face
supérieure du
réflecteur.
4. Antenne selon la revendication 3, dans laquelle le second matériau forme
des plots (42) dont la plus grande largeur s'étend dans une direction
perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur (22), ces plots étant
répartis à
intervalles réguliers sur la face supérieure du réflecteur dans deux
directions non
colinéaires et parallèles à cette face supérieure, la plus grande largeur
étant
strictement inférieure à .lambda./2, où .lambda.1 est la longueur d'onde des
ondes
électromagnétiques de fréquence f T dans le premier matériau.
5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle
la
face supérieure du réflecteur et la face inférieure de la paroi partiellement
réfléchissante sont séparées l'une de l'autre par une hauteur h1 constante et
strictement inférieure à .lambda.2/2 ou égale à .lambda.2/2, où .lambda.2 est
la longueur d'onde des
ondes électromagnétiques de fréquence f T dans le matériau remplissant la
cavité.
6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle
la
paroi partiellement réfléchissante est un grillage (62) formé de plusieurs
barreaux
métalliques parallèles (66, 68), la plus petite distance entre deux barreaux

25
parallèles contigus étant strictement inférieure à .lambda.3/2, où .lambda.3
est la longueur d'onde
des ondes électromagnétiques de fréquence f T dans l'air.
7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle
la
paroi partiellement réfléchissante est un matériau BIP présentant au moins
deux
matériaux (26, 28, 30) se différenciant par leur permittivité et/ou leur
perméabilité
et/ou leur conductivité disposés en alternance au moins le long d'une
direction
perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur, l'un de ces deux matériaux
étant le même que celui remplissant la cavité.
8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle
l'antenne comporte un second résonateur (123) formé :
- d'une paroi rayonnante (132) traversée par les ondes
électromagnétiques à la fréquence f T présentant une face rayonnante
extérieure,
cette paroi rayonnante réfléchissant strictement moins de 100% et plus de 80%
des ondes électromagnétiques à la fréquence f T se propageant
perpendiculairement à cette paroi rayonnante,
- d'une cavité résonante (136) à fuite délimitée d'un côté par une face
inférieure de la paroi rayonnante et de l'autre côté par une face supérieure
de la
paroi (24) partiellement réfléchissante du premier résonateur, la paroi
rayonnante
et la paroi partiellement réfléchissante étant séparées l'une de l'autre par
une
hauteur h2 constante inférieure ou égale à .lambda.4/2-+.lambda.4/20, où 14
est la longueur d'onde
des ondes électromagnétiques de fréquences f T dans le matériau remplissant la
cavité résonnante à fuite.
9. Antenne selon la revendication 8, dans laquelle l'antenne comporte
plusieurs sondes d'excitation (124-128) dans le premier résonateur (122)
entraînant chacune la formation d'une tâche d'excitation (160-164) sur la face
supérieure de la paroi partiellement réfléchissante, chaque tâche d'excitation

26
créant à son tour une tâche rayonnante (166-170) sur la face rayonnante de la
paroi rayonnante, chaque tâche d'excitation et tâche rayonnante étant définies
comme étant la zone de la face supérieure de la paroi (24) partiellement
réfléchissante, respectivement de la paroi rayonnante (132), située autour
d'un
point de cette face où l'intensité du champ électromagnétique émis par cette
sonde est maximale et incluant tous les points de cette face où l'intensité du
champ électromagnétique émis par cette sonde est supérieure ou égale à la
moitié de cette intensité maximale, et dans laquelle la distance séparant deux
sondes d'excitation contiguës est choisie suffisamment petite pour que les
tâches
rayonnantes crées par ces sondes se chevauchent partiellement.
10. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle
chaque sonde d'excitation (124-128) présente une surface d'injection et/ou de
réception d'ondes électromagnétiques à la fréquence f T dont la plus grande
largeur est supérieure ou égale à ,2, la répartition de la puissance des ondes
électromagnétiques sur la surface d'injection et/ou de réception ayant un
point où
la puissance est maximale, ce point étant éloigné de la périphérie de cette
surface, et la puissance décroît continûment le long d'une droite allant de ce
point
jusqu'à la périphérie et ceci quelle que soit la direction de la droite
considérée
dans le plan de cette surface, .lambda.2, étant la longueur d'onde des ondes
électromagnétiques de fréquence f T dans le matériau remplissant la cavité du
premier résonateur.
11. Antenne selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans laquelle
la
hauteur h2 est donnée par la relation suivante :
<IMG>
OU :

27
- n est le nombre entier positif ou négatif qui permet d'obtenir la plus
petite
hauteur h2 positive,
- .PHI.1 est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique
incidente à
la fréquence f T et l'onde réfléchie après réflexion sur la face supérieure de
la paroi
partiellement réfléchissante du premier résonateur,
- .PHI.2 est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique
incidente à
la fréquence f T et l'onde réfléchie après réflexion sur la face inférieure de
la paroi
rayonnante,
- .lambda.4 est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique de fréquence
f T dans
le matériau remplissant la cavité résonante à fuite.
12. Antenne selon la revendication 11, dans laquelle la face supérieure du
réflecteur (22) et la face inférieure de la paroi partiellement réfléchissante
(24)
sont séparées l'une de l'autre par une hauteur hl constante strictement
inférieure
à .lambda.2 /2, où .lambda.2 est la longueur d'onde des ondes
électromagnétiques de fréquence
f T dans le matériau remplissant la cavité du premier résonateur.
13. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle
la
cavité (36) du premier résonateur forme un guide d'onde ayant une fréquence de
coupure f c du mode de propagation TE1 ou TM1 et une valeur asymptotique C au
dessus de laquelle aucun mode de propagation TEM ne peut s'établir, et dans
laquelle la fréquence f T est inférieure ou égale à la fréquence f c et
supérieure à la
valeur asymptotique C.
14. Système d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques
comportant :
- un dispositif (184) de focalisation apte à focaliser les ondes
électromagnétiques émises ou reçues par le système sur un point focal, et

28
- une antenne (120) émettrice ou réceptrice d'ondes
électromagnétiques placée sur ce point focal,
caractérisé en ce que l'antenne est conforme à la revendication 9.

Description

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WO 2008/135677 PCT/FR2008/050426
1
Antenne à résonateur équipé d'un revêtement filtrant et système
incorporant cette antenne.
La présente invention concerne une antenne à résonateur équipé d'un
revêtement filtrant et un système incorporant cette antenne.
Des antennes connues sont conçues pour émettre ou recevoir des ondes
électromagnétiques à une fréquence de travail fr. Ces antennes peuvent
comporter un premier résonateur formé :
- d'un réflecteur réfléchissant la totalité des ondes
électromagnétiques à la fréquence fr se propageant perpendiculairement à ce
réflecteur,
- d'une paroi partiellement réfléchissante traversée par les ondes
électromagnétiques à la fréquence fr, cette paroi réfléchissant strictement
moins
de 100% et plus de 80% des ondes électromagnétiques à la fréquence fr se
propageant perpendiculairement à cette paroi,
- d'une cavité délimitée d'un côté par une face supérieure du
réflecteur et de l'autre côté par une face inférieure de la paroi
partiellement
réfléchissante, et
- d'au moins une sonde d'excitation de la cavité propre à recevoir ou
à injecter dans cette cavité, au niveau du réflecteur, des champs
électromagnétiques à la fréquence fr.
On rappelle ici que le coefficient de réflexion d'une paroi ou d'un réflecteur
dépend de l'angle d'incidence, de la fréquence de l'onde électromagnétique et
de
la polarisation de cette onde électromagnétique. Ici, les valeurs de
réflectivité des
parois ou réflecteurs sont données pour la situation suivante :
- la fréquence de l'onde électromagnétique est égale à la fréquence
de travail fr,
- l'angle d'incidence est nul, c'est-à-dire que l'onde
électromagnétique se propage perpendiculairement à la paroi ou au réflecteur,
et
- la polarisation prise en compte est celle du champ électrique
rayonné ou reçu par la sonde d'excitation.
Par exemple, de telles antennes sont décrites dans le cas particulier
d'antennes à matériau BIP (Bande Interdite Photonique) à défaut dans la
demande de brevet déposée sous le numéro FR 99 14521.

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Ces antennes présentent un encombrement réduit et une forte directivité.
Le diagramme de rayonnement de ces antennes présente donc un lobe principal
important et des lobes secondaires.
L'invention vise à diminuer l'importance et la taille des lobes secondaires.
Elle a donc pour objet une antenne conçue pour émettre ou recevoir des
ondes électromagnétiques à une fréquence de travail fT, cette antenne
comportant
un premier résonateur formé :
- d'un réflecteur réfléchissant la totalité des ondes électromagnétiques
à la fréquence fT se propageant perpendiculairement à ce réflecteur,
d'une paroi partiellement réfléchissante traversée par les ondes
électromagnétiques à la fréquence fT, cette paroi réfléchissant strictement
moins
de 100% et plus de 80% des ondes électromagnétiques à la fréquence fT se
propageant perpendiculairement à cette paroi,
- d'une cavité délimitée d'un côté par une face supérieure du réflecteur
et de l'autre côté par une face inférieure de la paroi partiellement
réfléchissante, et
- d'au moins une sonde d'excitation de la cavité propre à recevoir ou à
injecter dans cette cavité, au niveau du réflecteur, des champs
électromagnétiques à la fréquence fT,
caractérisée en ce que le premier résonateur comporte un revêtement filtrant
recouvrant la majorité de la face supérieure du réflecteur située à
l'intérieur de la
cavité, ce revêtement étant apte à éliminer toutes ondes électromagnétiques de
fréquence fT se propageant dans une direction parallèle à la face supérieure
du
réflecteur sans pour autant éliminer toutes ondes électromagnétiques à la
fréquence fT se propageant dans une direction perpendiculaire à la face
supérieure du réflecteur, et en ce que le revêtement filtrant forme un
matériau BIP
(Bande Interdite Photonique) comportant au moins un premier et un second
matériaux se différenciant par leur permittivité et/ou leur perméabilité et/ou
leur
conductivité disposés en alternance à intervalles réguliers seulement le long
d'une

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2a
ou plusieurs directions parallèles à la face supérieure du réflecteur,
l'intervalle
régulier étant fonction de la longueur d'onde XI des ondes électromagnétiques
de
fréquence fr dans le premier matériau de manière à éliminer les ondes
électromagnétiques de fréquence f-r se propageant parallèlement à la face
supérieure du réflecteur.
Dans l'antenne ci-dessus, le revêtement empêche l'établissement d'un
mode guidé dans une direction parallèle au réflecteur. Ceci se traduit par une
amélioration sensible des performances de l'antenne.
Les modes de réalisation de cette antenne peuvent comporter une ou
plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le premier matériau formant le revêtement filtrant est identique au
matériau remplissant la cavité ;
- le second matériau formant le revêtement est identique au matériau
formant la face supérieure du réflecteur ;
- le second matériau forme des plots dont la plus grande largeur
s'étend dans une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur,
ces
plots étant répartis à intervalles réguliers sur la face supérieure du
réflecteur
dans deux directions non colinéaires et parallèles à cette face supérieure, la
plus

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grande largeur étant strictement inférieure à X1/2, où X1 est la longueur
d'onde
des ondes électromagnétiques de fréquence fr dans le premier matériau ;
- la face supérieure du réflecteur et la face inférieure de la paroi
partiellement réfléchissante sont séparées l'une de l'autre par une hauteur hi
constante et strictement inférieure à X2/2 ou égale à X212, où 21,2 est la
longueur
d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f-r dans le matériau
remplissant la cavité ;
- la paroi partiellement réfléchissante est un grillage formé de
plusieurs barreaux métalliques parallèles, la plus petite distance entre deux
barreaux parallèles contigus étant strictement inférieure à X312, où X3 est la
longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence fr dans l'air ;
- la paroi partiellement réfléchissante est un matériau BIP présentant
au moins deux matériaux se différenciant par leur permittivité et/ou leur
perméabilité et/ou leur conductivité disposés en alternance au moins le long
d'une
direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur, l'un de ces deux
matériaux étant le même que celui remplissant la cavité ;
- l'antenne comporte une second résonateur formé :
- d'une paroi rayonnante traversée par les ondes
électromagnétiques à la fréquence f-r présentant une face rayonnante
extérieure,
cette paroi rayonnante réfléchissant strictement moins de 100% et plus de 80%
des ondes électromagnétiques à la fréquence fr se propageant
perpendiculairement à cette paroi rayonnante, la réflectivité de la paroi
rayonnante
étant strictement inférieure à celle de la paroi partiellement réfléchissante,
- d'une cavité résonante à fuite délimitée d'un côté par une
face inférieure de la paroi rayonnante et de l'autre côté par une face
supérieure de
la paroi partiellement réfléchissante du premier résonateur, la paroi
rayonnante et
la paroi partiellement réfléchissante étant séparées l'une de l'autre par une
hauteur h2 constante inférieure ou égale à X4/2+ X4/20, où 21,4 est la
longueur
d'onde des ondes électromagnétiques de fréquences fr dans le matériau
remplissant la cavité résonnante à fuite ;
- l'antenne comporte plusieurs sondes d'excitation dans le premier
résonateur entraînant chacune la formation d'une tâche d'excitation sur la
face
supérieure de la paroi partiellement réfléchissante, chaque tâche d'excitation

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créant à son tour une tâche rayonnante sur la face rayonnante de la paroi
rayonnante, chaque tâche d'excitation et tâche rayonnante étant définies comme
étant la zone de la face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante,
respectivement de la paroi rayonnante, située autour d'un point de cette face
où
l'intensité du champ électromagnétique émis par cette sonde est maximale et
incluant tous les points de cette face où l'intensité du champ
électromagnétique
émis par cette sonde est supérieure ou égale à la moitié de cette intensité
maximale, et dans laquelle la distance séparant deux sondes d'excitation
contiguës est choisie suffisamment petite pour que les tâches rayonnantes
crées
par ces sondes se chevauchent partiellement ;
- chaque sonde d'excitation présente une surface d'injection et/ou de
réception d'ondes électromagnétiques à la fréquence f-r dont la plus grande
largeur est supérieure ou égale à 21,2, la répartition de la puissance des
ondes
électromagnétiques sur la surface d'injection et/ou de réception ayant un
point où
la puissance est maximale, ce point étant éloigné de la périphérie de cette
surface, et la puissance décroît continûment le long d'une droite allant de ce
point
jusqu'à la périphérie et ceci quelle que soit la direction de la droite
considérée
dans le plan de cette surface, 21,2, étant la longueur d'onde des ondes
électromagnétiques de fréquence f-r dans le matériau remplissant la cavité du
premier résonateur ;
- la hauteur h2 est donnée par la relation suivante :
1 X4
h2 = (2nrc + (pi + (p2 )¨
47c
où:
- n est le nombre entier positif ou négatif qui permet d'obtenir la plus
petite hauteur
h2 positive,
- (pi est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente
à la
fréquence fr et l'onde réfléchie après réflexion sur la face supérieure de la
paroi
partiellement réfléchissante du premier résonateur,
- (p2 est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente
à la
fréquence fr et l'onde réfléchie après réflexion sur la face inférieure de la
paroi
rayonnante,

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- X4 est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique de fréquence fr dans
le
matériau remplissant la cavité résonante à fuite ;
- la face supérieure du réflecteur et la face inférieure de la paroi
partiellement réfléchissante sont séparées l'une de l'autre par une hauteur h1
5
constante strictement inférieure à X2 /2, où X2 est la longueur d'onde des
ondes
électromagnétiques de fréquence fr dans le matériau remplissant la cavité du
premier résonateur ;
- la cavité du premier résonateur forme un guide d'onde ayant une
fréquence de coupure fc du mode de propagation TEi ou TMi et une valeur
asymptotique C au dessus de laquelle aucun mode de propagation TEM ne peut
s'établir, et dans laquelle la fréquence fr est inférieure ou égale à la
fréquence fc et
supérieure ou égale à la valeur asymptotique C.
Les modes de réalisation de l'antenne présentent en outre les avantages
suivants :
- utiliser un matériau BIP pour former le revêtement filtrant permet
d'accroître la directivité de l'antenne,
- choisir l'un des matériaux du matériau BIP formant le revêtement
filtrant comme étant identique à celui remplissant la cavité évite les
réflexions à
l'interface entre la cavité et le revêtement filtrant,
- choisir l'un des matériaux du revêtement filtrant identique à celui
formant la face supérieure du réflecteur permet d'éliminer efficacement les
ondes
de surface de fréquence f-r se propageant à la surface du réflecteur,
- choisir la hauteur h1 inférieure ou égale à 2L2 /2 se traduit par le fait
que la fréquence fr est inférieure à la fréquence de coupure des modes
fondamentaux TEi et TMi de propagation, ce qui empêche l'apparition de ces
modes de propagation guidés et se traduit en fin de compte par une
augmentation
de la directivité de l'antenne sans causer de dépointage de l'antenne,
- l'utilisation d'un grillage pour former la paroi partiellement
réfléchissante limite l'encombrement de l'antenne et simplifie sa conception,
- utiliser un matériau BIP pour former la paroi partiellement
réfléchissante accroît la directivité de l'antenne,
- utiliser le premier résonateur en tant que source d'excitation d'un
second résonateur permet d'exciter ce second résonateur sans modifier la

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réflectivité des parois de la cavité résonante à fuite par la présence
d'ouvertures
ou de parties métalliques servant à introduire un champ magnétique dans cette
cavité,
- chevaucher les tâches rayonnantes permet de réaliser une antenne
multifaisceaux dans lesquels les différents faisceaux sont entrelacés,
- utiliser des sondes d'excitation dont la plus grande largeur est
supérieure ou égale à la longueur d'onde des ondes électromagnétiques à la
fréquence fr permet d'accroître la directivité et le gain de l'antenne ou de
chaque
faisceau de l'antenne. De plus, lorsque ces sondes d'excitation sont utilisées
dans
une antenne comportant le premier et le second résonateur, cela permet
d'obtenir
les avantages précités tout en conservant la réflectivité de la face
supérieure de la
paroi partiellement réfléchissante inchangée,
- choisir la hauteur h2 comme définie dans la formule ci-dessus
permet d'accroître la directivité de l'antenne,
- choisir la hauteur hl strictement inférieure à X212 permet d'éviter le
chevauchement des tâches d'excitation, et
- choisir la fréquence de travail f-r inférieure ou égale à la fréquence
de coupure fc et supérieure ou égale à la valeur C permet d'augmenter très
sensiblement la directivité de l'antenne.
L'invention a également pour objet un système d'émission ou de réception
d'ondes électromagnétiques comportant :
- un dispositif de focalisation apte à focaliser les ondes
électromagnétiques émises ou reçues par le système sur un point focal, et
- l'antenne ci-dessus placée sur ce point focal.
Dans le système ci-dessus, l'utilisation de l'antenne revendiquée permet
d'accroître le rendement de ce système en éclairant la plus grande surface
possible du dispositif de focalisation tout en diminuant les pertes par
débordement
au-delà du contour de ce dispositif de focalisation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se
référant
aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique d'un guide d'onde plan,

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- la figure 2 est un diagramme de dispersion des modes de
propagation guidée du guide d'onde de la figure 1,
- la figure 3 est une illustration schématique et en perspective d'un
premier mode de réalisation d'une antenne équipée d'un revêtement filtrant
réalisé
à partir d'un matériau BIP,
- la figure 4 est un diagramme de dispersion des modes de
propagation guidés de l'antenne de la figure 3,
- la figure 5 est une illustration schématique et en perspective d'un
deuxième mode de réalisation d'une antenne équipée d'un revêtement filtrant,
- les figures 6, 7 et 8 sont des illustrations schématiques,
respectivement, d'un troisième, d'un quatrième et d'un cinquième modes de
réalisation d'une antenne équipée d'un revêtement filtrant,
- la figure 9 est un graphe illustrant l'évolution de la directivité des
antennes des figures 5 et 6 en fonction de la fréquence de travail fr,
- les figures 10 et 11 sont des diagrammes de rayonnement d'une
antenne dépourvue de revêtement filtrant,
- les figures 12 et 13 sont des diagrammes de rayonnement de
l'antenne de la figure 5,
- les figures 14 et 15 sont des diagrammes de rayonnement de
l'antenne de la figure 6,
- la figure 16 est une illustration schématique et en perspective d'une
antenne multifaisceaux entrelacés,
- la figure 17 est une illustration schématique d'un diagramme de
dispersion des modes de propagation guidés de l'antenne de la figure 16,
- la figure 18 est une illustration schématique d'un système
d'émission de faisceaux entrelacés vers la surface terrestre, et
- la figure 19 est une illustration schématique, en perspective et en
coupe d'une antenne cylindrique équipée d'un revêtement filtrant.
Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les
mêmes éléments.
Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien
connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. En particulier,
pour

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8
plus de renseignements sur les matériaux BIP, l'homme du métier peut se
référer
au texte de la demande de brevet publiée sous le numéro EP 1 145 379.
La figure 1 représente un guide 2 d'onde plan et la figure 2 représente le
diagramme de dispersion de ce guide 2. Les figures 1 et 2 sont connues et ne
sont introduites ici que pour rappeler la définition de certains termes
techniques.
Le guide 2 est formé d'un plan réflecteur 4 s'étendant parallèlement à un
plan XY horizontal, défini par deux directions orthogonales X et Y. Le plan 4
réfléchit 100 A des ondes électromagnétiques à la fréquence fr qui se
propagent
perpendiculairement à sa surface. Par exemple, le plan 4 est réalisé en métal.
On note Z la direction perpendiculaire aux directions X et Y.
Au-dessus du plan 4 est disposée une paroi horizontale 6 partiellement
réfléchissante. Ici, par partiellement réfléchissante, on désigne une paroi
qui
réfléchit strictement moins de 100 A et plus de 80 A des ondes
électromagnétiques de fréquence fr se propageant perpendiculairement à l'une
des faces horizontale de cette paroi 6. La paroi 6 est séparée du réflecteur 4
par
un espace 8 de hauteur constante h. Cet espace est, par exemple, rempli d'air.
La
hauteur h est mesurée selon la direction Z.
Une flèche ondulée 10 représente une onde électromagnétique guidée se
propageant dans l'espace 8. Ici, la direction de propagation des ondes est
parallèle à la direction Y.
Les flèches 11 en pointillés représentent les ondes électromagnétiques qui
fuient l'espace 8 par l'intermédiaire de la paroi 6 qui n'est que
partiellement
réfléchissante.
Les dimensions transversales, c'est-à-dire perpendiculaires à la direction
de propagation, sont supposées infinies dans le cas d'un guide d'onde plan.
La figure 2 représente le diagramme de dispersion du guide 2 d'onde. La
constante 8 représente la constante de propagation d'un mode se propageant
parallèlement au réflecteur 4.
L'axe des ordonnées représente la fréquence de l'onde électromagnétique
se propageant dans l'espace 8.
Dans un guide d'onde plan, seuls certains modes de propagation peuvent
s'établir en fonction de la fréquence de l'onde à propager. Ces modes de
propagation sont classiquement connus sous la terminologie de mode TEM,

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(Transverse Electrique Magnétique) de mode TE n (Transverse Electrique d'ordre
n) et TMn (Transverse Magnétique d'ordre n), où n est un entier supérieur ou
égal
à zéro. Pour plus d'informations sur les modes de propagation susceptibles de
s'établir dans un guide d'onde plan, il est possible de se référer à
différents livres
de cours traitant du sujet.
Sur la figure 2, une droite 12 passant par l'origine représente la valeur de
la constante [3 pour chaque fréquence de l'onde guidée dans le cas où le mode
de
propagation est le mode TEM.
Une courbe 14 représente la valeur de la constante [3 pour chaque
fréquence possible de l'onde guidée dans le cas où le mode de propagation est
le
mode TEi ou TMi.
La courbe 14 coupe l'axe des fréquences pour une fréquence fc connue
sous le terme de fréquence de coupure .
La fréquence de coupure pour les modes TEi ou TMi est définie par la
relation suivante :
2n7c + (pi + (p2
fc = ______________ c (1)
4Tch
où:
- n est le nombre entier positif ou négatif tel que fc prend sa plus petite
valeur
positive non nulle.
- (pi est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente
à la
fréquence f-r et l'onde réfléchie après réflexion sur le réflecteur 4,
- (p2 est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente
à la
fréquence fr et l'onde réfléchie après réflexion sur la paroi 6,
- c est la célérité ou la vitesse de phase de l'onde dans l'espace 8.
En vertu du diagramme de dispersion, si la fréquence fr est strictement
inférieure à la fréquence fc, alors l'onde guidée peut se propager à
l'intérieur de
l'espace 8 uniquement selon le mode TEM.
Si la fréquence fr est supérieure ou égale à la fréquence fc, alors l'onde
guidée dans l'espace 8 peut se propager selon le mode TEM, TEi ou TMi.
Ces modes qui permettent la propagation d'une onde électromagnétique à
la fréquence fr selon une direction de propagation sont appelés ici modes
guidés.

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A l'inverse, les modes d'excitation de l'espace 8 qui ne permettent pas la
propagation d'ondes électromagnétiques sont appelés modes évanescents. Un
mode évanescent se caractérise par le fait que l'amplitude de l'onde guidée
décroît très rapidement dans la direction de propagation de sorte que cette
onde
5 ne peut pas se propager sur une distance supérieure à 2X où X est la
longueur
d'onde de l'onde électromagnétique de fréquence fr dans le matériau
remplissant
l'espace 8.
Les modes évanescents du guide 2 correspondent à des modes de
fonctionnement pour lesquels un maximum d'énergie électromagnétique est
10 dissipée sous forme de rayonnement dans l'espace après avoir traversé la
paroi 6.
La figure 3 représente une antenne 20 conçue pour émettre ou recevoir
des ondes électromagnétiques à la fréquence de travail fr. Cette antenne 20
comporte un résonateur formé :
- d'un réflecteur 22 en forme de plan qui s'étend parallèlement à un
plan horizontal XY défini par des directions X et Y orthogonales,
- d'une paroi 24 partiellement réfléchissante disposée au-dessus du
plan réflecteur 22 dans une direction Z perpendiculaire aux directions X et Y
et
s'étendant parallèlement au plan XY.
Le plan réflecteur 22 est choisi pour réfléchir 100 % des ondes
électromagnétiques de fréquence fr qui se propagent perpendiculairement à ce
plan. Par exemple, le plan réflecteur 22 est réalisé en métal et peut être
raccordé
à un potentiel de référence tel que la masse.
La paroi 24 est ici conçue pour réfléchir strictement moins de 100 % et
plus de 80 % des ondes électromagnétiques de fréquence fr se propageant dans
une direction perpendiculaire à cette paroi. A cet effet, dans cet exemple, la
paroi
24 est un matériau BIP. Les matériaux BIP présentent une large bande non
passante B. Lorsqu'une onde électromagnétique dont la fréquence est comprise
dans la bande non passante B heurte ce matériau BIP, celle-ci est presque
réfléchie en totalité. Ici, le matériau formant la paroi 24 est donc choisi
pour que la
fréquence de travail fr soit comprise dans la bande non passante de ce
matériau
BIP.
De plus, pour pouvoir réfléchir partiellement les ondes électromagnétiques
qui se propagent dans la direction Z, le matériau BIP formant la paroi 24
présente

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au moins une alternance périodique de deux matériaux dans la direction Z. A
cet
effet, ici, la paroi 24 est formée par la superposition dans la direction Z de
trois
couches planes 26, 28 et 30. Ici, les couches 26 et 30 diffèrent de la couche
28
par leur permittivité. Par exemple, les couches 26 et 30 sont réalisées en
alumine
tandis que la couche 26 est une couche d'air. Les dimensions de ces couches
dans les directions X et Y sont choisies plusieurs fois supérieures à la
longueur
d'onde 2La , où 2La est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de
fréquence f-r dans l'air. Par exemple, les dimensions latérales des couches
26, 28
et 30 sont choisies supérieures à quatre fois 2La .
La paroi 24 présente donc une face inférieure 32 en vis-à-vis du plan
réflecteur 22 et une face supérieure 34 opposée à la face inférieure 32.
La face inférieure 32 est espacée du réflecteur 22 par une hauteur
constante h1. L'espace ainsi ménagé entre la face inférieure 32 et la face
supérieure du réflecteur 22 forme une cavité 36.
Sur la figure 3, seule une partie de la paroi 24 a été représentée de
manière à laisser apparente une grande partie de l'intérieur de la cavité 36.
Une sonde d'excitation 38 est disposée à l'intérieur de la cavité 36 sur le
réflecteur 22 ou dans le plan du réflecteur 22. Dans le plan XY, la sonde 38
est
disposée sensiblement au milieu de la cavité 36. Cette sonde est apte à
recevoir
ou à injecter dans la cavité 36, au niveau du réflecteur 22, des champs
électromagnétiques à la fréquence fr.
Enfin, l'antenne 20 comporte un revêtement filtrant 40 recouvrant la totalité
de la face supérieure du réflecteur 22 qui est située à l'intérieur de la
cavité 36. Le
revêtement 40 entoure donc la sonde 38 sans la recouvrir.
Ce revêtement 40 est réalisé dans un matériau propre à empêcher la
propagation des ondes électromagnétiques de fréquence f-r dans une direction
parallèle au plan XY tout en permettant la propagation de ces mêmes ondes dans
la direction Z. A cet effet, par exemple, le revêtement 40 est réalisé dans un
matériau BIP présentant une périodicité dans deux directions non colinéaires
du
plan XY. La périodicité d'un matériau BIP selon une direction est, par
exemple,
définie dans la demande de brevet déposée sous le numéro FR 99 14521.
Ici, le revêtement 40 présente une périodicité dans la direction X et une
périodicité dans la direction Y.

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Dans ce mode de réalisation, le revêtement 40 est formé de plots
verticaux 42 disposés à intervalles réguliers n dans les directions X et Y.
Ces plots
42 sont réalisés dans le même matériau que celui utilisé pour le réflecteur
22,
c'est-à-dire ici en métal. Un autre matériau formant le revêtement 40 remplit
la
totalité des intervalles entre les plots 42. Cet autre matériau est ici de
l'air, c'est-à-
dire un matériau identique à celui remplissant la cavité 36.
La longueur de l'intervalle n est choisie en fonction de la longueur d'onde
2La de manière à filtrer les ondes électromagnétiques de fréquence fr se
propageant dans les directions X et Y. A cet effet, typiquement, la longueur
de
l'intervalle n est inférieure à Xa/2 et de préférence compris entre Xa/4 et
Xa/2.
La hauteur hp des plots 42 dans la direction Z doit être strictement
inférieure à la hauteur h1. Par exemple, ici, la hauteur hp est choisie
strictement
inférieure à Xa/2 et de préférence égale à Xa/4 plus ou moins 15 %.
Ici, les plots 42 ont une section transversale, c'est-à-dire une section
parallèle au plan XY, carrée. La plus grande largeur de cette section
transversale
est choisie inférieure à 2La /8.
Enfin, la hauteur h1 est choisie à l'aide de la relation (1) pour que la
fréquence de coupure fc soit égale ou légèrement supérieure à la fréquence fr.
Typiquement, on s'arrange ici pour que le rapport de la fréquence fr sur la
fréquence fc soit compris entre 0,85 et 1.
La figure 4 représente le diagramme de dispersion de l'antenne 20.
Comme sur la figure 2, les courbes 50 et 52 représentent la fréquence de
l'onde guidée, respectivement, selon le mode TEM et les modes TEi ou TMi en
fonction de la constante 13 de propagation.
A cause de la présence du revêtement 40, la courbe 50 tend vers une
valeur asymptotique C représentée par une ligne horizontale 54 en pointillés
au fur
et à mesure que la constante [3 augmente. Cette valeur asymptotique C est
indépendante de la hauteur h1.
Ici, la hauteur h1 de la cavité 36 est choisie de manière à ce que la
fréquence fr soit comprise entre la fréquence fc et la valeur C. Dans ces
conditions, on comprend qu'aucun mode guidé ne peut s'établir à l'intérieur de
la
cavité 36 lorsque celle-ci est excitée par un champ magnétique de fréquence
fr.

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Ainsi, seuls des modes évanescents apparaissent et l'énergie du champ
électromagnétique introduit par la sonde 38 dans la cavité 36 se dissipe
quasiment exclusivement sous forme de rayonnement après avoir traversé la
paroi 24. Ceci se traduit par une augmentation de la directivité de l'antenne
20 par
rapport à une antenne identique mais dépourvue de revêtement filtrant tel que
le
revêtement 40.
La figure 5 représente une antenne 60 identique à l'antenne 20 à
l'exception que la paroi 24 est remplacée par une paroi partiellement
réfléchissante 62.
La paroi 62 est ici réalisée non pas à l'aide d'un matériau BIP mais à l'aide
d'un grillage 62 formé de barreaux métalliques s'étendant parallèlement les
uns
aux autres dans un plan parallèle au plan XY. Plus précisément, ici, le
grillage 62
comprend d'une part des barreaux 66 disposés à intervalles réguliers m et
s'étendant tous parallèlement à la direction X et d'autre part des barreaux 68
disposés parallèlement les uns aux autres dans la direction Y à intervalles
réguliers m. La longueur de l'intervalle m est choisie strictement inférieure
à 2La /2
de manière à ce que ce grillage 62 réfléchisse partiellement les ondes
électromagnétiques de fréquence fr se propageant dans la direction Z. De
préférence, m est inférieur à 2La /4.
Comme pour l'antenne 20, la hauteur h1 de la cavité 36 est choisie de
manière à ce que la fréquence de coupure fc soit légèrement supérieure à la
fréquence fr. Dans ces conditions, le fonctionnement de l'antenne 60 est
similaire
à celui de l'antenne 20.
La figure 6 représente une antenne 70 identique à l'antenne 60 à
l'exception du fait que la cavité 36 est isolée de l'extérieur de l'antenne
par des
parois latérales 72. Sur la figure 6, seule une partie de la paroi 72
entourant
entièrement la cavité 36 a été représentée de manière à laisser visible
l'intérieur
de la cavité 36.
La paroi 72 s'étend selon la direction Z à partir du réflecteur 22 jusqu'à la
face inférieure du grillage 62. La paroi 72 est, par exemple, réalisée ici,
dans un
matériau métallique réfléchissant la totalité des ondes électromagnétiques de
fréquence fr.

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La figure 7 représente une antenne 80 identique à l'antenne 70 à
l'exception du fait que le grillage 62 est remplacé par un grillage 82. Le
grillage 82
est identique au grillage 62 à l'exception que les barreaux 68 ont été omis.
Un tel
grillage 82 constitue une paroi partiellement réfléchissante uniquement pour
des
ondes électromagnétiques de fréquence f-r ayant une polarisation donnée. Pour
des ondes électromagnétiques ayant une polarisation différente de celle-ci, le
grillage 82 constitue une paroi transparente qui ne réfléchit pas ou très peu
les
ondes électromagnétiques de fréquence fr de polarisation différente. Ainsi, le
grillage 82 permet d'exercer un filtrage de polarisation sur les ondes émises
ou
reçues.
La figure 8 représente une antenne 90 identique à l'antenne 70 à
l'exception que les parois 72 sont remplacées par des parois 92. Plus
précisément, les parois 92 sont identiques aux parois 72 à l'exception
qu'elles
comportent des corrugations 94 permettant d'améliorer les performances de
l'antenne. Ces corrugations 94 sont conçues de la même manière que celles que
l'on peut trouver dans certains types de guide d'onde. Par exemple, la
conception
de ces corrugations est décrite dans le document suivant :
Antenna theory, Analysis and design ¨ Constantine A. Balanis ¨ John
Wiley.
La figure 9 représente deux courbes 100 et 102 correspondant à
l'évolution de la directivité, respectivement, des antennes 60 et 70 en
fonction de
la fréquence fr. La figure 9 représente également une courbe 104 indiquant
l'évolution de la directivité d'une antenne identique à l'antenne 60 mais
dépourvue
du revêtement filtrant 40.
Sur le graphe de la figure 9, l'axe des abscisses représente le rapport de
la fréquence fr sur la fréquence de coupure fc. L'axe des ordonnées représente
la
directivité maximale exprimée en décibels (dB). Les courbes 100, 102 et 104
ont
été obtenues à l'aide d'une sonde identique, c'est-à-dire ici, une fente
ménagée
dans le plan du réflecteur 22 et par laquelle est introduit le champ
électromagnétique de fréquence f-r dans la cavité 36.
Comme on peut le constater sur le graphe, la directivité des antennes 60
et 70 est systématiquement améliorée lorsque la fréquence fr est inférieure à
la
fréquence fc.

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Les figures 10 et 11 représentent les diagrammes de rayonnement,
respectivement, dans les plans E et H d'une antenne identique à l'antenne 60
mais dépourvue du revêtement filtrant 40.
Les figures 12 et 13 représentent les diagrammes de rayonnement,
5
respectivement, dans les plans E et H de l'antenne 60 dans le cas particulier
où le
rapport de la fréquence f-r sur la fréquence fc est égal à 0,997.
Enfin, les figures 14 et 15 représentent les diagrammes de rayonnement,
respectivement, dans les plans E et H de l'antenne 70 dans le cas particulier
où le
rapport de la fréquence f-r sur la fréquence fc est égal à 1,007.
10 Dans
ces différents graphes des figures 10 à 15, l'axe des abscisses est
gradué en degrés tandis que l'axe des ordonnées est gradué en décibels (dB).
Comme le montre la comparaison des graphes des figures 12 et 13 par
rapport aux graphes des figures 10 et 11, la présence du revêtement filtrant
permet d'atténuer considérablement les lobes secondaires de l'antenne.
15 De
plus, comme le montre la comparaison des graphes des figures 14 et
15 à ceux des figures 10 et 11, cette atténuation des lobes secondaires se
produit
même si la fréquence f-r est supérieure à la fréquence fc.
Dans les modes de réalisation précédents, l'antenne a été formée d'un
seul résonateur. Toutefois, il peut être particulièrement intéressant de
superposer
deux résonateurs de manière à créer une antenne multifaisceaux dans laquelle
les
tâches rayonnantes se chevauchent partiellement. Une telle antenne 120 est
représentée sur la figure 16.
L'antenne 120 est formée d'un premier résonateur 122 sur lequel est
superposé un second résonateur 123.
Le résonateur 122 est, par exemple, identique à l'un quelconque des
résonateurs des antennes 20, 60, 70, 80 ou 90 à l'exception du fait qu'il
comporte
plusieurs sondes d'excitation. Ici, on supposera que le résonateur 122 est
donc
identique à celui de l'antenne 20 dans laquelle la sonde 38 est remplacée par
cinq
sondes d'excitation 124 à 128.
Les sondes 124 à 128 sont ici choisies de manière à ce que celles-ci
forment une surface d'injection ou de réception de champs électromagnétiques à
l'intérieur de la cavité 36. La plus grande largeur de chacune des surfaces
d'injection ou de réception est supérieure ou égale à 2La . Plus précisément,
la

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répartition de la puissance du champ électromagnétique sur la surface
d'injection
ou de réception présente un point où la puissance est maximale, ce point étant
éloigné de la périphérie de cette surface d'injection. La puissance du champ
électromagnétique de cette surface d'injection est répartie de telle façon que
la
puissance décroît continûment le long d'une droite quelconque allant du point
où
la puissance est maximale jusqu'à la périphérie de cette surface. Une sonde
présentant une telle surface d'injection permet d'accroître la directivité de
l'antenne et son gain. A cet effet, les sondes 124 à 128 sont, par exemple,
des
guides d'onde évasés dont l'extrémité débouche dans un orifice ménagé dans le
plan du réflecteur 22. De tels guides d'onde évasés sont, par exemple, ceux
décrits dans la demande de brevet déposée le 25 septembre 2006 sous le numéro
de dépôt 06 08381 au nom du C.N.R.S.
Ici, chacune des sondes 124 à 128 travaille à une fréquence f-ri respective
différente de celles des autres de manière à ce que ces sondes puissent
travailler
simultanément sans interférer les unes avec les autres. Chacune de ces
fréquences f-ri est choisie suffisamment proche de la fréquence fr de manière
à ce
que le revêtement 40 conçu pour filtrer les ondes électromagnétiques de
fréquence f-r soit également efficace pour filtrer les ondes de fréquence f-n.
A cet
effet, le rapport de la fréquence f-ri sur la fréquence f-r est compris entre
0,95 et
1,05.
Pour simplifier la figure 16, le revêtement filtrant 40 n'a pas été
représenté.
Le résonateur 123 est disposé au-dessus du résonateur 122 dans la
direction Z. Ce résonateur 123 est formé par une paroi rayonnante supérieure
132
et par la paroi 24. La paroi 24 forme donc à la fois la paroi supérieure du
résonateur 122 et la paroi inférieure du résonateur 123.
La paroi 132 réfléchit strictement moins de 100 % et plus de 80 % des
ondes électromagnétiques à la fréquence fr se propageant perpendiculairement à
cette paroi. De préférence, la réflectivité de la paroi 132 est strictement
inférieure
à celle de la paroi 124.
La paroi 132 s'étend parallèlement au plan XY. La paroi 132 est séparée
de la face supérieure de la paroi 24 par une hauteur constante h2. Ainsi, une
cavité 136 est ménagée entre la paroi 24 et la paroi 132. Dans ce mode de
réalisation, la cavité 136 est, par exemple, remplie d'air.

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Le matériau formant la paroi 132 peut être un matériau BIP comme décrit
en regard de la figure 3, ou un grillage comme décrit en regard des figures 5
et 7.
La hauteur h2 est choisie de manière à ce que la cavité 136 soit une cavité
résonante à fuite. A cet effet, la hauteur h2 est inférieure à Xa /2 + Xa /20.
De
préférence, la hauteur h2 est déterminée à l'aide de la relation suivante :
X
h2 = (2nrc + (pi +(P2)¨(2)
47c
où:
- n est le nombre entier positif ou négatif qui permet d'obtenir la plus
petite hauteur
h2 positive,
- (p1 est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à
la
fréquence fr et l'onde réfléchie après réflexion sur la face supérieure de la
paroi
partiellement réfléchissante du premier résonateur,
- (p2 est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente
à la
fréquence fr et l'onde réfléchie après réflexion sur la face inférieure de la
paroi
rayonnante,
- Xa est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique de fréquence fr
dans le
matériau remplissant la cavité résonante à fuite.
Lorsque la hauteur h2 est définie par la relation (2), la fréquence de
coupure fc2 des modes de propagation TEi et TMi du résonateur 123 est égale à
la fréquence fr. Dans ces conditions, le gain du résonateur 123 est maximal.
On rappelle qu'au contraire, la hauteur h1 du résonateur 122 est choisie de
manière à ce que la fréquence de coupure, notée ici fci, des modes de
propagation TEi ou TMi est strictement supérieure à la fréquence fr.
Enfin, contrairement au résonateur 122, la cavité 136 est dépourvue de
revêtement filtrant les ondes électromagnétiques se propageant dans une
direction quelconque parallèle au plan XY. En effet, comme on le comprendra à
la
lecture des explications qui suivent, un tel revêtement filtrant n'est pas
nécessaire
dans le résonateur 123.
La figure 17 représente le diagramme de dispersion des résonateurs 122
et 123. Sur cette figure 17, les courbes 150 et 152 correspondent,
respectivement,
aux courbes 50 et 52 de la figure 4 pour le résonateur 122. Les courbes 154 et
156 représentent l'évolution de la fréquence de l'onde guidée, respectivement

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selon les modes TEM et TEi ou TMi, en fonction de la constante de propagation
13. Les courbes 154 et 156 ont sensiblement la même allure que les courbes 12
et
14 et celles d'un guide d'onde plan.
Sur cette figure, les fréquences de coupure des modes TEi ou TMi des
résonateurs 122 et 123 sont respectivement notées fci et fc2. La valeur
asymptotique vers laquelle tend la courbe 150 lorsque la constante 13 augmente
est ici notée C1. On rappelle que cette courbe 150 tend vers une valeur C1
inférieure à la fréquence f-r à cause de la présence du revêtement filtrant 40
à
l'intérieur de la cavité 36. A l'inverse, la courbe 154 ne tend pas vers une
valeur
asymptotique lorsque la constante 13 augmente puisque la cavité 136 est
dépourvue de revêtement filtrant.
Les fréquences f-ri sont proches de la fréquence f-r qui est elle-même ici
sensiblement égale à la fréquence fc2. Dans ces conditions, on comprend à
partir
du diagramme de la figure 17 que les champs électromagnétiques de fréquences
f-ri ne peuvent exciter qu'un mode évanescent de propagation dans le premier
résonateur 122 puisque ces fréquences f-ri sont chacune supérieures à la
valeur
C1 et strictement inférieures à la fréquence fc1. Ainsi, presque la totalité
de
l'énergie des champs électromagnétiques introduits dans la cavité 36 est
rayonnée par la face supérieure de la paroi 24. Ce rayonnement se traduit par
l'apparition, à la verticale de chacune des sondes 124 à 128 d'une tâche
d'excitation. Les tâches d'excitation correspondant aux sondes 124 à 128 sont
représentées sur la figure 16 et portent respectivement les références 160 à
164.
Une tâche d'excitation est définie comme étant formée par l'ensemble des
points
de la surface supérieure 34 de la paroi 24 située autour d'un point de cette
face où
l'intensité du champ électromagnétique émis est maximal et incluant tous les
points de cette face où l'intensité du champ électromagnétique émis par cette
sonde est supérieure ou égale à la moitié de cette intensité maximale.
Ces tâches 160 à 164 injectent donc des champs magnétiques aux
fréquences f-ri dans la cavité 136 et remplissent donc chacune la fonction
d'une
sonde d'excitation. Toutefois, l'agencement décrit en regard de la figure 16
permet
d'injecter les champs électromagnétiques à différentes fréquences dans la
cavité
136 sans pour autant modifier la réflectivité de la face supérieure de la
paroi 24.
En effet, aucune ouverture n'est ménagée dans la face supérieure de la paroi
24

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et aucun élément rayonnant saillant n'est introduit dans la cavité 136. Dans
ces
conditions, puisque aucun élément ou aspérité susceptible de diffracter les
champs électromagnétiques injectés dans la cavité 136 n'existe, le mode TEM du
résonateur 123 ne peut pas être excité. De plus, les fréquences f-ri étant
quasiment égales à la fréquence fc2, les modes guidés TEi ou TMi ne peuvent
pas
non plus apparaître dans la cavité 136. Dans ces conditions, l'énergie
électromagnétique introduite dans la cavité 136 est rayonnée par la face
supérieure de la paroi 132. Cela se traduit par l'apparition sur cette face
supérieure de tâches rayonnantes à la verticale de chacune des tâches
d'excitation. Sur la figure 16, des tâches rayonnantes 166 à 170
correspondants
respectivement aux tâches d'excitation 160 à 164 sont représentées. Ces tâches
rayonnantes sont définies comme les tâches d'excitation, c'est-à-dire qu'elles
regroupent l'ensemble des points de la surface supérieure de la paroi 132 au
niveau desquelles l'intensité du champ électromagnétique émis est supérieure
ou
égale à la moitié de l'intensité maximale émise.
Ici, de manière à créer une antenne multifaisceaux dont les faisceaux sont
entrelacés, la position des sondes 124 à 128 les unes vis-à-vis des autres est
choisie de manière à ce que chaque tâche rayonnante chevauche partiellement au
moins une autre tâche rayonnante produite par une autre sonde. La distance
entre
deux sondes est donc strictement inférieure à la somme des rayons de leur
tâche
rayonnante respective. De préférence, la distance entre les sondes mesurée
dans
un plan parallèle au plan XY est choisie de manière à ce que les tâches
d'excitation 160 à 164 ne se chevauchent pas mais que, par contre, les tâches
rayonnantes 166 à 170 se chevauchent partiellement.
L'antenne 120 est tout particulièrement destinée à être installée, par
exemple, dans un satellite de radio télécommunication.
La figure 18 représente un système 180 d'émission d'ondes
électromagnétiques embarqué dans un satellite géostationnaire. Ce système 180
comporte un dispositif de focalisation de faisceaux sur la surface de la terre
182.
Par exemple, le dispositif de focalisation est une parabole 184. Le système
180
comporte également l'antenne 120 placée au foyer de cette parabole 184.
Dans ces conditions, le fait d'entrelacer les tâches rayonnantes sur la face
supérieure de la paroi 132 se traduit par l'apparition de zones de couverture
186 à

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190 entrelacées sur la surface terrestre. Les zones de couverture se
chevauchent
donc partiellement, ce qui évite l'apparition de zones mortes entre deux zones
de
couverture dans lesquelles l'établissement d'une radio télécommunication par
l'intermédiaire du satellite géostationnaire serait impossible, par exemple.
5 La
figure 19 représente une antenne cylindrique 200 similaire à l'antenne
20 à l'exception du fait que les différents plans constituant l'antenne 20 ont
été
recourbés jusqu'à se refermer sur eux-mêmes pour former des faces cylindriques
de sections circulaires au lieu des faces planes.
L'antenne 200 présente ici une symétrie de révolution autour d'un axe 201
10 de révolution s'étendant dans la direction Z.
L'antenne 200 comporte :
- un réflecteur 202 apte à réfléchir la totalité des ondes
électromagnétiques qui se propagent perpendiculairement à sa surface,
- un revêtement filtrant 204 disposé sur la face du réflecteur 202,
15 -
une paroi 206 partiellement réfléchissante entourant le réflecteur
202 et le revêtement 204, et
- une cavité 208 délimitée d'un côté par la face intérieure de la paroi
206 et de l'autre côté par la face extérieure du réflecteur 202.
Ici, le réflecteur 202 est, par exemple, un barreau cylindrique de section
20 circulaire en métal s'étendant le long de l'axe 201.
Le revêtement 54 est ici formé par une succession de cylindres
diélectriques 212 entourant le réflecteur 202 et disposés à intervalles n
réguliers le
long de la direction Z. La longueur de l'intervalle n dans la direction Z est
inférieure
à 2La /2 et de préférence égale à 2La /4. Un tel revêtement 204 forme un
matériau
BIP propre à éliminer les ondes électromagnétiques se propageant dans la
direction Z sans pour autant éliminer les ondes électromagnétiques se
propageant
dans une direction radiale.
La cavité 208 est ici, par exemple, remplie d'air.
La paroi 206 est, par exemple, un matériau BIP diélectrique présentant au
moins une périodicité dans une direction radiale.
La face intérieure de la paroi 206 est espacée du réflecteur 202 par une
distance R1 constante. La distance R1 est choisie de façon similaire à ce qui
a été
décrit en regard de la hauteur h1.

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Le rayon des anneaux 212 est choisi de façon similaire à ce qui a été
décrit en regard de la hauteur hp des plots 42.
Enfin, une sonde d'excitation 214 propre à injecter ou recevoir des
champs électromagnétiques à la fréquence fr est placée à l'intérieur de la
cavité
208 et à proximité du réflecteur 202.
L'antenne 200 fonctionne de façon similaire à ce qui a déjà été décrit
précédemment à l'exception du fait que son lobe de rayonnement principal est
annulaire.
De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, la
section transversale des plots 42 n'a pas besoin d'être carrée. Elle peut être
rectangulaire ou cylindrique, de sections circulaires ou non.
Le matériau BIP formant le revêtement filtrant a été décrit dans le cas
particulier où celui-ci est formé d'au moins deux matériaux différents, dont
l'un
d'eux est le même que celui utilisé pour le réflecteur et l'autre est le même
que
celui remplissant la cavité. Toutefois, il n'est pas nécessaire que ces
matériaux
soient respectivement identiques à celui du réflecteur et de la cavité. Par
exemple,
le matériau identique à celui remplissant la cavité peut être remplacé par une
mousse dont la permittivité est proche de celle du matériau remplissant la
cavité.
Le matériau BIP formant le revêtement 40 a été décrit dans le cas
particulier où la périodicité selon les directions X et Y est identique. En
variante, la
périodicité selon les directions X et Y n'est pas identique. De plus, il n'est
pas
nécessaire que les directions dans lesquelles sont répartis à intervalles
réguliers
les plots 42 soient nécessairement orthogonales. Par exemple, les différents
plots
pourraient être disposés sur les sommets d'un triangle ou d'un hexagone.
Les matériaux BIP utilisés pour former des parois partiellement
réfléchissantes peuvent avoir des éléments se différenciant par leur
permittivité
disposés à intervalles réguliers dans plus de deux directions non colinéaires.
Dans
ces conditions, ces matériaux BIP sont dits à plusieurs dimensions.
Les matériaux BIP utilisés ici sont formés d'au moins deux matériaux
différents. Ces deux matériaux peuvent différer l'un de l'autre par leur
perméabilité
et/ou leur permittivité et/ou leur conductivité.

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Les modes de réalisation des figures 3, 6 et 8 peuvent être combinés. Par
exemple, l'antenne 20 peut être pourvue d'une paroi latérale similaire à la
paroi
latérale 72 ou similaire à la paroi latérale 92.
Dans le cas d'une antenne comportant plusieurs sondes d'excitation, le
fonctionnement simultané de ces différentes sondes peut aussi être obtenu
lorsque chacune des sondes injecte ou reçoit uniquement des champs
électromagnétiques ayant une polarisation différente de celle des autres
sondes
de la même antenne.
Si des éléments susceptibles de diffracter le champ électromagnétique
injecté dans la cavité 136 existent, alors, il est possible de disposer un
revêtement
filtrant sur la face supérieure de la paroi 24. Ce revêtement filtrant est
alors, par
exemple, identique au revêtement filtrant 40.
Les sondes d'excitation peuvent être tous types de sondes susceptibles
d'injecter un champ électromagnétique à l'intérieur d'une cavité. Par exemple,
ces
sondes peuvent être des cônes évasés, une antenne Patch, une antenne fente ou
autre ou un iris de couplage entre un guide d'onde et la cavité 36 ou 122.
Le réflecteur n'est pas nécessairement réalisé en métal. Il peut être aussi
réalisé dans tout autre matériau ou agencement de matériaux présentant une
réflectivité de pratiquement 100 A des ondes électromagnétiques de fréquence
f-r
lorsque celles-ci se propagent perpendiculairement à la face de ce réflecteur.
Enfin, si l'on souhaite produire une antenne qui dépointe, c'est-à-dire dont
la directivité maximale n'est pas perpendiculaire à sa face extérieure
rayonnante,
alors il est possible de choisir la hauteur h1 ou le rayon R1, de manière à ce
que la
fréquence de coupure soit strictement inférieure à la fréquence f-r=
Enfin, en variante, le revêtement filtrant du résonateur 122 est omis, de
sorte qu'aucun des résonateurs de l'antenne 120 ne comporte de revêtement
filtrant tel que le revêtement 40. Le fonctionnement de l'antenne 120 reste
cependant amélioré car le champ magnétique est injecté dans le second
résonateur 123 par des tâches d'excitation, ce qui ne modifie pas la
réflectivité de
la face supérieure de la paroi 24.

Dessin représentatif