[0001] La présente invention concerne le domaine des éléments rayonnants, notamment pour
les bandes de fréquences basses, plus particulièrement les bandes de fréquences se
situant en dessous de la bande S, et employés dans des applications nécessitant de
rayonner de la puissance, pouvant également être utilisés dans des antennes réseau.
Elle s'applique notamment aux antennes utilisées dans des satellites de télécommunication.
[0002] Le terme "élément rayonnant" désigne une combinaison d'au moins un plan de masse
rayonnant, de moyens d'excitation destinés à être alimentés en signaux, et d'une cavité
résonante chargée, de rayonner de l'énergie représentative de ces signaux selon une
longueur d'onde λ
0 choisie.
[0003] Les éléments rayonnants utilisés dans des antennes réseau doivent typiquement présenter
l'une au moins des caractéristiques suivantes : une forte efficacité de surface et/ou
un faible encombrement et une faible masse et/ou la capacité à être excité de manière
compacte en simple ou bi-polarisation et/ou une bande passante compatible avec l'application
visée.
[0004] La caractéristique de forte efficacité de surface est particulièrement importante
dans des utilisations d'éléments rayonnants dans des antennes réseau, du fait qu'elle
permet d'optimiser le gain et de réduire les niveaux des lobes secondaires et des
lobes de réseau. Or, comme cela est explicité ci-après, cette caractéristique est
difficilement compatible avec certaines des autres caractéristiques, et notamment
celles de compacité et d'intégration, quelle que soit la bande de fréquence concernée.
[0005] Le terme "antenne réseau" désigne aussi bien les antennes réseau actives à rayonnement
direct que les antennes réseau focales, ces dernières ayant un ou plusieurs réflecteur(s)
focalisant(s), avec un réseau de sources élémentaires placé dans la zone focale. Une
telle géométrie d'antenne est communément désignée par le sigle FAFR correspondant
à la terminologie anglaise "Focal Array Fed Reflector". Au sein d'une telle antenne,
chaque faisceau ou "spot" est réalisé par le regroupement cohérent des signaux d'un
sous-ensemble des sources élémentaires, avec des amplitudes et phases appropriées
pour obtenir le diagramme d'antenne voulu, notamment la taille et la direction de
visée du lobe principal de rayonnement.
[0006] Dans les bandes de fréquences basses, comme par exemple la bande L ou S, les éléments
rayonnants, quelles que soient les applications pour lesquelles ils sont destinés,
visent à suppléer les cornets, trop encombrants. Les cornets les plus compacts sont
de type cornet de Potter; ils ont une dimension longitudinale typiquement supérieure
à 3λ
0, où λ
0 est la longueur d'onde dans le vide; par exemple, λ
0 est de l'ordre de 150 mm en bande S. Ces cornets de Potter sont limités en ouverture
rayonnante, et donc en gain. De plus grandes dimensions nécessitent des longueurs
plus importantes. Par conséquent, les cornets de Potter présentent un encombrement
longitudinal significatif, ainsi qu'une masse importante.
[0007] Les sous-réseaux, par exemple planaires dans le cas d'applications spatiales, ne
sont également pas satisfaisants, en terme de pertes et de compatibilité à des fonctionnements
à forte puissance.
[0008] Un premier type de sous-réseau planaire consiste en des éléments rayonnants de type
pavé, encore désignés "patches" selon la terminologie anglaise, reliés par un répartiteur
triplaque. Ce répartiteur est relativement complexe et permet difficilement de réaliser
un sous-réseau permettant la bipolarisation, voire un fonctionnement bi-bande. Les
pertes générées dans ce réseau peuvent être également significatives.
[0009] Un second type de sous-réseau, notamment décrit dans la demande de brevet français
publiée sous la référence
FR2767970, consiste en la combinaison d'un résonateur excitateur de type pavé et de pavés parasites
qui constituent des éléments rayonnants connus sous le sigle ERDV, pour "Elément Rayonnant
à Directivité Variable". Ce second type permet de s'affranchir du répartiteur, et
donc de simplifier notablement sa définition, ainsi que de repolariser en circulaire
les champs lorsque les pavés, ou "patches", sont chanfreinés et que la polarisation
est circulaire. Mais, sa mise en oeuvre pour des ouvertures supérieures à 1,5 fois
la longueur d'onde nominale de fonctionnement est complexe. Ce concept repose en outre
sur une technologie de type micro-ruban qui peut être incompatible de fortes puissances.
[0010] Une simplification aux sous-réseaux du second type a été proposée. Elle consiste
à remplacer, d'une part, les pavés parasites par une grille métallique réalisant une
interface semi-réfléchissante facilitant l'établissement du champ électromagnétique
dans la cavité, et d'autre part, le pavé excitateur par un excitateur guidé, de manière
à définir une cavité de type Pérot-Fabry, comme dans le cas d'un ERDV. L'élément rayonnant
est alors entièrement métallique, compatible avec des applications requérant une forte
puissance, beaucoup plus simple à définir qu'un élément ERDV classique, et permet
d'atteindre des ouvertures rayonnantes plus importantes qu'un élément ERDV classique.
Cependant, un tel élément rayonnant possède deux inconvénients : l'obtention d'ouvertures
rayonnantes de dimensions importantes nécessite des grilles de fortes réflectivités,
pour que le champ électromagnétique s'établisse dans la cavité de type Pérot-Fabry.
L'utilisation de ces fortes réflectivités génère un retour important du signal vers
le guide d'accès, et l'adaptation de l'élément rayonnant est très délicate et valide
seulement sur une bande de fréquence très étroite. D'autre part, lorsqu'une forte
efficacité de surface est requise, il est alors nécessaire, pour insérer l'élément
rayonnant dans une antenne réseau, de contraindre l'expansion du champ électromagnétique
dans la cavité, par l'intermédiaire de parois métalliques. Ces dernières induisent
une distribution non uniforme du champ dans la cavité métallique. Certes, l'utilisation
de grilles à pas variable permet d'améliorer la distribution du champ en provoquant
une réflexion plus importante au centre qu'en périphérie, mais alors la structure
complète devient très difficile à adapter.
[0011] Une solution est proposée dans la demande de brevet français publiée sous la référence
FR2901062. Un des modes de réalisation qui y est présenté, décrit ci-après en détails en référence
à la figure 2, comprend un empilement de deux cavités à air de type Pérot-Fabry, permettant
une grande compacité, tout en conférant un fort rendement de surface ainsi qu'une
compatibilité avec des signaux de forte puissance. L'empilement de deux cavités permet
de relâcher le coefficient de surtension de la cavité excitatrice, et de réduire ainsi
les retours dans l'accès, pour permettre une meilleure adaptation. Cependant une telle
structure est propice à l'excitation de modes supérieurs, notamment générés par la
discontinuité présente à l'interface des deux cavités empilées. Ces modes supérieurs
nuisent au diagramme de rayonnement de l'antenne. La demande de brevet
FR2901062 précitée propose de pallier ce problème par l'usage de parois latérales pour les
cavités, au sein desquels sont réalisés des reliefs adéquats. Les reliefs peuvent
par exemple être réalisés sous la forme de corrugations longitudinales. Néanmoins,
de telles corrugations sont difficiles à réaliser, et sont relativement encombrantes.
En outre, il peut s'avérer nécessaire en pratique de charger ces corrugations d'un
diélectrique, ce qui rend leur réalisation plus complexe, et peut générer des problèmes
dans un environnement spatial, ou dans lequel il est nécessaire de traiter des signaux
de forte puissance.
[0012] Enfin, il est nécessaire d'associer à des éléments rayonnants d'antennes des dispositifs
de polarisation. Par exemple, les éléments rayonnants doivent pouvoir être excités
en simple polarisation et/ou en bipolarisation et/ou en polarisation circulaire. D'une
manière typique, dans les antennes comprenant des éléments rayonnants de type cornet,
la dimension du polariseur est du même ordre de grandeur que la dimension du cornet.
Ainsi, l'encombrement des antennes est fortement impacté par l'adjonction de polariseurs.
[0013] Un but de la présente invention est de pallier au moins les inconvénients précités,
en proposant un élément rayonnant à cavités résonantes à fort rendement de surface,
dont la structure est particulièrement compacte, et confère un compromis optimal entre
une forte efficacité de surface, un faible encombrement et une faible masse, ainsi
que la capacité à être excité en simple polarisation ou en bipolarisation.
[0014] A cet effet, la présente invention a pour objet un élément rayonnant comprenant au
moins deux cavités résonantes concentriques, formées par une cavité inférieure alimentée
par des moyens d'excitation, et une cavité supérieure empilée sur la cavité inférieure,
chacune desdites cavités résonantes étant délimitée en sa partie inférieure par un
plan de masse, en sa partie latérale par une paroi latérale essentiellement cylindrique
ou conique, au moins la cavité supérieure étant délimitée en sa partie supérieure
par un premier capot essentiellement plan, l'élément rayonnant étant caractérisé en
ce que des corrugations essentiellement de forme cylindrique et concentriques des
cavités résonantes, sont formées sensiblement en dessous du premier plan de masse
de la cavité résonante supérieure.
[0015] Dans un mode de réalisation de l'invention, les parois latérales peuvent être de
forme essentiellement cylindrique.
[0016] Dans un mode de réalisation de l'invention, les parois latérales peuvent être de
forme essentiellement conique.
[0017] Dans un mode de réalisation de l'invention, la cavité inférieure peut être également
délimitée en sa partie supérieure, sensiblement au niveau de la partie inférieure
de la cavité supérieure, par un second capot.
[0018] Dans un mode de réalisation de l'invention, les plans de masse, les capots, les parois
latérales et les corrugations peuvent être essentiellement réalisées dans un matériau
métallique.
[0019] Dans un mode de réalisation de l'invention, les capots peuvent être formés par une
surface partiellement réfléchissante.
[0020] Dans un mode de réalisation de l'invention, les capots peuvent être formés par une
grille métallique.
[0021] Dans un mode de réalisation de l'invention, les capots peuvent être formés par un
matériau diélectrique.
[0022] Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément rayonnant peut être caractérisé
en ce qu'un radome polarisant est réalisé en la partie supérieure de la cavité supérieure.
[0023] Dans un mode de réalisation de l'invention, le radome polarisant peut être formé
par deux surfaces sélectives de fréquence polarisantes dites FSS polarisantes essentiellement
planes, disposées parallèlement l'une de l'autre, et parallèlement et sensiblement
au-dessus dudit premier capot.
[0024] Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque FSS polarisante peut être formée
par une plaque métallique comprenant une pluralité de fentes.
[0025] Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque FSS polarisante peut être formée
par une plaque métallique comprenant une pluralité de cellules fentes en croix.
[0026] Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque FSS polarisante peut être formée
par une plaque métallique comprenant une pluralité de cellules fentes en croix disposées
selon un motif périodique sur la surface de la plaque métallique.
[0027] Dans un mode de réalisation de l'invention, les parois latérales et les corrugations
peuvent être cylindriques à section circulaire.
[0028] Dans un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens d'excitation peuvent comprendre
au moins un guide d'alimentation concentrique des cavités résonantes et débouchant
directement, ou via des moyens d'adaptation, dans la cavité inférieure.
[0029] Dans un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens d'excitation peuvent comprendre
au moins une alimentation double formée par deux guides d'onde latéraux débouchant
de manière symétrique par rapport à l'axe principal de la cavité inférieure, sensiblement
au niveau de la paroi latérale de la cavité inférieure, les signaux convoyés par les
moyens d'excitation étant accordés en phase de manière à ce que les modes supérieurs
indésirables soient filtrés.
[0030] Dans un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens d'excitation peuvent comprendre
au moins un guide d'alimentation concentrique des cavités résonantes et débouchant
directement, ou via des moyens d'adaptation, dans la cavité inférieure, et au moins
une alimentation double formée par deux guides d'onde latéraux débouchant de manière
symétrique par rapport à l'axe principal de la cavité inférieure, sensiblement au
niveau de la paroi latérale de la cavité inférieure, les signaux convoyés par les
moyens d'excitation étant accordés en phase de manière à ce que les modes supérieurs
indésirables soient filtrés.
[0031] Dans un mode de réalisation de l'invention, un radome polarisant peut être réalisé
au-dessus de la cavité supérieure, le radome polarisant étant essentiellement de forme
cylindrique et concentrique des cavités résonantes.
[0032] Dans un mode de réalisation de l'invention, le radome polarisant peut être essentiellement
de forme cylindrique à section carrée.
[0033] La présente invention a également pour objet une antenne réseau caractérisée en ce
qu'elle comprend un ou une pluralité d'éléments rayonnants tels que décrits ci-dessus.
[0034] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de
la description, donnée à titre d'exemple, faite en regard des dessins annexés qui
représentent :
- la figure 1, un élément rayonnant à cavité à air unique, de structure en elle-même
connue de l'état de la technique ;
- la figure 2, un élément rayonnant à empilement de deux cavités à air, de structure
en elle-même connue de l'état de la technique ;
- les figures 3a et 3b, un élément rayonnant selon un exemple de réalisation de l'invention,
respectivement en vue en coupe latérale et en vue de dessus ;
- la figure 4, un élément rayonnant selon un autre exemple de réalisation de l'invention,
dans une vue en coupe latérale ;
- la figure 5, un élément rayonnant selon un autre exemple de réalisation de l'invention,
dans une vue en coupe latérale ;
- les figures 6a et 6b, un élément rayonnant selon un autre exemple de réalisation de
l'invention, respectivement dans une vue en coupe latérale, et dans une vue en perspective.
[0035] La figure 1 présente un élément rayonnant à cavité à air unique, de type Pérot-Fabry,
selon un mode de réalisation en lui-même connu de l'état de la technique et décrit
dans la demande de brevet
FR2901062 précitée.
[0036] Un élément rayonnant 10, présenté en vue en coupe latérale dans un plan XZ sur la
figure, peut comprendre une cavité résonante à air 11 entièrement délimitée par un
plan de masse 110 en sa partie inférieure situé dans un plan XY, des parois latérales
111 et un capot 112 en sa partie supérieure. L'élément rayonnant 10 comprend des moyens
d'excitation 12, pouvant être alimentés en signaux radiofréquence. Les moyens d'excitation
12 peuvent notamment comprendre un accès d'alimentation, par exemple formée par un
guide d'onde métallique 121 dont l'axe principal est parallèle à l'axe Z, dont une
des extrémités débouche sensiblement au niveau du plan de masse 110.
[0037] La cavité résonante à air 11 présente une section transverse, c'est-à-dire parallèle
au plan XY, par exemple de forme carrée, circulaire, hexagonale, ou encore de toute
autre forme qui soit compatible de la mise en réseau de l'élément rayonnant 10.
[0038] Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 1, les parois latérales 111
peuvent être de type "hard surface", c'est-à-dire par exemple réalisées dans un matériau
métallique, dans lequel sont formés des sillons longitudinaux disposés de part et
d'autre de nervures longitudinales. Les sillons longitudinaux peuvent être remplis
au moins partiellement d'un matériau diélectrique. Les sillons longitudinaux et les
nervures peuvent définir une structuration longitudinale périodique. Ainsi que cela
est évoqué précédemment, une telle structuration est difficile à réaliser en pratique,
et présente un encombrement important. En outre la réalisation d'une telle structuration
est complexifiée par la nécessité de charger d'un matériau diélectrique les sillons
longitudinaux.
[0039] Le capot 112 peut par exemple être réalisé dans un matériau diélectrique fin ou épais.
Le matériau diélectrique peut par exemple comprendre une face dans laquelle est formée
une grille métallique formant une surface semi-réfléchissante permettant d'augmenter
l'excitation de la cavité résonante à air 11 par les signaux. Le matériau diélectrique
peut également comprendre une face sur laquelle est formé un pavé métallique, dit
"patch", ou un réseau de pavés métalliques, afin d'induire une résonance complémentaire
à celle de la cavité résonante à air 11. Egalement, le capot 112 peut être réalisé
dans un matériau métallique dans lequel est formée une grille métallique. La grille
formée dans le capot 112 peut avantageusement présenter un pas variable dans au moins
une direction choisie.
[0040] La figure 2 présente un élément rayonnant à empilement de deux cavités à air de type
Pérot-Fabry, selon un mode de réalisation en lui-même connue de l'état de la technique
et décrit dans la demande de brevet
FR2901062 précitée.
[0041] Un élément rayonnant 20 peut comporter deux cavités résonantes à air 21 et 22 concentriques
mises en cascade ; une cavité supérieure 21 disposée au-dessus d'une cavité inférieure
22. Cette mise en cascade permet d'exciter par l'accès d'alimentation une cavité inférieure
22 de dimensions réduites, et ainsi de limiter l'excitation de modes supérieurs dans
cette cavité inférieure 22, puis par couplage dans la cavité supérieure 21. Le rayonnement
peut ainsi être mieux maîtrisé, notamment dans le cas d'éléments rayonnants 20 d'ouvertures
larges. Elle permet également de réduire les réflectivités des capots 212 et 222,
et donc de coupler plus efficacement l'élément rayonnant 20 à l'accès d'alimentation.
Les pertes par réflexion dans le guide d'accès sont réduites, et ainsi l'adaptation
de l'impédance d'entrée de l'élément rayonnant 20 est facilitée.
[0042] La cavité supérieure 21 présente sensiblement la même structure que la cavité inférieure
22. D'une manière similaire à la structure à une cavité décrite précédemment en référence
à la figure 1, l'élément rayonnant 20 comprend des moyens d'excitation 12, ceux-ci
étant aptes à alimenter la cavité inférieure 22. La section transverse de la cavité
supérieure 21 est supérieure à celle de la cavité inférieure 22.
[0043] La cavité supérieure 21 est délimitée dans le plan XY par une première paroi latérale
211, et couverte en sa partie supérieure par un premier capot 212. La première paroi
latérale 211 peut être solidarisée à un premier plan de masse 210, par exemple formé
sur la surface inférieure d'un premier substrat SBT. De la même manière, la cavité
inférieure 22 est délimitée par une seconde paroi latérale 221 et couverte par un
second capot 222. La seconde paroi latérale 221 peut être solidarisée à un second
plan de masse 220, pouvant être formé sur la surface inférieure d'un second substrat
SBT'. Le premier 212 et la première paroi latérale 211 peuvent être réalisés selon
la configuration décrite précédemment en référence à la figure 1. Le premier substrat
SBT et le premier plan de masse 210 peuvent comporter une ouverture traversante apte
à loger le second capot 222 de la cavité inférieure 22. Ainsi que cela est illustré
par la figure 2, les capots 212 et 222 peuvent chacun comporter une grille métallique
213, 223, plus généralement ceux-ci peuvent comporter des surfaces partiellement réfléchissantes.
[0044] Les exemples de réalisation de la présente invention décrits en détail ci-après en
référence aux figures suivantes, s'appliquent à une structure comprenant au moins
deux cavités résonantes empilées, cependant ceux-ci peuvent également s'appliquer
à des structures comprenant un empilement d'une pluralité de cavités résonantes à
air. La présente invention propose de ne pas recourir aux parois latérales des cavités
résonantes pour pallier les problèmes liés aux modes supérieurs électromagnétiques.
[0045] Les figures 3a et 3b présentent un élément rayonnant selon un exemple de réalisation
de l'invention, respectivement en vue en coupe latérale et en vue de dessus.
[0046] Dans l'exemple illustré par la figure 3a, un élément rayonnant 30 présenté en coupe
dans le plan XZ, peut comprendre une cavité supérieure 31 pouvant être concentrique
d'une cavité inférieure 32, la cavité supérieure 31 étant empilée sur la cavité inférieure
32, d'une manière similaire à l'exemple décrit précédemment en référence à la figure
2. Il est à noter que les cavités 31, 32 sont essentiellement cylindriques dans les
modes de réalisation donnés à titres d'exemples et décrits par les figures. Des modes
de réalisation alternatifs peuvent également comprendre des cavités 31, 32 de forme
essentiellement conique. La cavité inférieure 32 peut être alimentée par des moyens
d'excitation, par exemple un guide d'onde métallique 33, de forme cylindrique dans
l'exemple illustré par la figure. La cavité supérieure 31 peut être délimitée en sa
partie supérieure par un premier capot 312, en sa partie latérale par une première
paroi latérale 311, et en sa partie inférieure par un premier plan de masse 310. De
la même manière, la cavité inférieure 32 peut être délimitée en sa partie supérieure
par un second capot 322, en sa partie latérale par une seconde paroi latérale 312,
et en sa partie inférieure par un second plan de masse 320. Les plans de masse 310,
320 peuvent par exemple être réalisés dans un matériau métallique. Egalement, les
parois latérales 311, 321 peuvent être réalisées dans un matériau métallique, et être
exemptes de diélectriques et/ou de reliefs. Une ouverture peut être réalisée dans
le premier plan de masse 310, de surface correspondant sensiblement à la surface de
la cavité inférieure 32 dans le plan XY, ladite ouverture laissant place au second
capot 322. Les capots 312, 322 peuvent être formés par des surfaces partiellement
réfléchissantes, par exemple par des grilles 313, 323. Par exemple pour des applications
nécessitant un rayonnement suivant une seule polarisation, les grilles 313, 323 peuvent
être des grilles unidimensionnelles, telles que des réseaux de fils, les fils étant
alignés avec la polarisation d'excitation. Dans des applications nécessitant un rayonnement
en double polarisation, les grilles 313, 323 doivent avoir des caractéristiques de
réflectivité identiques pour les deux polarisations d'excitation, ce sont donc des
grilles bidimensionnelles, dont il n'est pas nécessaire que l'alignement corresponde
à celui des polarisations d'excitation.
[0047] Le guide d'onde 33 peut par exemple déboucher à fleur du fond de la cavité inférieure
32, ou bien déboucher dans la cavité inférieure 32, en dépassant légèrement du fond
de celle-ci. Egalement, il peut être envisagé de faire recours à des moyens d'adaptation,
par exemple par iris.
[0048] Dans un mode de réalisation alternatif, non représenté sur les figures, il est également
possible de former des moyens d'excitation par alimentations doubles par le côté,
respectivement pour des applications requérant une simple polarisation ou une polarisation
multiple. Egalement, une excitation en polarisation double peut être obtenue par une
alimentation par le dessous telle que décrite ci-dessus, conjointement à une alimentation
double par le côté. Les alimentations doubles débouchent à l'orthogonale de la surface
latérale de la cavité inférieure 32, et à l'opposé l'une de l'autre par rapport à
l'axe principal. Dans ces divers modes de réalisation, chaque alimentation double
est associée à un unique accès par exemple au moyen d'un répartiteur adéquat, et toutes
les alimentations sont excitées de manière cohérente, de sorte que les excitations
des modes supérieurs indésirables soient filtrées. De telles structures permettent
d'utiliser l'élément rayonnant pour des applications nécessitant une polarisation
double.
[0049] Selon une particularité de la présente invention, des corrugations 300 peuvent être
formées, sensiblement en dessous du premier plan de masse 310. Les corrugations 300
peuvent être réalisées dans un matériau métallique, et peuvent être de forme cylindrique,
concentriques des cavités résonantes 31, 32. Dans l'exemple illustré par les figures
3a et 3b, deux corrugations 300 cylindriques sont représentées. Dans des modes de
réalisation alternatifs, une corrugation cylindrique peut être envisagée. Egalement,
plus de deux corrugations cylindriques peuvent être disposées sous la cavité résonante
supérieure 31 ; il peut être avantageux dans un tel cas de recourir à une pluralité
de corrugations 300 disposées de manière périodique, c'est-à-dire que l'écartement
entre deux corrugations concentriques voisines demeure constant.
[0050] D'une manière générale, il est nécessaire de recourir à un plus grand nombre de corrugations
300, si la taille latérale de la cavité résonante supérieure 31 est plus grande. La
position d'une corrugation 300 peut par exemple être caractérisée par sa distance
r
C par rapport à l'axe principal de l'élément rayonnant 30. Le dimensionnement des corrugations
300 peut être caractérisé par leur hauteur I
C, leur épaisseur d
C. Dans le cas où plusieurs corrugations 300 concentriques disposées de manière périodique
sont utilisées, l'écartement entre des corrugations voisines peut être caractérisé
par la période a
C.
[0051] La hauteur I
C des corrugations 300 permet un contrôle de la bande de fréquence où le mode supérieur
est supprimé. Il est par exemple avantageux de choisir la hauteur I
C de l'ordre du quart de la longueur d'onde nominale λ
0 de fonctionnement de l'élément rayonnant 30, cette valeur permettant une suppression
du mode supérieur.
[0052] La position des corrugations, c'est-à-dire la valeur r
C, permet d'optimiser la symétrie axiale du diagramme de rayonnement de l'élément rayonnant
30, c'est-à-dire la similarité, souhaitée, entre les diagrammes de rayonnement dans
le plan E et dans le plan H de l'onde éléctromagnétique rayonnée. Il peut être avantageux
de choisir la valeur r
C de l'ordre de la longueur d'onde nominale λ
0.
[0053] Dans un exemple typique, il est par exemple possible de réaliser un élément rayonnant
30 destiné à fonctionner dans une bande de fréquence s'étalant de 2,48 GHz à 2,5 GHz,
dont la cavité supérieure 31 est de forme cylindrique à section circulaire, d'un diamètre
de l'ordre de 2,5xλ
0, comportant une unique corrugation 300 cylindrique à section circulaire, disposée
à 118 mm de l'axe principal de l'élément rayonnant 30, d'une hauteur de 31 mm et d'une
largeur de 3.7 mm. Le diamètre de la cavité inférieure 32 peut par exemple être inférieur
à la moitié du diamètre de la cavité supérieure 31. Dans cet exemple typique, il est
de l'ordre de 1λ
0. Une telle configuration permet d'atteindre un diagramme de rayonnement parfaitement
axisymétrique, c'est à dire dont la largeur du lobe est constante quelque soit le
plan d'observation, et également caractérisé par un niveau de lobe secondaire ou SLL
inférieur à -20 dB. En outre, il possède des performances telles qu'une variation
de directivité comprise entre 16 dB et 16,2 dB, une variation de l'efficacité de surface
comprise entre 60% et 63%, un coefficient de réflexion |S
11| inférieur à -25 dB. En comparaison, un élément rayonnant de structure similaire
ne comportant pas de corrugation est caractérisé par un diagramme de rayonnement non
axisymétrique, avec un pincement du lobe dans le plan E associé à une remontée des
lobe secondaire ou SLL, typiquement entre -13 et -10 dB dans la bande de fonctionnement.
[0054] Ainsi que cela est illustré par la figure 3b, les cavités 31, 32, ainsi que les corrugations
300 peuvent être cylindriques de section circulaire. D'autres modes de réalisations
de l'invention, non représentés dans les figures, peuvent par exemple comporter des
cavités 31, 32 et/ou des corrugations 300 cylindriques de section non circulaire,
par exemple de section carrée, rectangulaire, hexagonale, etc.
[0055] Les réflectivités des surfaces partiellement réfléchissantes 313, 323 formées par
les capots 312, 322 des cavités 31, 32 peuvent être ajustées afin d'obtenir des bandes
d'adaptation et de rayonnement concomitantes. La cavité inférieure 32 peut être choisie
de dimension plus réduite que la cavité supérieure 31. Par exemple, les surfaces partiellement
réfléchissantes 313, 323 peuvent être formées par des grilles, et la réflectivité
de la grille associée à la cavité inférieure 32 peut être de faible valeur, dans le
but d'obtenir une bonne adaptation. La réflectivité de la cavité supérieure 31 peut
être de valeur plus élevée, dans le but d'étaler le champ sur l'ouverture de l'élément
rayonnant, et d'atteindre de fortes directivités.
[0056] Des valeurs peuvent être données ici à titre d'exemple non limitatif de réalisation
de l'invention : il est par exemple possible de réaliser un élément rayonnant 30 bande
Ku de simple polarisation linéaire, avec corrugation 300, destiné à opérer dans une
bande de fréquence s'étalant de 11,8 à 13,2 GHz, dont l'ouverture est de l'ordre de
1,85xλ
0, dont l'épaisseur, c'est-à-dire l'épaisseur cumulée des deux cavités résonantes 31,
32, est de l'ordre de λ
0, dont les capots 312, 322 sont respectivement formés par des grilles semi-réfléchissantes
respectivement de coefficients de réflectivités (en puissance) égaux à 20% et à 30%.
Une telle configuration permet d'atteindre un diagramme de rayonnement axisymétrique
et caractérisé par un niveau de lobe secondaire ou SLL inférieur à -18 dB. En outre,
il possède des performances telles qu'une variation de directivité comprise entre
14,59 dB et 15,39 dB, une variation de l'efficacité de surface comprise entre 71,9%
et 77,6%, ainsi qu'un coefficient de réflexion |
S11| inférieur à -15,5 dB. En comparaison, un élément rayonnant de structure similaire
ne comportant pas de corrugation est principalement différent en ce que le diagramme
de rayonnement est non axisymétrique, et se caractérise par un pincement du lobe dans
le plan E associé à une remontée des lobe secondaire ou SLL, typiquement entre -13
et -10 dB dans la bande de fonctionnement.
[0057] La figure 4 présente un élément rayonnant selon un autre exemple de réalisation de
l'invention, dans une vue en coupe latérale. Dans l'exemple de réalisation illustré
par la figure 4, un élément rayonnant 30 peut être réalisé suivant une structure identique
à la structure décrite ci-dessus en référence aux figures 3a et 3b, mais dans laquelle
la cavité inférieure 32 ne comprend pas de capot. Une telle structure d'élément rayonnant
ne comporte qu'une seule grille 313, et partant est plus simple et moins coûteuse
à réaliser. La suppression de la grille dans la cavité inférieure 32 est en effet
possible car la seule brusque transition entre la cavité inférieure 32 et la cavité
supérieure 31 génère un phénomène de réflexion, une cavité résonante inférieure étant
alors définie sans qu'une grille métallique ne soit nécessaire. Une telle structure
est par exemple appropriée pour des ouvertures de l'élément rayonnant allant de 1
à 3 λ
0, par exemple pour des applications en bandes S ou Ku, la configuration étant donnée
précédemment à titre d'exemple correspondant à une application en bande Ku.
[0058] Ainsi que cela est évoqué précédemment, il est avantageusement possible de conférer
à un élément rayonnant selon l'invention, une plus grande compacité, en s'affranchissant
de l'encombrement additionnel imposé par un dispositif de polarisation ou polariseur.
La figure 5 présente un exemple de réalisation avantageux, dans lequel un polariseur
est intégré à la structure-même de l'élément rayonnant.
[0059] En référence à la figure 5, un élément rayonnant 50 représenté dans une vue en coupe
latérale dans un plan XZ, peut être réalisé selon une structure similaire aux structures
de l'élément rayonnant 30 décrites précédemment en référence aux figures 3a, 3b et
4. Dans l'exemple illustré par la figure 5, une structure similaire à la structure
illustrée par la figure 4 est choisie. L'élément rayonnant 50 comprend ainsi notamment
une cavité inférieure 32 alimentée par des moyens d'excitation formés par un guide
d'onde 33. La cavité supérieure 31 est couverte par un capot formé par une grille
313 constituant une surface partiellement réfléchissante. Dans l'exemple illustré
par la figure, une corrugation simple est réalisée sensiblement sous la cavité supérieure
31. Selon une particularité du mode de réalisation illustré par la figure 5, un radome
polarisant 51 peut être réalisé dans la partie supérieure de la cavité supérieure
31. Le radome polarisant 51 peut être formé par l'association d'au moins deux surfaces
sélectives en fréquence polarisantes, désignée FSS polarisantes selon la terminologie
anglaise "Frequency Selective Surface". Un radome polarisant est en lui-même connu
de l'état de la technique, et permet d'induire une différence de phase entre les deux
composantes du champ électrique E
x et E
y de l'onde électromagnétique. Lorsque cette différence de phase est ±90°, le radôme
polarisant 51, excité en polarisation linéaire selon une direction oblique dans le
plan XY, c'est-à-dire à +45° par ra pport à l'axe X, génère une polarisation circulaire
droite, et excité en polarisation linéaire selon une direction de -45°, génère une
polarisation circulai re gauche. Il est à observer que le radome polarisant 51 transforme
un fonctionnement de type double polarisation linéaire en fonctionnement de type double
polarisation circulaire.
[0060] Dans l'exemple non limitatif illustré par la figure 5, le radome polarisant 51 peut
être de type "double-FSS", et comprendre deux FSS polarisantes 511 et 512 disposées
parallèlement l'une au-dessus de l'autre, et séparées d'une distance D
FSS. La FSS inférieure 512 est disposée parallèlement à la grille 313, à une distance
D
3 de cette dernière. Une configuration de type double FSS permet l'obtention d'une
bande passante plus large, et une transmission du signal sans perte, la transmission
du signal n'induisant pas un retour vers la cavité supérieure 31. Il n'est pas possible
d'obtenir avec un radôme polarisant simple couche une transmission sans pertes, et
un déphasage de 90° selon les deux composantes E
x et E
y du signal incident.
[0061] D'une manière typique, les deux FSS polarisantes 511 et 512 sont identiques et séparées
d'une demi-longueur d'onde guidée, dans le but d'obtenir simultanément une transmission
sans perte du signal incident, et un retard en quadrature de phase entre les deux
composantes orthogonale du signal transmis. Le radôme polarisant 51 est positionné
au dessus de l'élément rayonnant 50 conçu pour rayonner en double polarisation linéaire,
à une distance typiquement de l'ordre d'un quart de longueur d'onde guidée. Ainsi,
le radome polarisant 51 ne perturbe pas fondamentalement le fonctionnement de l'élément
rayonnant 50. Une légère modification des dimensions des motifs de la FSS peuvent
être ajustés dans le but d'affiner le rayonnement et l'adaptation de l'élément rayonnant
50.
[0062] Les FSS polarisantes peuvent être de type inductif ou capacitif : les FSS polarisantes
de type inductif étant essentiellement formées par des surfaces métalliques dans lesquelles
des motifs définis par des fentes sont réalisés, les FSS polarisantes de type capacitif
étant essentiellement formées par des surfaces sur lesquelles des motifs métalliques
sont réalisés. L'usage de FSS de type inductif peut s'avérer avantageux, car il ne
nécessite pas l'usage d'un substrat, les FSS pouvant être alors directement réalisées
en un matériau métallique.
[0063] Chaque FSS polarisante 511, 512 peut par exemple être réalisée sous la forme d'une
plaque métallique munie de fentes. Par exemple, pour des applications requérant une
excitation en bipolarisation ou en polarisation circulaire, des cellules fentes en
croix 520, désignées cellules "cross slots" selon la terminologie anglaise, peuvent
être disposées sur la plaque métallique, par exemple suivant un motif périodique.
Une cellule fente en croix 520 est représentée en vue de dessus sur la figure 5. La
cellule fente en croix 520 est notamment caractérisée par la longueur de son côté,
ou période a, par la longueur et la largeur, respectivement a
y et d
y de la fente horizontale (c'est-à-dire selon l'axe X), ainsi que par la longueur et
la largeur a
x et d
x de la fente verticale (selon l'axe Y). Il est possible d'obtenir une différence de
phase entre les deux composantes de champ E
x et E
y en choisissant des fentes horizontales et verticales de tailles différentes. La réflectivité
selon une polarisation donnée est ajustée en faisant varier la longueur de la fente
perpendiculaire à cette polarisation. Sachant que la réflectivité de la fente est
nulle à la résonance, et que avant sa résonance la fente présente un coefficient de
réflexion de phase négative et après la résonance une phase positive, les fentes en
croix ont des longueurs différentes selon chacune des deux polarisations de façon
à créer un déphasage de 90° entre les deux polarisations, et ainsi générer une polarisation
circulaire. Par exemple, les longueurs a
x et a
y des fentes peuvent être déterminées afin que l'une des fentes ait une action sur
des fréquences inférieures à la fréquence de résonance, et l'autre fente pour des
fréquences supérieures. De la sorte, il est possible d'obtenir pour le radome polarisant
constitué de deux FSS séparés par exemple d'une distance D
FSS égale à λ
0/2 ou voisine de cette valeur, une différence de phase de 90° en transmission entre
les composantes E
x et E
y. Par exemple, il est possible de fixer la longueur a
x de la fente verticale à une valeur inférieure à λ
0/2, et la longueur a
y de la fente horizontale à une valeur supérieure à λ
0/d2. Il est bien sûr réciproquement possible de fixer la longueur a
y de la fente horizontale à une valeur inférieure à λ
0/2, et la longueur a
x de la fente verticale à une valeur supérieure à λ
0/2. La période a doit être fixée à une valeur supérieure à a
x et à a
y. Les largeurs de fentes d
x et d
y sont ajustées en fonction de l'épaisseur de la plaque métallique. D'une manière typique,
les largeurs des fentes d
x et d
y sont choisies bien inférieures à la longueur d'onde nominale λ
0. L'exemple de réalisation précité se fonde sur des cellules fentes en croix 520 agencées
selon une maille carrée, mais il est également possible de recourir à des cellules
agencées selon une maille différente, par exemple ronde, hexagonale, ...
[0064] Egalement, des motifs autres que des croix peuvent être utilisés, par exemple des
fentes annulaires, ou des fentes de type Croix de Jérusalem, etc.
[0065] Il est avantageusement possible de recourir à un radome polarisant qui ne soit pas
directement intégré à la cavité supérieure, comme dans l'exemple de réalisation décrit
ci-dessus en référence à la figure 5. Les figures 6a et 6b présentent un élément rayonnant
selon un autre exemple de réalisation de l'invention, respectivement dans une vue
en coupe latérale, et dans une vue en perspective.
[0066] Dans l'exemple illustré par les figures 6a et 6b, un élément rayonnant 60 peut présenter
une structure essentiellement similaire à la structure de l'élément rayonnant 50 décrit
ci-dessus en référence à la figure 5. Ainsi, l'élément rayonnant 60 comprend notamment
une cavité supérieure 31, une cavité inférieure 32 alimentée par un guide d'onde 33.
La cavité supérieure 31 est dans cet exemple couverte par un capot formé par une grille
313. Des corrugations 300 sont réalisées sensiblement en dessous de la cavité supérieure
31. Dans l'exemple illustré par les figures 6a et 6b, les parois latérales des cavités
supérieure et inférieure 31, 32 sont de forme cylindrique, à section circulaire. Un
radome polarisant 61 est réalisé au-dessus de la cavité supérieure 31. Dans cet exemple,
le radome polarisant 61 est également de forme cylindrique, mais à section carrée.
Ainsi que cela est illustré par la figure 6b, le radome polarisant 61 est délimité
en sa partie latérale par des parois latérales de forme sensiblement cylindrique,
à section carrée. L'usage d'une section carrée permet ici de disposer un plus grand
nombre de cellules fentes à croix 620 de forme carrée sur la surface de FSS polarisantes
611, 612 formées par deux plaques métalliques disposées parallèlement l'une de l'autre.
[0067] Dans un exemple typique, il est possible de réaliser un élément rayonnant destiné
à fonctionner dans une bande de fréquence s'étalant de 2,48 GHz à 2,5 GHz, dont le
radome polarisant 61 est de forme carrée dont le côté a une longueur de l'ordre de
2,7xλ
0. Une telle configuration permet d'atteindre la double polarisation circulaire, c'est-à-dire
droite et gauche en excitant l'antenne par deux polarisations linéaires +45°à -45°.
Dans les deux cas, les diagrammes de rayonnement sont parfaitement axisymétriques,
c'est-à-dire que la largeur du lobe est constante quel que soit le plan d'observation,
et également caractérisés par un niveau de lobe secondaire ou SLL inférieur à -25
dB. En outre, sur la bande de fréquences mentionnée plus haut, pour les deux polarisations,
la directivité varie entre 16,5 dB et 16,7 dB, et l'efficacité de surface est comprise
entre 63% et 66%. Le coefficient de réflexion |S
11| est inférieur à -20 dB et le rapport axial inférieur à 1 dB sur la bande d'intérêt.
1. Elément rayonnant (30) comprenant au moins deux cavités résonantes (31, 32) concentriques,
formées par une cavité inférieure (32) alimentée par des moyens d'excitation (12,
33), et une cavité supérieure (31) empilée sur la cavité inférieure, chacune desdites
cavités résonantes (31, 32) étant délimitée en sa partie inférieure par un plan de
masse (310, 320), en sa partie latérale par une paroi latérale (311, 321), au moins
la cavité supérieure (31) étant délimitée en sa partie supérieure par un premier capot
(313) essentiellement plan, l'élément rayonnant (30) étant caractérisé en ce que des corrugations (300) essentiellement de forme cylindrique et concentriques des
cavités résonantes (31, 32), sont formées sensiblement en dessous du premier plan
de masse (310) de la cavité résonante supérieure (31).
2. Elément rayonnant (30) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi latérale (311, 321) est de forme essentiellement cylindrique.
3. Elément rayonnant (30) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi latérale (311, 321) est de forme essentiellement conique.
4. Elément rayonnant (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité inférieure (32) est également délimitée en sa partie supérieure, sensiblement
au niveau de la partie inférieure de la cavité supérieure, par un second capot (323).
5. Elément rayonnant (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plans de masse (310, 320), les capots (313, 323), les parois latérales (311,
321) et les corrugations (300) sont essentiellement réalisées dans un matériau métallique.
6. Elément rayonnant (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capots (313, 323) sont formés par une surface partiellement réfléchissante.
7. Elément rayonnant (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capots (313, 323) sont formés par une grille métallique.
8. Elément rayonnant (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capots (313, 323) sont formés par un matériau diélectrique.
9. Elément rayonnant (30, 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'un radome polarisant (51) est réalisé en la partie supérieure de la cavité supérieure
(31).
10. Elément rayonnant (30, 50) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le radome polarisant (51) est formé par deux surfaces sélectives de fréquence polarisantes
dites FSS polarisantes (511, 512) essentiellement planes, disposées parallèlement
l'une de l'autre, et parallèlement et sensiblement au-dessus dudit premier capot (313).
11. Elément rayonnant (30, 50) selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque FSS polarisante (511, 512) est formée par une plaque métallique comprenant
une pluralité de fentes.
12. Elément rayonnant (30, 50) selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque FSS polarisante (511, 512) est formée par une plaque métallique comprenant
une pluralité de cellules fentes à croix (520).
13. Elément rayonnant (30, 50) selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque FSS polarisante (511, 512) est formée par une plaque métallique comprenant
une pluralité de cellules fentes à croix (520) disposées selon un motif périodique
sur la surface de la plaque métallique.
14. Elément rayonnant (30, 50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 ou 4 à
13, caractérisé en ce que les parois latérales (311, 321) et les corrugations (300) sont cylindriques à section
circulaire.
15. Elément rayonnant (30, 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que lesdits moyens d'excitation (12, 33) comprennent au moins un guide d'alimentation
(33) concentrique des cavités résonantes (31, 32) et débouchant directement, ou via
des moyens d'adaptation, dans la cavité inférieure (32).
16. Elément rayonnant (30, 50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens d'excitation (12, 33) comprennent au moins une alimentation double
formée par deux guides d'onde latéraux débouchant de manière symétrique par rapport
à l'axe principal de la cavité inférieure (32), sensiblement au niveau de la paroi
latérale (321) de la cavité inférieure (32), les signaux convoyés par les moyens d'excitation
étant accordés en phase de manière à ce que les modes supérieurs indésirables soient
filtrés.
17. Elément rayonnant (30, 50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens d'excitation (12, 33) comprennent au moins un guide d'alimentation
(33) concentrique des cavités résonantes (31, 32) et débouchant directement, ou via
des moyens d'adaptation, dans la cavité inférieure (32), et au moins une alimentation
double formée par deux guides d'onde latéraux débouchant de manière symétrique par
rapport à l'axe principal de la cavité inférieure (32), sensiblement au niveau de
la paroi latérale (321) de la cavité inférieure (32), les signaux convoyés par les
moyens d'excitation étant accordés en phase de manière à ce que les modes supérieurs
indésirables soient filtrés.
18. Elément rayonnant (30, 60) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un radome polarisant (61) est réalisé au-dessus de la cavité supérieure (31), le radome
polarisant (61) étant essentiellement de forme cylindrique et concentrique des cavités
résonantes (31, 32).
19. Elément rayonnant (30, 60) selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit radome polarisant (61) est essentiellement de forme cylindrique à section carrée.
20. Antenne réseau caractérisée en ce qu'elle comprend un ou une pluralité d'éléments rayonnants (30, 50, 60) selon l'une quelconque
des revendications précédentes.
1. Strahlungselement (30), das wenigstens zwei konzentrische Resonanzhohlräume (31, 32)
umfasst, die von einem von Anregungsmitteln (12, 33) gespeisten unteren Hohlraum (32)
und einem auf dem unteren Hohlraum gestapelten oberen Hohlraum (31) gebildet werden,
wobei jeder der Resonanzhohlräume (31, 32) in seinem unteren Teil von einer Masseebene
(310, 320) und in seinem seitlichen Teil von einer Seitenwand (311, 321) begrenzt
wird, wobei wenigstens der obere Hohlraum (31) in seinem oberen Teil von einer im
Wesentlichen planaren Kappe (313) begrenzt wird, wobei das Strahlungselement (30)
dadurch gekennzeichnet ist, dass im Wesentlichen zylindrische Riffelungen (300) konzentrisch zu den Resonanzhohlräumen
(31, 32) im Wesentlichen unterhalb der ersten Masseebene (310) des oberen Resonanzhohlraums
(31) gebildet sind.
2. Strahlungselement (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (311, 321) im Wesentlichen zylindrisch geformt ist.
3. Strahlungselement (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (311, 321) im Wesentlichen konisch geformt ist.
4. Strahlungselement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Hohlraum (32) auch in seinem oberen Teil im Wesentlichen am unteren Teil
des oberen Hohlraums durch eine zweite Kappe (323) begrenzt wird.
5. Strahlungselement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseebenen (310, 320), die Kappen (313, 323), die Seitenwände (311, 321) und
die Riffelungen (300) im Wesentlichen aus einem metallischen Material erzeugt sind.
6. Strahlungselement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappen (313, 323) von einer teilweise reflektierenden Oberfläche gebildet werden.
7. Strahlungselement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappen (313, 323) aus einem Metallgitter gebildet sind.
8. Strahlungselement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappen (313, 323) aus einem dielektrischen Material gebildet sind.
9. Strahlungselement (30, 50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein polarisierendes Radom (51) im oberen Teil des oberen Hohlraums (31) erzeugt wird.
10. Strahlungselement (30, 50) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisierende Radom (51) von zwei im Wesentlichen planaren, polarisierenden,
frequenzselektiven Flächen (511, 512), polarisierende FSS genannt, gebildet wird,
die parallel zueinander und parallel zu und im Wesentlichen über der ersten Kappe
(313) angeordnet sind.
11. Strahlungselement (30, 50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede polarisierende FSS (511, 512) von einer metallischen Platte gebildet wird, die
mehrere Schlitze aufweist.
12. Strahlungselement (30, 50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede polarisierende FSS (511, 512) von einer metallischen Platte gebildet wird, die
mehrere Kreuzschlitzzellen (520) umfasst.
13. Strahlungselement (30, 50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede polarisierende FSS (511, 512) von einer metallischen Platte gebildet wird, die
mehrere Kreuzschlitzzellen (520) umfasst, die in einem regelmäßigen Muster auf der
Oberfläche der metallischen Platte angeordnet sind.
14. Strahlungselement (30, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 2 oder 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (311, 321) und die Riffelungen (300) zylindrisch mit kreisförmigem
Querschnitt sind.
15. Strahlungselement (30, 50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsmittel (12, 33) wenigstens eine Speiseführung (33) konzentrisch zu den
Resonanzhohlräumen (31, 32) umfassen, die direkt nach außen oder über passende Mittel
in den unteren Hohlraum (32) münden.
16. Strahlungselement (30, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsmittel (12, 33) wenigstens eine Doppelspeisung umfassen, die von zwei
lateralen Wellenleitern gebildet ist, die symmetrisch relativ zur Hauptachse des unteren
Hohlraums (32), im Wesentlichen an der Seitenwand (321) des unteren Hohlraums (32)
münden, wobei die von den Anregungsmitteln geführten Signale phasenabgestimmt sind,
so dass die unerwünschten oberen Moden gefiltert werden.
17. Strahlungselement (30, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsmittel (12, 33) wenigstens einen Speiseleiter (33) konzentrisch zu den
Resonanzhohlräumen (31, 32) und direkt nach außen oder über Abgleichmittel in den
unteren Hohlraum (32) mündend, und wenigstens eine Doppelspeisung, die von zwei seitlichen
Wellenleitern gebildet wird, die symmetrisch relativ zur Hauptachse des unteren Hohlraums
(32), im Wesentlichen an der Seitenwand (321) des unteren Hohlraums (32) münden, wobei
die von den Anregungsmitteln geführten Signale phasenabgestimmt sind, so dass die
unerwünschten oberen Moden gefiltert werden.
18. Strahlungselement (30, 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein polarisierendes Radom (61) über dem oberen Hohlraum (31) erzeugt wird, wobei
das polarisierende Radom (61) im Wesentlichen zylindrisch und konzentrisch zu den
Resonanzhohlräumen (31, 32) ist.
19. Strahlungselement (30, 60) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisierende Radom (61) im Wesentlichen zylindrisch mit quadratischem Querschnitt
ist.
20. Antennenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere Strahlungselemente (30, 50, 60) nach einem der vorherigen Ansprüche
umfasst.
1. A radiating element (30) comprising at least two concentric resonant cavities (31,
32) formed by a lower cavity (32) fed by excitation means (12, 33) and an upper cavity
(31) stacked on said lower cavity, each of said resonant cavities (31, 32) being delimited
on its lower part by a ground plane (310, 320) and in its lateral part by a lateral
wall (311, 321), with at least said upper cavity (31) being delimited in its upper
part by a first substantially flat cap (313), said radiating element (30) being characterised in that substantially cylindrical corrugations (300) concentric to said resonant cavities
(31, 32) are formed substantially below the first ground plane (310) of said upper
resonant cavity (31).
2. The radiating element (30) according to claim 1, characterised in that said lateral wall (311, 321) is substantially cylindrical.
3. The radiating element (30) according to claim 1, characterised in that said lateral wall (311, 321) is substantially conical.
4. The radiating element (30) according to any one of the preceding claims, characterised in that said lower cavity (32) is also delimited in its upper part, substantially on the
lower part of said upper cavity, by a second cap (323).
5. The radiating element (30) according to any one of the preceding claims, characterised in that said ground planes (310, 320), said caps (313, 323), said lateral walls (311, 321)
and said corrugations (300) are substantially produced from a metal material.
6. The radiating element (30) according to any one of the preceding claims, characterised in that said caps (313, 323) are formed by a partially reflective surface.
7. The radiating element (30) according to any one of the preceding claims, characterised in that said caps (313, 323) are formed by a metal grid.
8. The radiating element (30) according to any one of the preceding claims, characterised in that said caps (313, 323) are formed by a dielectric material.
9. The radiating element (30, 50) according to any one of the preceding claims, characterised in that a polarising radome (51) is produced in the upper part of said upper cavity (31).
10. The radiating element (30, 50) according to claim 9, characterised in that said polarising radome (51) is formed by two substantially flat polarising frequency-selective
surfaces (511, 512), referred to as polarising FSS, disposed parallel to each other
and parallel to and substantially above said first cap (313).
11. The radiating element (30, 50) according to claim 10, characterised in that each polarising FSS (511, 512) is formed by a metal plate comprising a plurality
of slots.
12. The radiating element (30, 50) according to claim 10, characterised in that each polarising FSS (511, 512) is formed by a metal plate comprising a plurality
of cross-shaped slot cells (520).
13. The radiating element (30, 50) according to claim 10, characterised in that each polarising FSS (511, 512) is formed by a metal plate comprising a plurality
of cross-shaped slot cells (520) arranged in a regular pattern on the surface of said
metal plate.
14. The radiating element (30, 50) according to any one of claims 1 to 2 or 4 to 13, characterised in that said lateral walls (311, 321) and said corrugations (300) are cylindrical with a
circular cross-section.
15. The radiating element (30, 50) according to any one of the preceding claims, characterised in that said excitation means (12, 33) comprise at least one feed guide (33) concentric to
said resonant cavities (31, 32) and opening out directly, or via adaptation means,
into said lower cavity (32).
16. The radiating element (30, 50) according to any one of claims 1 to 14, characterised in that said excitation means (12, 33) comprise at least one dual feed formed by two lateral
waveguides opening out symmetrically relative to the main axis of said lower cavity
(32), substantially on said lateral wall (321) of said lower cavity (32), with the
signals carried by said excitation means being in phase so that the unwanted upper
modes are filtered.
17. The radiating element (30, 50) according to any one of claims 1 to 14, characterised in that said excitation means (12, 33) comprise at least one feed guide (33) concentric to
said resonant cavities (31, 32) and opening out directly, or via adaptation means,
in said lower cavity (32), and at least one dual feed formed by two lateral waveguides
opening out symmetrically relative to the main axis of said lower cavity (32), substantially
on said lateral wall (321) of said lower cavity (32), with the signals carried by
said excitation means being in phase so that the unwanted upper modes are filtered.
18. The radiating element (30, 60) according to any one of claims 1 to 8, characterised in that a polarising radome (61) is produced above said upper cavity (31), said polarising
radome (61) being substantially cylindrical and concentric to said resonant cavities
(31, 32).
19. The radiating element (30, 60) according to claim 18, characterised in that said polarising radome (61) is substantially cylindrical with a square cross-section.
20. An array antenna, characterised in that it comprises one or more radiating elements (30, 50, 60) according to any one of
the preceding claims.