[0001] La présente invention concerne un nouveau type d'antenne hyperfréquence à réseau
d'éléments récepteurs réalisée en structure plane selon la technique du circuit imprimé
associé à un support diélectrique. Il va de soi qu'en vertu du caractère de réciprocité
d'une antenne, un élément de réception ou une antenne composée d'un réseau d'éléments
de réception est capable de fonctionner respectivement en élément rayonnant ou en
antenne rayonnante sans modification de ses caractéristiques. Cette remarque restera
valable sans exception tout au long de la description qui va suivre, et le mot réception
pourra toujours être remplacé par le mot émission, sans pour autant que l'on sorte
du cadre de l'invention.
[0002] Dans un grand nombre d'applications, et notamment dans le cas de la réception de
signaux de télévision en provenance de satellites, il est important que le diagramme
de rayonnement de l'antenne hyperfréquence utilisée soit conforme aux recommandations
émises par le C.C.I.R (Comité Consultatif International des Radiocommunications),
portant notamment sur l'ouverture à 3dB et sur le niveau des lobes secondaires. Cette
conformité peut être obtenue soit en imposant entre éléments récepteurs voisins des
distances plus faibles dans la zone centrale de l'antenne que dans sa zone périphérique
soit, à distances entre éléments égales, en effectuant une commande d'amplitude selon
une distribution non uniforme. Cependant, un inconvénient des réseaux de sources non
équidistantes réside dans la complexité de mise en place des réseaux d'alimentation
due à la disposition semi-aléatoire adoptée pour les sources. Dans le cas des réseaux
de sources équidistantes, dès que le nombre d'éléments récepteurs est important (ce
qui est absolument nécessaire pour que l'antenne ait un gain suffisant), la mise en
place du ou des réseaux d'alimentation devient très difficile, surtout lorsqu'on fait
appel à des réseaux à alimentation en parallèle, étant donné la densité élevée des
lignes de transmission de ces réseaux et la faible place disponible pour leur implantation.
[0003] La réalisation d'une telle antenne hyperfréquence est donc complexe et coûteuse,
compte tenu des différents problèmes évoqués, et cette complexité s'accroît encore
dans le cas de la réception des signaux de télévision à 12 GHz à polarisation circulaire
gauche et droite, puisqu'on doit mettre en place des éléments récepteurs couplés à
deux réseaux d'alimentation distincts.
[0004] Le but de l'invention est de proposer une nouvelle structure d'antenne plane hyperfréquence
permettant de simplifier considérablement l'implantation du ou des réseaux d'alimentation
tout en restant conforme aux recommandations officielles mentionnées plus haut.
[0005] L'invention concerne à cet effet une antenne plane hyperfréquence réalisée en structure
plane selon la technique du circuit à microruban associé à un support diélectrique
et composée d'un réseau d'éléments rayonnants ou récepteurs de signaux hyperfréquences
à polarisation circulaire gauche ou droite qui sont tous de structure identique et
couplés de façon identique à deux réseaux distincts d'alimentation en parallèle constitués
eux-mêmes de tronçons de lignes de transmission et d'étages de combinaison successifs
des signaux traversant ces tronçons de lignes de telle façon que les trajets électriques
des signaux émis ou reçus par ces éléments soient identiques entre chaque élément
rayonnant ou récepteur et la connexion unique de sortie de chacun des réseaux d'alimentation,
caractérisée en ce que cette antenne est, grâce à la mise en place de ces éléments
sur une série de lignes sensiblement radiales, à densité décroissante des éléments
rayonnants ou récepteurs de son centre vers sa périphérie, de façon à permettre simultanément
la mise en place des deux réseaux distincts d'alimentation qui sont au contraire à
densité croissante des tronçons de lignes du centre de l'antenne vers sa périphérie,
et en ce que ces lignes sensiblement radiales sont de longueurs différentes décroissantes
de façon à pouvoir, par imbrications successives des lignes radiales les plus courtes
entre les lignes radiales les plus longues, occuper progressivement, avec ces éléments
et les parties de réseaux d'alimentation associées, toute la surface disponible de
l'antenne, de son centre à sa périphérie.
[0006] La structure proposée est avantageuse à double titre. D'une part, la densité d'éléments
régulièrement décroissante du centre de l'antenne vers sa périphérie permet d'obtenir
en fonction du diamètre final de l'antenne l'ouverture à 3dB souhaitée et un faible
niveau des lobes secondaires, ces facteurs pouvant en outre être ajustés de façon
simple par modifications de l'angle entre deux lignes radiales successives et de la
distance entre deux éléments successifs sur une même ligne radiale. D'autre part,
cette décroissance de la densité d'éléments laisse, au fur et à mesure que l'on s'éloigne
du centre de l'antenne, de plus en plus de place pour la mise en place des réseaux
d'alimentation et de leurs étages de combinaison successifs, ces réseaux étant en
effet à densité croissante des tronçons de lignes du centre de l'antenne vers sa périphérie.
[0007] Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront de façon plus précise
dans la description qui suit et sur la figure donnée à titre d'exemple non limitatif,
qui représente la vue de dessus d'environ un quart de l'antenne selon l'invention
(la symétrie circulaire de l'antenne permet de limiter ainsi sa représentation).
[0008] L'antenne hyperfréquence 1 partiellement représentée sur la figure 1 est plus particulièrement
destinée à assurer la réception de signaux hyperfréquences pouvant être indifféremment
à polarisation circulaire gauche ou à polarisation circulaire droite. Les éléments
récepteurs individuels qui la composent et qui sont absolument identiques peuvent
être de type quelconque, mais on retiendra tout particulièrement une des structures
d'élément récepteur décrites dans la demande de brevet français N° 81 08 780 déposée
le 4 mai 1981 par la Société Demanderesse (il s'agit d'un élément récepteur réalisé
en structure plane, selon la technique du circuit à microruban, et constitué de deux
dipôles isolés l'un de l'autre et disposés en croix symétrique, perpendiculairement
l'un à l'autre, au centre d'évidements pratiqués dans les deux plans de masse recouvrant
les faces extérieures du support diélectrique du microruban).
[0009] Ces éléments récepteurs individuels de l'antenne 1 sont placés sur une série de rayons
A à H ; dans le cas présent, sur chacun de ces rayons, qui sont ici équiangulaires,
les éléments sont équidistants les uns des autres et disposés, d'un rayon à l'autre,
sur une série de cercles concentriques. Mais il ne s'agit pas là d'obligations, et
ces cas particuliers ne peuvent en aucun cas constituer une limitation de l'invention.
La caractéristique principale de cette structure est la suivante : la densité d'éléments
récepteurs, importante au centre de l'antenne, décroît vers les bords de celle-ci,
ce qui permet d'obtenir pour l'antenne un diagramme de rayonnement déterminé puisque
cette distribution conduit à une densité de puissance émise par unité de surface qui
dé- croit au fur et à mesure qu'on s'éloigne du centre de l'antenne (et permet aussi
de modifier éventuellement cette directivité en jouant sur les angles entre rayons
successifs et, dans une plus faible mesure compte tenu des distances minimale et maximale
à respecter entre éléments, sur la distance entre éléments sur chaque rayon). Une
particularité associée à l'adoption de cette structure apparaît rapidement : les lignes
radiales successives telles que A, B, C, D, etc... ne sont pas chargées de façon égale
en éléments récepteurs. Il faut en effet distinguer des rayons dits principaux, sur
lesquels les éléments sont répartis depuis la zone centrale de l'antenne jusqu'à sa
périphérie, et des rayons dits secondaires, qui portent de moins en moins d'éléments
récepteurs puisque ces rayons ne peuvent être insérés entre des rayons principaux
voisins que lorsque l'écart entre ceux-ci est devenu suffisant pour permettre la mise
en place de nouveaux éléments récepteurs et des parties de réseaux d'alimentation
qui leur sont associées.
[0010] Les éléments récepteurs étant, dans l'exemple ici décrit, ceux décrits dans la demande
de brevet français citée plus haut, les réseaux d'alimentation de ces éléments, constitués
d'étages de combinaison successifs des lignes de transmission hyperfréquences couplées
à chaque élément récepteur, ont la structure dite à alimentation en parallèle : des
premiers étages de combinaison couplent deux à deux les éléments, ce couplage étant
identique pour tous les éléments (qui sont ici en nombre pair sur chaque rayon, ce
nombre étant de préférence égal à N = 2 avec n entier positif), des deuxièmes étages
de combinaison couplent deux à deux les lignes de transmission résultant de ce premier
couplage, etc... et ceci d'une part pour la première série de dipôles parallèles et
d'autre part pour la deuxième série de dipôles perpendiculaire à la première (un réseau
étant affecté à chaque série). Le couplage final des derniers étages de combinaison
s'effectue à la périphérie de l'antenne, sur deux plans différents pour chacun des
deux réseaux d'alimentation affectés respectivement aux signaux à polarisation circulaire
gauche et aux signaux à polarisation circulaire droite. Avec cette structure de réseaux,
les trajets électriques des signaux sont rigoureusement identiques de chaque élément
récepteur jusqu'à la sortie de l'antenne 1.
[0011] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cet exemple de réalisation, à partir
duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
C'est en effet pour la clarté de la figure qu'on n'a représenté qu'un nombre restreint
de rayons et, sur chaque rayon, un nombre limité d'éléments récepteurs. Il va de soi,
cependant, que ces rayons et ces éléments seront en réalité plus nombreux et que les
imbrications des rayons principaux et secondaires seront alors répétées au fur et
à mesure que la place le permet, selon la disposition géométrique déjà adoptée, dans
un tout autre domaine de la technique et pour d'autres raisons, dans la demande de
brevet français N° 78 26 412 également déposée par la Société Demanderesse, le 14
septembre 1978 (on se reportera à la figure 1 de cette demande).
1. Antenne plane hyperfréquence réalisée en structure plane selon la technique du
circuit à microruban associé à un support diélectrique et composée d'un réseau d'éléments
rayonnants ou récepteurs de signaux hyperfréquences à polarisation circulaire gauche
ou droite qui sont tous de structure identique et couplés de façon identique à deux
réseaux distincts d'alimentation en parallèle constitués eux-mêmes de tronçons de
lignes de transmission et d'étages de combinaison successifs des signaux traversant
ces tronçons de lignes de telle façon que les trajets électriques des signaux émis
ou reçus par ces éléments soient identiques entre chaque élément rayonnant ou récepteur
et la connexion unique de sortie de chacun des réseaux d'alimentation, caractérisée
en ce que cette antenne est, grâce à la mise en place de ces éléments sur une série
de lignes (A), (B), ..., (H), ... sensiblement radiales, à densité décroissante des
éléments rayonnants ou récepteurs de son centre vers sa périphérie, de façon à permettre
simultanément la mise en place des deux réseaux distincts d'alimentation qui sont
au contraire à densité croissante des tronçons de lignes du centre de l'antenne vers
sa périphérie, et en ce que ces lignes sensiblement radiales (A), (B), ..., (H), ...
sont de longueurs différentes décroissantes de façon à pouvoir, par imbrications successives
des lignes radiales les plus courtes entre les lignes radiales les plus longues, occuper
progressivement, avec ces éléments et les parties de réseaux d'alimentation associées,
toute la surface disponible de l'antenne, de son centre à sa périphérie.
