Antenne plane hyperfréquences à réseau de lignes microruban complètement suspendues

Abstract

 Antenne plane hyperfréquences composée d'éléments rayonnants de signaux hyperfréquences, cette antenne étant constituée d'au moins deux plaques conductrices (10, 40) dans lesquelles sont ménagés des évidements les uns en regard des autres, et étant telle que, entre chaque couple de plaques successives, est enserrée une feuille diélectrique (20) mince portant un réseau de conducteurs centraux (21, 22) de lignes coaxiales formant avec ces plaques des lignes mic- roroban suspendues, les extrémités des conducteurs centraux étant disposées en regard des évidements pour former avec ces derniers les éléments rayonnants.
Cette antenne est remarquable en ce que chaque feuille diélectrique mince n'est maintenue entre les plaques qui l'enserrent, que par des plots de positionnement (15, 16) situés sur les faces de ces plaques, les uns en regard des autres et des deux côtés de la feuille en question, ces plots étant disposés par rapport à cette feuille, dans des espaces dépourvus de conducteurs et éloignés les uns des autres, en sorte qu'au moins deux éléments de l'ensemble formé par les évidements et les lignes du réseau de conducteurs centraux sont positionnés entre au moins deux plots successifs.
Application: antenne des systèmes de réception de signaux de télévision à 12 gigahertz.

Description

[0001] La présente invention concerne une antenne plane hyperfréquences composée d'éléments rayonnants de signaux hyperfréquences, cette antenne étant constituée d'au moins deux plaques conductrices dans lesquelles sont ménagés des évidements les uns en regard des autres, et étant telle que, entre chaque couple de plaques successives, est enserrée une feuille diélectrique mince portant un réseau de conducteurs centraux de lignes coaxiales formant avec ces plaques des lignes microruban suspendues, les extrémités des conducteurs centraux étant disposées en regard des évidements pour former avec ces derniers les éléments rayonnants.

[0002] Une antenne plane hyperfréquences comprenant un ensemble de tels éléments a été décrite dans une demande de brevet européen N° 83201588.7, déposée par La demanderesse Le 5 novembre 1983.

[0003] IL est décrit notamment dans ce document, illustré par La Figure 3, un dispositif permettant La mise en place des conducteurs centraux des lignes de transmission composant Le ou Les réseaux d'alimentation de l'antenne. Chacun des réseaux de lignes hyperfréquences est constitué par un circuit imprimé déposé sur une feuille mince de diélectrique servant de substrat enserrée entre deux plaques métalliques ou en diélectrique métallisé. Chaque réseau est disposé de telle sorte que les extrémités des conducteurs centraux des lignes se trouvent en regard d'évidements percés respectivement dans chacune des plaques qui l'enserrent, de manière à réaliser Le couplage entre les lignes et les évidements. La mise en place de ces réseaux de conducteurs centraux est faite dans un réseau correspondant de cannelures pratiquées en creux dans chacune desdites plaques et destinées à former avec ces conducteurs centraux des lignes de transmission coaxiales du type "lignes microruban suspendues" (SSL).

[0004] De tels dispositifs présentent deux sortes d'inconvénients. D'une part, les tolérances de fabrication des cannelures et Les tolérances de mise en position des conducteurs centraux dans les cannelures sont sévères. D'autre part, Les pertes dans Les lignes auamentent, en première approximation, en raison inverse de La Larqeur des cannelures.

[0005] L'invention vise à fournir un dispositif permettant La mise en place des conducteurs centraux des Lignes en s'affranchissant des inconvénients décrits ci-dessus.

[0006] Selon La présente invention, dans une antenne telle que décrite dans le préambule, chaque feuille diélectrique mince n'est maintenue entre les plaques qui l'enserrent, que par des plots de positionnement situés sur Les faces de ces plaques, Les uns en regard des autres et des deux côtés de La feuille en question, ces plots étant disposés par rapport à cette feuille, dans des espaces dépourvus de conducteurs et éloignés les uns des autres en sorte qu'au moins deux éléments de l'ensemble formé par Les évidements et les lignes du réseau de conducteurs centraux sont positionnés entre au moins deux plots successifs.

[0007] Dans un tel dispositif, les tolérances de fabrication des plaques sont moins sévères, la mise en place des circuits imprimés est moins critique et Le rendement de l'antenne se trouve amélioré puisque Les pertes dans Les lignes coaxiales sont minimisées du fait que chaque réseau hyperfréquence de l'antenne fonctionne en réseau de "lignes microruban complètement suspendues", c'est-à-dire comme un réseau de "lignes microruban suspendues" placées dans des cavités dont La largeur serait infinie.

[0008] Selon une première réalisation de L'invention, les plots de positionnement sont usinés indépendamment des plaques et ajustés ensuite sur celles-ci.

[0009] Selon une première variante, Les plots de positionnement sont partie intégrante des plaques qui enserrent les feuilles de circuits imprimés et sont fabriqués dans une même opération d'usinage.

[0010] Selon une seconde variante, les plots de positionnement sont, de préférence, régulièrement espacés du fait de la structure périodique des réseaux de conducteurs centraux.

[0011] Selon une troisième variante, Le diélectrique portant les circuits imprimés formant Les réseaux de conducteurs centraux a une épaisseur comprise entre 50 et 100 µm, qui suffit à en assurer La rigidité, tout en Limitant les pertes dans Les lignes coaxiales, qui sont aussi proportionnelles à L'épaisseur du diélectrique.

[0012] Les particularités de l'invention et Les modes de réalisation apparaissent de façon plus précise dans La description suivante en regard des dessins annexés.

Les figures la et lb représentent en coupe une antenne comportant deux réseaux de lignes hyperfréquences, réalisée selon l'invention. La figure la représente une coupe selon un axe XX' et La figure lb selon un axe YY' perpendiculaire à XX'.

Les figures 2a et 2b représentent, vues de dessus, des portions des deux réseaux de conducteurs centraux des lignes hyperfréquences de cette antenne et montrent les axes XX' et YY' selon lesquels sont faites les coupes la et 1b respectivement.

La figure 3a représente (en trait plein) La courbe des variations de l'impédance Z_o, en ohms, d'une ligne coaxiale à conducteur central constituée par une ligne microruban suspendue, en fonction de La largeur a en millimètres (mm) de La cannelure qui contient Le conducteur central.

Sur La même figure 3a, est représentée conjointement (en pointillé), La variation, en décibels par mètre (dB/m), du facteur d'atténuation totale α_t d'une Ligne, également en fonction de La largeur a de La cannelure en millimètres (mm).

La figure 3b représente une coupe transversale d'une ligne coaxiale à conducteur central constituée par une ligne microruban suspendue.

La figure 4a représente La variation du facteur d'atténuation totale α_t en décibels par mètre (dB/m) en fonction de l'épaisseur e en µm du substrat diélectrique portant Le circuit imprimé de conducteurs centraux.

La figure 4b représente une coupe transversale d'une ligne coaxiale à conducteur central constituée par une ligne microruban complètement suspendue.

[0013] Les figures sont représentées schématiquement à échelle, mais pour La clarté du dessin, les dimensions dans La direction de l'épaisseur, dans La section transversale, sont fortement exagérées.

[0014] Telle qu'elle est représentée, à titre d'exemple de réalisation, figures la et 1b, l'antenne comporte Les éléments suivants : de part et d'autre d'une couche médiane 10, dans laquelle est prévue une série d'évidements 11, sont placées successivement une feuille de diélectrique (20 et 30) portant un réseau de conducteurs centraux imprimés de lignes microruban (22 pour La feuille 20 et 32 pour La feuille 30) et une autre couche (40 et 50) percée d'une autre série d'évidements (41 pour La couche 40 et 51 pour La couche 50) placés dans Le prolongement des évidements 11.

[0015] Les couches 10, 30 et 40 sont faites d'un matériau métallique ou bien d'un diélectrique métallisé. Chaque réseau de lignes de transmission est disposé de telle sorte que L'extrémité (21 pour un conducteur de La feuille 20 et 31 pour un conducteur de La feuille 30) de chaque conducteur central imprimé soit en regard d'un évidement 11 de manière à réaliser avec cet évidement un couplage permettant La réception ou L'émission des signaux hyperfréquences.

[0016] Le maintien des feuilles de diélectrique 20 et 30, entre les couches 10 et 40 d'une part, et entre les couches 10 et 50 d'autre part, est réalisé par Le moyen d'une série de plots de positionnement 15 et 16 associés à la couche 10, de part et d'autre de celle-ci et placés en regard de plots 45 et 55, associés respectivement aux couches 40 et 50.

[0017] Comme il ressort des figures 2a et 2b, qui représentent respectivement une portion de La feuille diélectrique 20 et de La feuille diélectrique 30, La configuration répétitive des circuits d'antenne permet de trouver, entre Les conducteurs imprimés 22 et 32 des espaces vides en suffisamment grand nombre pour que Les plots assurent la rigidité de l'ensemble, bien qu'étant éloignés Les uns des autres.

[0018] Sur Les figures 2a et 2b sont représentées, outre Les circuits 22 et 32 en trait plein, la projection des ouvertures 11 en pointillé, et la projection des plots de positionnement en hachuré. Enfin, Les figures 2a et 2b montrent les axes XX' et YY' selon lesquels sont faites les coupes représentées respectivement par Les figures la et lb. Les évidements lla, 11b et 11c des figures la et 1b correspondent aux évidements de même référence sur Les figures 2a et 2b.

[0019] Dans une version améliorée de La précédente, des clips 60 sont prévus pour L'alignement des plots 15 et 45 d'une part, et 16 et 55 d'autre part, ainsi que des circuits portés par les feuilles 20 et 30 respectivement. Ces clips évitent, en outre, un déplacement ultérieur des différents éléments les uns par rapport aux autres.

[0020] Les figures 3 et 4 permettent de mieux saisir l'amélioration apportée par l'invention.

[0021] Les courbes de La figure 3a ont été tracées pour une ligne microruban suspendue illustrée par La figure 3b et dans les conditions suivantes :

La fréquence utilisée F = 12,1 GHz

largeur du conducteur en cuivre W = 1,4 mm

épaisseur du diélectrique e = 25 µm

constante diélectrique relative ε= 3,2

facteur de pertes tg δ = 0,02

profondeur de La ligne b = 1,8 mm.

[0022] Dans ces conditions, La figure 3a montre que Le facteur d'atténuation totale α_t dans les Lignes décroît en fonction de La Largeur a des cannelures qui contiennent les conducteurs centraux pour atteindre une valeur faible qui reste à peu près stationnaire lorsque La valeur de a dépasse 6 mm.

[0023] La figure 3a montre également qu'une telle variation de La Largeur a n'entraîne qu'une augmentation d'environ 10 ohms de La valeur de L'impédance Z_o de La Ligne, ce qui ne présente pas d'inconvénient.

[0024] Or, Les figures la et 1b montrent que, dans Le dispositif selon L'invention, La largeur a des cannelures qui contiennent Les conducteurs centraux, équivaut à La distance entre deux plots de positionnement et peut être considérée comme très grande devant La largeur de La cannelure selon L'art antérieur (Figure 3 de La demande de brevet N° 83201588.7 citée). En effet, au moins deux éléments de L'ensemble formé par Les évidements 11 et Les lignes 22 ou 32 du réseau de conducteurs centraux se trouvent alors positionnés entre au moins deux plots successifs. Dans ces conditions, Le substrat diélectrique étant mince, Le diélectrique principal est l'air, et La Ligne hyperfréquence peut être assimilée à une "Ligne triplaque ayant L'air comme diélectrique", ou encore à une "Ligne microruban «complètement» suspendue". Le facteur de pertes dues à La Largeur des cannelures est minimal.

[0025] D'autre part, Les pertes augmentant avec l'épaisseur du substrat diélectrique qui supporte les conducteurs centraux, comme Le montre La figure 4a, il est souhaitable de ne pas utiliser une épaisseur importante afin de ne pas dépasser pour Lesdites pertes une limite permise.

[0026] On notera que La courbe reorésentée sur la fiqure 4a a été tracée pour une ligne microrubar complètement suspendue illustrée par La figure 4b, et dans les conditions suivantes :

fréquence utilisée F = 12,1 GHz

largeur du conducteur en cuivre W = 1,4 mm

constante diélectrique ε= 3,2

facteur de perte tg δ = 0,02

profondeur de La ligne b = 2 mm

[0027] Dans le dispositif selon L'invention, une épaisseur du substrat comprise entre 50 et 100 µm, suffisant à assurer sa rigidité, on peut considérer aussi les pertes dues à L'épaisseur de ce diélectrique comme minimales.

[0028] Enfin, Les calculs aussi bien que les mesures ont montré que dans une antenne dont Le réseau est représenté figures 2a et 2b, La proximité entre les diverses branches de conducteurs entre elles, ou La proximité de certaines branches avec Les évidements ne détériore pas les résultats espérés et ne diminue pas l'amélioration attendue. En effet ladite proximité correspond en fait à une distance grande devant la largeur W des conducteurs centraux.

[0029] De sorte que Les pertes totales des lignes hyperfréquences, à savoir : Les pertes dans Le diélectrique et les pertes dans les conducteurs, étant rendues aussi faibles que possible, Le rendement d'une antenne réalisée selon L'invention se trouve amélioré.

[0030] Les plots de positionnement peuvent être réalisés indépendamment des plaques 10, 40 et 50, et ajustés ensuite sur celles-ci. Plus favorablement, ils peuvent aussi faire partie intégrante des plaques et être réalisés en une seule opération d'usinage, avec des tolérances peu sévères. Ceci étant ajouté au fait qu'ils peuvent présenter une structure périodique, puisque La configuration des circuits de conducteurs entre lesquels ils sont placés est répétitive (figure 2), fait en sorte que La fabrication industrielle des pièces constituant une antenne selon L'invention est grandement simplifiée.

[0031] D'autre part, Le montage des différents éléments, Les uns par rapport aux autres, est également rendu rapide et aisé, grâce aux clips d'alignement et du fait que les tolérances de positionnement sont peu sévères.

[0032] Enfin, les pertes dans les lignes étant rendues très faibles, il est alors possible d'utiliser comme substrat, un diélectrique de quaLité courante, donc de prix peu élevé, sans pour autant détériorer trop considérablement Le rendement de l'antenne.

[0033] En conséquence, la simplicité d'usinage et de mortaae des pièces, ainsi que la qualité bon marché des matières premières font que Le coût d'une antenne selon L'invention est fortement diminué.

[0034] Bien entendu, La présente invention n'est pas limitée à une antenne à deux réseaux de lignes hyperfréquences. Si L'on veut disposer d'une antenne plane destinée à recevoir ou à émettre des signaux hyperfréquences d'un seul type de polarisation, Ladite antenne peut être obtenue à partir de celle qui a été décrite précédemment, en omettant simplement La couche médiane 10, L'une des deux feuilles de diélectrique 20 ou 30 portant L'un des réseaux de conducteurs centraux de Ligne d'alimentation, et en plaçant Les plots de positionnement en conséquence.

[0035] Il est manifeste enfin que l'application de L'invention à La réception des signaux de télévision à 12 gigahertz retransmis par satelLites n'est pas limitative. D'une part, l'invention est applicable à toutes sortes de réseaux de transmission hyperfréquences purement terrestres, et d'autre part, Le choix d'un exemple d'application à la fréquence de 12 gigahertz n'est pas exclusif de toute autre fréquence de fonctionnement, dans la gamme des hyperfréquences, liée à telle autre application envisagée.

Revendications

1. Antenne _Dlane hyperfréquences composée d'étéments rayonnants de signaux hyperfréquences, cette antenne étant constituée d'au moins deux plaque conductrices dans lesquelles sont ménagés des évidements Les uns en regard des autres, et étanttelle que, entre chaque couple de plaques successives, est enserrée une feuille diélectrique mince portant un réseau de conducteurs centraux de Lignes coaxiales formant avec ces plaques des lignes microruban suspendues, les extrémités des conducteurs centraux étant disposées en regard des évidements pour former avec ces derniers Les éléments rayonnants, caractérisée en ce que chaque feuiLLe diélectrique mince n'est maintenue entre Les plaques qui L'enserrent, que par des plots de positionnement situés sur les faces de ces plaques, les uns en regard des autres et des deux côtés de La feuille en question, ces plots étant disposés par rapport à cette feuille, dans des espaces dépourvus de conducteurs et éloignés les uns des autres, en sorte qu'au moins deux éléments de l'ensemble formé par Les évidements et Les lignes du réseau de conducteurs centraux sont positionnés entre au moins deux plots successifs.

2. Antenne selon La revendication 1, caractérisée en ce que Les plots de positionnement sont parties intégrantes des plaques qui enserrent Les feuilles de diélectrique portant les réseaux de conducteurs centraux et sont fabriqués dans une même opération d'usinage.

3. Antenne selon L'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les plots de positionnement sont régulièrement espacés du fait de La structure périodique des réseaux de conducteurs centraux.

4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, aux plots de positionnement sont adjoints des clips de fixation prévus pour empêcher Le déplacement des divers éléments de l'antenne les uns par rapport aux autres.

5. Antenne selon L'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que L'épaisseur des feuilles de diélectrique portant les réseaux de conducteurs centraux imprimés des lignes hyperfréquences est comprise entre 50 et 100 µm, ladite épaisseur assurant La rigidité des feuilles tout en Limitant Les pertes dans les lignes.

Dessins