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(11) | EP 1 489 688 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Alimentation pour une antenne a reflecteur |
| (57) Alimentation d'antenne comportant, alignés et centrés sur un axe OO' entre un guide
d'onde (20) et un sous réflecteur (24) un corps diélectrique (23) ayant une partie
(31) extérieure au guide d'onde (20), cette partie (31) comportant une forme tronconique
(35) ayant une surface latérale extérieure (29) de forme tronconique ayant deux extrémités
(32, 33), une extrémité de grand diamètre (32) et une extrémité (33) de petit diamètre,et
dans laquelle la partie extérieure (31) comporte en outre une partie cylindrique (34)
de diamètre supérieur au diamètre intérieur dpipe du guide d'onde (20), raccordé à la forme tronconique (35) du côté de son extrémité
(32) de petit diamètre, et en ce que la surface latérale extérieure (29) tronconique
est lisse. |
[0001] L'invention se situe dans le domaine des dispositifs d'alimentation d'antennes à réflecteur. Elle concerne aussi une antenne équipée d'une telle alimentation.
[0002] La demande de brevet EP 1 221 740 décrit en référence à la figure 1 de cette demande, reprise en tant que figure 1 de la présente demande, une antenne 1 ayant un réflecteur principal 10 et une alimentation 12. L'antenne 1 présente une symétrie de révolution autour d'un axe OO' de l'antenne. La figure 1 représente une demi coupe schématique selon un plan contenant l'axe de symétrie OO'. L'antenne 1 comprend un réflecteur principal 10 présentant une concavité, ayant par exemple la forme d'un paraboloïde de révolution autour de l'axe OO' de façon à présenter une directivité marquée dans la direction de l'axe OO'. Un dispositif 12 d'alimentation de l'antenne est situé le long de l'axe OO' de l'antenne 1 dans la partie du réflecteur présentant la concavité. Il présente comme l'ensemble de l'antenne une symétrie de révolution autour de l'axe OO'. Ce dispositif 12 d'alimentation est représenté plus en détail figure 2. Il comporte le long de l'axe OO' dans une direction allant du centre du réflecteur 10, et située à l'intérieur de la concavité, une partie de guide d'onde 20. En ce qui concerne l'alimentation 12, on considère qu'une première extrémité 21 de ce guide d'onde 20 est constituée par le lieu où ce guide d'onde 20 traverse le réflecteur principal 10. Cette première extrémité est située au centre du réflecteur principal 10. Une seconde extrémité 22 du guide d'onde 20 est située face à un sous réflecteur 24. Le sous réflecteur 24 est sécant à l'axe OO'. Il a une forme de révolution autour de l'axe OO'. Il présente une convexité qui fait face à la concavité du réflecteur principal 10. Le diamètre extérieur du sous réflecteur 24 est supérieur au diamètre du guide d'onde 20. La forme exacte de ce sous réflecteur 24 est définie par sa fonction. Dans un mode réception, le sous réflecteur 24 réfléchit les ondes électromagnétiques provenant du réflecteur principal 10 vers le guide d'onde 20. Dans un mode émission, le sous réflecteur 24 réfléchit les ondes électromagnétiques provenant du guide d'onde 20 vers le réflecteur 10. Afin de confiner les ondes électromagnétiques entre la seconde extrémité 22 du guide d'onde 20 et le sous réflecteur 24, une partie de l'alimentation 12 est constituée par un corps diélectrique 23 joignant la seconde extrémité 22 du guide d'onde 20 et le sous réflecteur 24. Le confinement des ondes électromagnétiques entre la seconde extrémité 22 du guide d'onde 20 et le sous réflecteur 24 assure un meilleur couplage électromagnétique entre le sous réflecteur 24 et le réflecteur principal 10.
[0003] Le corps diélectrique 23 a une partie 31 extérieure au guide d'onde 20 et une partie 30 intérieur à ce guide d'onde. Du fait de la différence de dimension entre le diamètre du sous réflecteur 24 et le diamètre du guide d'onde 20, une surface extérieure 29 du corps diélectrique 23 a une forme tronconique ayant deux extrémités l'une de petit diamètre et l'autre de grand diamètre. L'extrémité de petit diamètre est raccordée à la seconde extrémité 22 du guide d'onde 20. Le petit diamètre est sensiblement égal au diamètre du guide d'onde 20. Le grand diamètre est sensiblement égal au diamètre extérieur du sous réflecteur 24.
[0004] Pour améliorer le couplage entre le corps diélectrique 23 et l'air autour de la surface tronconique 29 du corps diélectrique 23, cette dernière est pourvue de rainures ou rides présentant une symétrie de révolution autour de l'axe OO'. De ce fait la surface tronconique 29 présente des bosses 25 et des creux 28. Ces rides empêchent les ondes électromagnétiques de se propager le long de la surface du sous réflecteur 22, que le champ électrique de ces ondes soit normal ou tangentiel à cette surface. Il en résulte que le diagramme de directivité de l'antenne 1 présente une plus grande directivité dans la direction d'un lobe principal de l'antenne, et donc une moindre importance de la dispersion dans les lobes secondaires. Le sous réflecteur 24 est en général constitué par un dépôt métallique réalisé sur une surface du corps diélectrique 23. Le volume de forme concave délimité par le dépôt métallique constituant le sous réflecteur 24 est en général comblé par un diélectrique. La partie 30 du corps diélectrique interne au guide d'onde a elle même au niveau de l'extrémité 22 une partie 27 dont le diamètre est égal au diamètre intérieur du guide d'onde 20. Cette partie 27 est prolongée dans la direction de la première extrémité 21 par une seconde partie 26 dont le diamètre va en diminuant par un ou plusieurs sauts successifs. Cette caractéristique structurelle améliore le couplage électromagnétique entre le guide d'onde 20 et le corps diélectrique 23. On diminue ainsi, notamment le taux de pertes par réflexion.
[0005] Bien que l'antenne qui vient d'être décrite présente des qualités améliorées par rapport à d'autres antennes ne présentant pas ces caractéristiques, cette antenne a une largeur de bande qui est limitée par les contraintes qui sont imposées sur la valeur maximale admise pour le taux de perte par réflexion. Son diagramme de rayonnement présente un gain directif limité en raison d'un manque d'efficacité de phase et donc corrélativement, un niveau relativement élevé de lobes secondaire. On rappelle que le centre de phase est défini comme le centre d'un front d'onde sphérique. Dans le cas parfait ce centre est un point. Dans ce cas l'efficacité de phase est égale à 1. Dans la pratique le centre est mal défini et s'apparente plutôt à un petit volume. Dans ce cas l'efficacité de phase est inférieure à 1. l'efficacité de phase d'un diagramme de rayonnement peut être calculée par la formule PE1 ci après.
[0007] Par rapport à l'état de la technique qui vient d'être décrit, la présente invention vise à encore améliorer le couplage entre le guide d'onde 20 et le réflecteur principal 10, notamment par une diminution du taux de pertes par réflexion. De ce fait avec les mêmes contraintes que dans l'art antérieur sur la valeur maximum admissible du taux de réflexion la bande passante d'une antenne utilisant l'alimentation selon l'invention est plus large. Elle vise également à donner à l'antenne une meilleure efficacité de phase, ce qui a pour effet d'améliorer le diagramme de rayonnement de l'antenne et ainsi une proportion plus grande de l'énergie totale diffusée se retrouve dans son lobe principal. L'invention vise enfin à simplifier la forme du corps diélectrique, et donc sa fabrication. Enfin, l'utilisation de l'invention permet à efficacité égale de l'antenne de garder une petite taille au sous réflecteur réalisé par un dépôt métallique sur une face arrière du diélectrique.
[0008] A toute ces fins l'invention est relative à une alimentation d'antenne comportant alignés et centrés sur un axe OO'
- un guide d'onde ayant un diamètre intérieur dpipe, une première et une seconde extrémité,
- un corps diélectrique ayant une partie intérieure au guide d'onde et une partie extérieure au guide d'onde, cette partie extérieure comportant une partie de forme tronconique ayant une surface latérale extérieure de forme tronconique ayant deux extrémités, une extrémité de grand diamètre et une extrémité de petit diamètre,
- un sous réflecteur placé du côté de l'extrémité de grand diamètre de ladite forme tronconique,
[0009] Dans un mode de réalisation, la valeur du petit diamètre de la partie tronconique est supérieure à la valeur du diamètre de la partie cylindrique extérieure du corps diélectrique.
[0010] Dans une variante de ce mode de réalisation, une surface de jonction du corps diélectrique entre la partie cylindrique extérieure et l'extrémité de petit diamètre de la partie tronconique dudit corps diélectrique, est constituée par une couronne circulaire plane perpendiculaire à l'axe OO', délimitée par deux cercles concentriques centrés sur l'axe OO', l'un ayant une valeur de diamètre égale au diamètre de la partie cylindrique extérieure, la valeur du diamètre de l'autre étant égale à la valeur du petit diamètre de la surface latérale tronconique.
[0011] De préférence la longueur axiale de la partie cylindrique extérieure du corps diélectrique est comprise entre λ/4 et λ/2, λ désignant la longueur d'onde en espace libre d'une onde électromagnétique ayant la fréquence médiane de la bande de fréquence sur laquelle l'antenne est accordée.
[0012] Dans un mode de réalisation où la valeur de la constante diélectrique εr du matériau constituant le corps diélectrique est voisine de 2,5, la valeur de l'angle au sommet θ de la surface tronconique du corps diélectrique est voisine de 30°.
[0013] Un exemple de réalisation sera maintenant décrit en liaison avec les dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 déjà décrite représente une demi coupe schématique selon un plan passant par un axe de symétrie d'une antenne comportant un réflecteur principal et une alimentation. Cette figure destinée à montrer les positions relatives du réflecteur principal et de l'alimentation se rapporte aussi bien à l'art antérieur qu'à la présente invention,
- la figure 2 déjà décrite montre une coupe schématique selon un plan passant par l'axe de symétrie de l'antenne, d'une alimentation d'antenne selon l'art antérieur,
- la figure 3 montre une coupe schématique selon un plan passant par l'axe de symétrie de l'antenne, d'une alimentation d'antenne selon la présente invention,
- les figures 4A et 4B représentent chacune une courbe représentant en fonction de la valeur de la fréquence portée en abscisse, la valeur du taux de perte par réflexion pour une antenne accordée sur 15 gigahertz, selon l'art antérieur sur la figure 4A, et pour une antenne selon la présente invention figure 4B,
- les figures 5A et 5B représentent chacune une courbe représentant en fonction de la valeur de la fréquence portée en abscisse, la valeur du taux de perte par réflexion pour une antenne accordée sur 19 gigahertz, selon l'art antérieur sur la figure 5A, et pour une antenne selon la présente invention figure 5B,
- la figure 6A représente pour une antenne accordée sur 15 gigahertz, deux courbes représentant chacune, en fonction de la valeur de la fréquence portée en abscisse, la valeur du gain directionnel portée en ordonnée, l'une des deux courbes pour une alimentation selon l'art antérieur et l'autre pour une alimentation selon la présente invention,
- la figure 6B représente pour une antenne accordée sur 19 gigahertz, deux courbes représentant chacune, en fonction de la valeur de la fréquence portée en abscisse, la valeur du gain directionnel portée en ordonnée, l'une des deux courbes pour une alimentation selon l'art antérieur et l'autre pour une alimentation selon la présente invention.
[0014] Dans tous les dessins y compris ceux relatifs à l'art antérieur des numéros de référence identiques désignent des éléments ayant des fonction identiques ou similaires.
[0015] Un exemple non limitatif de réalisation de l'invention sera maintenant décrit en référence aux figures 1 et 3. En référence à la figure 1 l'alimentation 12 selon l'invention est destinée comme celle de l'art antérieur à une antenne 1 ayant une symétrie de révolution autour d'un axe OO' de l'antenne 1. Comme dans l'exemple de l'art antérieur, une antenne 1 dotée d'une alimentation 12 selon l'invention comprend un réflecteur principal 10 présentant une concavité, ayant par exemple la forme d'un paraboloïde de révolution autour de l'axe OO' de façon à présenter une directivité marquée dans la direction de l'axe OO'. Le dispositif 12 d'alimentation de l'antenne 1 est situé le long de l'axe OO' de l'antenne 1 dans la partie du réflecteur présentant la concavité. Il présente comme l'ensemble de l'antenne une symétrie de révolution autour de l'axe OO'.
[0016] L'exemple de dispositif 12 d'alimentation selon l'invention est représenté plus en détail figure 3. Il comporte le long de l'axe OO' dans une direction allant du centre du réflecteur 10, et située à l'intérieur de la concavité, une partie de guide d'onde 20. Une première extrémité 21 de ce guide d'onde 20 est constituée par le lieu où ce guide d'onde 20 traverse le réflecteur principal 10. Cette première extrémité est située au centre du réflecteur principal 10. Une seconde extrémité 22 du guide d'onde 20 est située face à un sous réflecteur 24. Comme dans l'art antérieur, le sous réflecteur 24 est sécant à l'axe OO'. Il a une forme de révolution autour de l'axe OO'. Il présente une convexité qui fait face à la concavité du réflecteur principal 10. Le diamètre extérieur du sous réflecteur 24 est supérieur au diamètre du guide d'onde 20. Afin de confiner les ondes électromagnétiques entre la seconde extrémité 22 du guide d'onde 20 et le sous réflecteur 24, une partie de l'alimentation 12 est constituée par un corps diélectrique 23 joignant la seconde extrémité 22 du guide d'onde 20 et le sous réflecteur 24.
[0017] L'invention se distingue de l'art antérieur essentiellement par la forme d'une partie extérieure 31, de ce corps diélectrique 23. Il sera vu également que la forme selon l'invention du corps diélectrique 23 permet à efficacité égale de réduire les dimensions du sous réflecteur 24.
[0018] Le corps diélectrique 23 est formée de deux parties adjacentes l'une à l'autre, une partie 30 intérieure au guide d'onde 20 et la partie 31 extérieure au guide d'onde 20. Cette partie extérieure 31 comporte une partie de forme tronconique 35 ayant une surface latérale extérieure 29 de forme tronconique ayant deux extrémités 32, 33, une extrémité de grand diamètre 32 et une extrémité 33 de petit diamètre. La surface latérale extérieure 29 de la partie tronconique 35 est lisse, c'est à dire que contrairement à l'art antérieur, elle ne comporte pas de gorges ou rides.
[0019] L'extrémité 33 de petit diamètre de la surface latérale extérieure 29 de la partie tronconique 35 est raccordée à une partie cylindrique 34 du corps diélectrique 23 extérieure également au guide d'onde 20. Cette partie cylindrique 34 est comme le reste du corps diélectrique 23 de révolution autour de l'axe OO'. La partie cylindrique 34 a une première extrémité 22 qui coïncide avec la seconde extrémité 22 du guide d'onde 20 et une seconde extrémité 37 où cette partie cylindrique 34 se raccorde à la forme tronconique 35 au niveau de son extrémité 33 de petit diamètre. Le petit diamètre de la partie tronconique 35 est supérieur au diamètre de la partie cylindrique 34. De préférence le diamètre de la partie cylindrique 34 est compris entre 1,1 et 1,3 fois le diamètre intérieur du guide d'onde 20 dpipe. Le grand diamètre de la forme tronconique 35 est sensiblement égal au diamètre extérieur du sous réflecteur 24.
[0020] La partie 30 du corps diélectrique 23 interne au guide d'onde 20 a elle même au niveau de l'extrémité 22 une partie 27 dont le diamètre est égal au diamètre intérieur du guide d'onde 20. Cette partie 27 est prolongée dans la direction de la première extrémité 21 par une seconde partie 26 dont le diamètre va en diminuant par un ou plusieurs sauts successifs. Cette caractéristique structurelle améliore le couplage électromagnétique entre le guide d'onde 20 et le corps diélectrique 23. On diminue ainsi, notamment le taux de pertes par réflexion.
[0021] Dans ce mode de réalisation la partie extérieure cylindrique 34, se présente comme un saut en diamètre supplémentaire prolongeant vers l'extérieur les sauts successifs de diamètre de la partie intérieure 30.
[0022] Dans l'exemple de réalisation présenté en liaison avec la figure 3, la valeur du petit diamètre de la partie tronconique 35 est supérieure à la valeur du diamètre de la partie cylindrique 34 extérieure du corps diélectrique 23. On a de ce fait un saut extérieur supplémentaire.
[0023] Dans cet exemple, une surface 36 de jonction du corps diélectrique 23 entre la partie cylindrique 34 extérieure et l'extrémité 33 de petit diamètre de la partie tronconique 35 est constituée par une couronne 36 circulaire plane perpendiculaire à l'axe OO', délimitée par deux cercles concentriques centrés sur l'axe OO', l'un ayant une valeur de diamètre égale au diamètre de la partie cylindrique 34 extérieure, la valeur du diamètre de l'autre étant égale à la valeur du petit diamètre de la surface latérale tronconique 29. Cette disposition n'est pas obligatoire, en particulier la surface de jonction entre la seconde extrémité 37 de la partie cylindrique 34 et la partie tronconique 35 pourrait être constituée par exemple par une surface tronconique joignant l'extrémité 37 de la partie cylindrique 34 et l'extrémité 33 de la surface tronconique 29. Le sommet de la surface tronconique de jonction serait dans ce cas plus proche du sous réflecteur 24 que l'extrémité 37.
[0024] De préférence, la longueur axiale de la partie cylindrique 34 extérieure du corps diélectrique 23 est comprise entre λ/4 et λ/2, λ désignant la longueur d'onde en espace libre de la valeur de l'onde électromagnétique ayant une fréquence médiane d'une bande de fréquence sur laquelle l'antenne 1 est accordée. Lorsque le guide d'onde est un guide qui autorise le passage de l'onde en mode fondamental, le diamètre intérieur du guide d'onde est lui de 0,65λ environ. Ainsi en général la longueur axiale de la partie cylindrique 34 extérieure du corps diélectrique 23 est comprise entre d/1,3 et d/2,6, d désignant le diamètre intérieur du guide d'onde.
[0025] Dans l'exemple de réalisation présenté, la valeur de la constante diélectrique εr du matériau constituant le corps diélectrique 23 est voisine de 2,5. La valeur de l'angle au sommet θ de la surface tronconique 29 du corps diélectrique est voisine de 30°.
[0026] Le sous réflecteur 24 est comme dans l'art antérieur déposé sur une face du corps diélectrique 23 sécante à l'axe OO'. Il présente une forme polynomiale. On veut dire par là que le profil de la surface métallisée du sous réflecteur suit une courbe polynomiale, en général au maximum d'ordre 3 selon la formule a + bX + cX2 + dX3, a, b, c, d, pouvant être nuls.Des comparaisons entre des antennes directives paraboliques de 0,65 mètres de diamètre comportant une alimentation du type de celle décrite en relation avec la figure 2, et des antennes directives paraboliques de 0,65 mètres de diamètre réalisées selon l'exemple de réalisation en relation avec la figure 3 seront maintenant effectuées.
[0027] Les figures 4A et 4B représentent chacune une courbe représentant en fonction de la valeur de la fréquence portée en abscisse, la valeur du taux de perte par réflexion pour une antenne accordée sur 15 gigahertz, selon l'art antérieur sur la figure 4A, et pour une antenne selon la présente invention figure 4B.
[0028] Les mesures du taux de perte par réflexion sont effectuées pour des fréquences allant de 14 à 16 gigahertz.
[0029] Les figures 5A et 5B représentent chacune une courbe représentant en fonction de la valeur de la fréquence portée en abscisse, la valeur du taux de perte par réflexion pour une antenne accordée sur 19 gigahertz, selon l'art antérieur sur la figure 5A, et pour une antenne selon la présente invention figure 5B,
[0030] Les mesures du taux de perte par réflexion sont effectuées pour des fréquences allant de 17 à 20 gigahertz.
[0031] Dans les deux cas on constate que la bande de fréquence de l'antenne comportant l'alimentation selon l'invention est élargie puisqu'on passe d'une bande de 1,15 Ghz allant de 14,2 à 15,35 Ghz à une bande de 2 Ghz allant de 14 à 16 Ghz pour les antennes accordées à 15 gigahertz et d'une bande de 2 Ghz allant de 17,7 à 19,7 Ghz à une bande de 3 Ghz allant de 17 à 20 Ghz pour les antennes accordées à 19 gigahertz.
[0032] Il a été estimé dans les deux cas que le taux de réflexion ne pénalise pas la bande passante lorsque ce taux est inférieur à - 20 décibels.
[0033] La figure 6A représente pour une antenne accordée sur 15 gigahertz, deux courbes a et b représentant chacune, en fonction de la valeur de la fréquence portée en abscisse, la valeur du gain directionnel portée en ordonnée, la courbe a en pointillés pour une alimentation selon l'art antérieur et la courbe b pour une alimentation selon la présente invention.
[0034] On voit que le gain différentiel moyen en directivité entre environ 13,5 et 15,5 gigahertz est d'environ 1,4 décibels au profit de l'antenne ayant l'alimentation selon l'invention.
[0035] La figure 6B représente pour une antenne accordée sur 19 gigahertz, deux courbes a et b représentant chacune, en fonction de la valeur de la fréquence portée en abscisse, la valeur du gain directionnel portée en ordonnée, la courbe a en pointillés pour une alimentation selon l'art antérieur et la courbe b pour une alimentation selon la présente invention.
1. Alimentation (12) d'antenne (1) comportant alignés et centrés sur un axe OO',
- un guide d'onde (20) ayant un diamètre intérieur dpipe, une première (21) et une seconde (22) extrémité,
un corps diélectrique (23) ayant une partie (27) intérieure au guide d'onde (20)
et une partie (31) extérieure au guide d'onde (20), cette partie extérieure (31) comportant
une partie de forme tronconique (35) ayant une surface latérale extérieure (29) de
forme tronconique ayant deux extrémités (32, 33), une extrémité de grand diamètre
(32) et une extrémité (33) de petit diamètre,
- un sous réflecteur (24) placé du côté de l'extrémité (33) de grand diamètre de ladite forme tronconique (35),
caractérisé en ce que, la partie extérieure (31) comporte, outre la partie tronconique (35), une partie cylindrique (34) de diamètre supérieur au diamètre intérieur dpipe du guide d'onde (20), cette partie cylindrique (34) étant raccordée à partie tronconique (35) du côté de son extrémité (32) de petit diamètre, et en ce que la surface latérale extérieure (29) tronconique du corps diélectrique (23) est lisse.2. Alimentation (12) d'antenne (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du petit diamètre de la partie tronconique (35) est supérieure à la valeur
du diamètre de la partie cylindrique (34) extérieure du corps diélectrique (23).
3. Alimentation (12) d'antenne (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que une surface de jonction (36) du corps diélectrique entre la partie cylindrique (34)
extérieure et l'extrémité (33) de petit diamètre de la partie tronconique (35) dudit
corps diélectrique (23), est constituée par une couronne (36) circulaire plane perpendiculaire
à l'axe OO', délimitée par deux cercles concentriques centrés sur l'axe OO', l'un
ayant une valeur de diamètre égale au diamètre de la partie cylindrique (34) extérieure,
la valeur du diamètre de l'autre étant égale à la valeur du petit diamètre de la surface
latérale tronconique (29).
4. Alimentation (12) d'antenne (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la longueur axiale de la partie cylindrique (34) extérieure du corps diélectrique
(23) est comprise entre λ/4 et λ/2, λ désignant la longueur d'onde en espace libre
de la valeur de l'onde électromagnétique ayant une fréquence médiane d'une bande de
fréquence sur laquelle l'antenne (1) est accordée.
5. Alimentation (12) d'antenne (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la valeur de la constante diélectrique εr du matériau constituant le corps diélectrique (23) est voisine de 2,5, la valeur
de l'angle au sommet θ de la surface du corps diélectrique est voisine de 30°.
6. Alimentation (12) d'antenne (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la valeur du diamètre de la partie (34) cylindrique extérieure est comprise entre
1,1 et 1,3 fois la valeur du diamètre intérieur dpipe du guide d'ondes (20).
7. Antenne directive équipée d'un réflecteur caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une alimentation selon l'une des revendications précédentes.