Réflecteur secondaire d'antenne parabolique

Abstract

 La présente invention a pour objet un réflecteur secondaire d'antenne parabolique comprenant une première extrémité ayant une jonction d'un premier rayon, adaptée pour le couplage à l'extrémité d'un guide d'onde, une seconde extrémité, ayant un second rayon plus grand que le premier rayon, une surface interne convexe réfléchissante placée à la seconde extrémité ayant un axe de révolution, une surface externe de même axe, reliant les deux extrémités, et un corps diélectrique s'étendant entre la première et la seconde extrémité et limité par la surface interne et la surface externe, dans lequel la surface externe a un profil décrit par une équation de la forme :


dans laquelle A est une constante numérique non nulle, a_w est le premier rayon de la première extrémité du réflecteur secondaire, ρ₀ est le deuxième rayon de la deuxième extrémité du réflecteur secondaire, L est la hauteur totale du réflecteur secondaire, z est la hauteur considérée du réflecteur secondaire, et ρ_(z) est le rayon d'une section placée à la hauteur z du réflecteur secondaire.
Selon une variante, la surface externe du réflecteur secondaire comporte une pluralité de reliefs annulaires entourant le corps diélectrique, et la ligne reliant les surfaces externes des reliefs est décrite par cette équation.

Description

[0001] La présente invention se rapporte aux antennes paraboliques à double réflecteur, notamment les antennes radiofréquences (RF) utilisées dans le domaine des télécommunications.

[0002] Ces antennes paraboliques comportent un réflecteur primaire concave de grand diamètre et un réflecteur secondaire (« sub-reflector » en anglais) cibvexe de diamètre moindre qui est placé au voisinage du foyer, sur le même axe de révolution que le réflecteur primaire. Ces antennes fonctionnent indifféremment en mode transmetteur ou en mode récepteur, correspondant à deux sens opposés de propagation des ondes RF. Dans ce qui suit, la description est donnée soit en mode émission, soit en mode réception de l'antenne, selon ce qui permet de mieux illustrer les phénomènes décrits. Il faut noter que tous les raisonnements s'appliquent aux antennes aussi bien en réception qu'en émission.

[0003] Le réflecteur secondaire comporte habituellement un corps diélectrique transparent aux ondes RF. La surface externe de forme générale sensiblement conique du réflecteur secondaire fait face au réflecteur primaire. La surface interne convexe du réflecteur secndaire est revêtue d'un traitement permettant de réfléchir les ondes RF en direction du réflecteur primaire en traversant le corps diélectrique. De multiples réflexions des ondes RF surviennent entre l'extrémité du guide d'onde et le réflecteur primaire, en impliquant le réflecteur secondaire.

[0004] L'introduction de reliefs annelés sur la surface externe du corps diélectrique permet de réduire les réflexions multiples des ondes RF qui se produisent entre le guide d'onde et le réflecteur primaire via la surface interne métallisée du réflecteur secondaire. Par contre, ces reliefs ont peu d'effet sur deux autres caractéristiques importantes du double réflecteur: le gain d'antenne, exprimé en dBi ou décibel isotrope, et les pertes par débordement (« spillover » en anglais), exprimées en dB.

[0005] Les pertes par débordement pour le mode émission d'une antenne RF correspondent à des valeurs de l'angle d'éclairement (mesuré par rapport à l'axe de révolution de réflecteur secondaire) du réflecteur primaire par le réflecteur secondaire pour lesquels les ondes RF issues du guide d'onde sont réfléchies par le réflecteur secondaire dans une direction qui est en dehors du périmètre du réflecteur primaire. Ces pertes conduisent à une pollution de l'environnement par les ondes RF. Ces pertes par débordement doivent être imitées à des niveaux définis par des normes.

[0006] Une solution habituelle est d'attacher à la périphérie du réflecteur primaire une jupe qui a la forme d'un cylindre, de diamètre voisin de celui du réflecteur primaire et due hauteur convenable, revêtu intérieurement d'une couche absorbant le rayonnement RF. Outre l'encombrement qui en résulte, cette solution connue présente l'inconvénient aujourd'hui gênant du coût du matériau de la jupe, ainsi que du coût d'assemblage de cette jupe sur le réflecteur.

[0007] La présente invention a pour but de proposer une antenne à double réflecteur dont les pertes par débordement sont notablement réduites.

[0008] L'objet de la présente invention est un réflecteur secondaire d'antenne parabolique comprenant

• une première extrémité ayant une jonction d'un premier rayon, adaptèe pour le couplage à l'extrémité d'un guide d'onde,
• une seconde extrémité, ayant un second rayon plus grand que le premier rayon,
• une surface interne convexe réfléchissante placée à la seconde extrémité ayant un axe de révolution.
• une surface externe de même axe, reliant les deux extrémités.
• un corps diélectrique s'étendant entre la première et la seconde extrémité et limité par la surface interne et la surface externe,

[0009] Selon l'invention, la surface externe du réflecteur a un profil décrit par une équation de la forme :


dans laquelle
A est une constante numérique différente de zéro (A ≠ 0),
a_w est le premier rayon de la première extrémité du réflecteur secondaire,
ρ ₀ est le deuxième rayon de la deuxième extrémité du réflecteur secondaire,
L est la hauteur totale du réflecteur secondaire,
z est la hauteur considérée du réflecteur secondaire, et
ρ _(z) est le rayon d'une section placée à la hauteur z du réflecteur secondaire.

[0010] L'invention consiste à proposer un réflecteur secondaire dont la surface externe présente un profil selon une courbe particulière. Le réflecteur secondaire est un volume de symétrie axiale ayant une surface externe dont la génératrice est une courbe décrite par l'équation précédente.

[0011] Selon une variante de l'invention, la surface externe du réflecteur secondaire comporte en outre au moins un relief en forme d'anneau entourant le corps diélectrique.

[0012] Selon une autre variante de invention, la surface externe du réflecteur secondaire comporte une pluralité de reliefs annulaires entourant le corps diélectrique, la ligne reliant les surfaces externes des reliefs est décrite par une équation également de la même forme que celle décrivant la surface externe du réflecteur :

[0013] De préférence encore la ligne reliant les bases des reliefs est décrite par une équation également de la même forme que celle décrivant la surface externe du réflecteur.

[0014] Ces reliefs sont placés sur la surface externe du réflecteur secondaire pour réduire les réflexions multiples de l'onde RF. On obtient ainsi simultanément une réduction des pertes par débordement et des réflexions multiples des ondes RF.

[0015] La présente invention a aussi pour objet une antenne parabolique comportant un réflecteur primaire et un réflecteur secondaire associé. Le réflecteur secondaire comprend :

• une première extrémité ayant une jonction d'un premier rayon, adaptée pour le couplage à l'extrémité d'un guide d'onde,
• une seconde extrémité, ayant un second rayon plus grand que le premier rayon,
• une surface interne convexe réfléchissante placée à la seconde extrémité ayant un axe de révolution,
• une surface externe de même axe, reliant les deux extrémités,
• un corps diélectrique s'étendant entre la première et la seconde extrémité et limité par la surface interne et la surface externe,

[0016] Selon l'invention, la surface externe du réflecteur secondaire a un profil décrit par une équation de la forme:


dans laquelle
A est une constante numérique différente de zéro (A ≠ 0),
a_w est le premier rayon de la première extrémité du réflecteur secondaire,
ρ _o est le deuxième rayon de la deuxième extrémité du réflecteur secondaire,
0L est la hauteur totale du réflecteur secondaire,
z est la hauteur considérée du réflecteur secondaire, et
ρ _(z) est le rayon d'une section placée à la hauteur z du réflecteur secondaire.

[0017] Du fait de la réduction des pertes par débordement, la présente invention permet de se passer de la jupe, ou à tout le moins de réduire la hauteur de la jupe du réflecteur primaire, ce qui procure un avantage de coût et d'encombrement.

[0018] L'invention est utilisable dans des applications telles que, par exemple, la réalisation d'anténnes terrestres permettant due recevoir un signal radiofréquence émis par un satellite ou la liaison entre deux antennes terrestres, et de façon plus générale dans toute application concernant les liaisons radiofréquence point à point dans la bande de fréquence de 7 GHz à 40 GHz.

[0019] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel

• la figure 1 est un schéma montrant le profil de la surface extérieure d'un réflecteur secondaire selon un mode de réalisation de l'invention,
• la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un mode de réalisation d'un réflecteur secondaire,
• la figure 3 est une vue en perspective du réflecteur secondaire selon le mode de réalisation de la figure 2,
• la figure 4 représente la perte de rayonnement par réflexion("return loss" en anglais) d'un réflecteur secondaire en fonction de la fréquence de l'onde émise ou reçue, la perte par réflexion R en dB est donnée en ordonnée et en abscisse la fréquence ν en GHz,
• la figure 5 représente le diagramme de rayonnement à 7,8GHz du réflecteur primaire de l'antenne dans les plans horizontal et vertical en fonction de l'angle de réflexion qui est mesuré par rapport à l'axe de la parabole (θ = 0°), l'intensité du rayonnement I en dB est donné en ordonnée et en abscisse l'angle de réflexion θ en degrés,
• là figure 6 représente le diagramme de rayonnement de l'antenne dans le plan horizontal en fonction de l'angle d'émission /réception, l'intensitè du rayonnement J en dB est donné en ordonnée, et en abscisse l'angle β en degrés,

[0020] Le schéma de la figure 1 montre la surface extérieure 1 d'axe de révolution X-X' d'un réflecteur secondaire 2 de hauteur L. Le réflecteur 2 a une première extrémité 3 de rayon a_w permettant sa jonction avec un guide d'onde 4. Le réflecteur 2 a une seconde extrémité 5 de rayon ρ₀. Entre la première extrémité 3 et la seconde extrémité 5 se développe la surface extérieure 1 dont le rayon en un point de hauteur z est donné par t'équation :


dans laquelle A est constante numérique influençant l'amplitude de la courbe. La valeur de A est différente de zéro et déterminée par optimisation numérique.

[0021] Dans le mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 2, un réflecteur secondaire 20 comporte une extrémité 21 de moindre rayon réalisant la jonction avec un guide d'onde 22 et une extrémité 23 ouverte de grand rayon où se rejoignent la surface interne 24 et la surface externe 25 limitant un volume 26 en matériau diélectrique (ε, = 2,5), Une partie du matériau diélectrique 26 se prolonge pour pénétrer à l'intérieur du guide d'onde 22, afin d'assurer le maintien mécanique et la transition radio-eiectrique entre le guide d'onde 22 et le réflecteur secondaire 20. Le profil de la surface externe 25 répond à l'équation donnée précédemment. Sur la surface externe 25, on a ménagé plusieurs reliefs 27. Les reliefs 27 ont en générale une forme annulaire centré sur l'axe Y-Y' du réflecteur 20. Dans le cas présent le profil de la surface enveloppe 28 reliant les surfaces extérieures des reliefs 27 doit répondre aussi à l'équation:

[0022] La figure 3 montre en perspective arrière la surface extérieure du réflecteur 20 sur laquelle apparaissent les reliefs 27 en forme d'anneaux. A titre d'exemple dans le cas présent, le premier rayon a_w vaut 0.04λ et le second rayon ρ₀ vaut 2,75λ pour une hauteur totale L du réflecteur 20 de 2.3λ, oú λ est la longueur d'onde de travail de l'antenne.

[0023] La figure 4 montre la courbe 30 de la perte causée par les réflexions. Une perte par réflexion inférieure à -24dB est obsedée sur environ 18% de la largeur de la bande de fréquence. Une faible valeur de perte par réflexion est donc observée sur une large partie de la bande de frequence. L'antenne présente un gain pouvant atteindre 74%.

[0024] Sur la figure 5, les courbes 50 et 51 montrent le diagramme de rayonnement du réflecteur primaire dans le plan horizontal et vertical respectivement. Les zones 52 correspondent aux zones de perte par débordement ("spill) over" en anglais) correspondant à un angle de réflexion supérieur à 100°, On observe que dans le cas présent ces pertes par débordement sont faibles, de l'ordre de -12dB au niveau des bords du réflecteur primaire.

[0025] Le diagramme de rayonnement 60 dans le plan horizontal de l'antenne est donné sur la figure 6. La courbe 61 de référence représente le profil standard (ETSI) et la zone 62 correspond aux lobes latéraux.

Revendications

1. Réflecteur secondaire d'antenne parabolique comprenant

- une première extrémité (3) ayant une jonction d'un premier rayon a_w, adaptée pour le couplage à l'extrémité d'un guide d'onde (4),

- une seconde extrémité (5), ayant un second rayon ρ₀ plus grand que le premier rayon a_w,

- une surface interne convexe réfléchissante placée à la seconde extrémité (5) ayant un axe de révolution X-X',

- une surface externe (1) de même axe, reliant les deux extrémités (3, 5),

- un corps diélectrique s'étendant entre la première (3) et la seconde extrémité (5) et limité par la surface interne et la surface externe (1),
caractérisé en ce que la surface externe (1) du réflecteur secondaire (2) a un profil décrit par une équation de la forme :


dans laquelle
A est une constante numérique différente de zéro,
a_w est le premier rayon de la première extrémité (3) du réflecteur secondaire (2), ρ₀ est le deuxiéme rayon de la deuxième extrémité (5) du réflecteur secondaire (2), L est la hauteur totale du réflecteur secondaire (2),
z est la hauteur considérée du réflecteur secondaire (2), et
ρ _(z) est le rayon d'une section placée à la hauteur du réflecteur secondaire (2).

2. Réflecteur secondaire selon la revendication 1, dans lequel la surface externe (25) du réflecteur secondaire (20) compose en outre au moines un relief (27) en forme d'anneau entourant le corps diélectrique (26).

3. Réflecteur secondaire selon la revendication 1, dans lequel la surface externe (25) du réflecteur secondaire (20) comporte une pluralité de reliefs (27) annulaires entourant le corps diélectrique (26), la ligne (28) reliant les surfaces externes des reliefs (27) est décrite par une équation de la forme :


dans laquelle
A est une constante numérique différente de zéro,
a_w est le premier rayon de la première extrémité (21) du réflecteur secondaire (20), ρ₀ est le deuxième rayon de la deuxième extrémité (23) du réflecteur secondaire (20), L est la hauteur totale du réflecteur secondaire (20),
z est la hauteur considérée du réflecteur secondaire (20), et
ρ _(z) est le rayon d'une section placée à la hauteur z du réflecteur secondaire (20).

4. Antenne parabolique comportant un réflecteur primaire et un réflecteur secondaire selon l'une des revendications précédentes, le réflecteur secondaire (2) comprenant :

- une première extrémité (3) ayant une jonction d'un premier rayon a_w, adaptée pour le couplage à l'extrémité d'un guide d'onde (4),

- une seconde extrémité (5), ayant un second rayon ρ₀ plus grand que le premier rayon a_w,

- une surface interne convexe réfléchissante placée à la seconde extrémité (5) ayant un axe de révolution X-X',

- une surface externe (1) de même axe, reliant les deux extrémités, (3, 5),

- un corps diélectrique s'étendant entre la première (3) et la seconde extrémité (5) et limite par la surface interne et la surface externe (1),
caractérisée en ce que la surface externe (1) du réflecteur secondaire (2) a un profil décrit par une équation de la forme :


dans laquelle
A est une constante numérique différente de zéro,
a_w est le premier rayon de la première extrémité (3) du réflecteur secondaire (2),
ρ ₀ est le deuxième rayon de la deuxième extrémité (5) du rèflecteur secondaire (2),
L est la hauteur totale du réflecteur secondaire (2),
z est la hauteur considérée du réflecteur secondaire (2), et
ρ _(z) est le rayon d'une section placée à la hauteur z du réflecteur secondaire (2).

5. Antenne parabolique comportant un réflecteur primaire et un réflecteur secondaire selon l'une des revendications précédentes, le réflecteur secondaire (20) comprenant:

- une première extrémité (21) ayant une jonction d'un premier rayon, adaptée pour le couplage à l'éxtrémité d'un guide d'onde (22),

- une seconde extrémité (23), ayant un second rayon plus grand que le premier rayon,

- une surface interne (24) convexe réfléchissante placée à la seconde extrémité ayant un axe de révolution Y-Y',

- une surface externe (25) de même axe, reliant les deux extrémités (21, 23),

- un corps diélectrique s'étendant entre la, première (21) et la seconde extrémité (23) et limité par la surface interne (24) et la surface externe (25),
caractérisé en ce que la surface externe (25) du réflecteur secondaire (20) comporte une pluralité de reliefs (27) annulaires entourant le corps diélectrique (26), la ligne (28) reliant les surfaces externes des reliefs (27) étant décrite par une équation de la forme :


dans laquelle
A est une constante numérique différente de zéro,
a_w est le premier rayon de la première extrêmité (21) du réflecteur secondaire (20), ρ₀ est le deuxième rayon de la deuxième extrémité (23) du réflecteur secondaire (20). L est la hauteur totale du réflecteur secondaire (20),
z est la hauteur considérée du réflecteur secondaire (20), et
ρ _(z) est le rayon d'une section placée à la hauteur z du réflecteur secondaire (20).

Dessins