ANTENNE MICRO ONDE À DOUBLE RÉFLECTEUR

Abstract

 L'antenne à double réflecteur comporte un réflecteur principal traversé par un guide d'onde conducteur et un sous-réflecteur. Le sous-réflecteur comprend un corps diélectrique qui s'étend entre une première extrémité de petit diamètre et une seconde extrémité de plus grand diamètre. L'extrémité de petit diamètre comprend une portion apte à s'insérer à l'intérieur de l'extrémité du guide d'onde. L'extrémité de petit diamètre comprend en outre une portion formant un manchon diélectrique tubulaire apte à se placer autour de l'extrémité du guide d'onde conducteur.

Description

DOMAINE

[0001] La présente invention se rapporte à une antenne radiofréquences (RF) à double réflecteur de type micro-ondes, habituellement utilisée pour les réseaux de télécommunications mobiles.

ARRIERE PLAN

[0002] Pour obtenir la meilleure transmission micro-onde dans une liaison point-à-point, l'antenne est un élément-clé. A côté de l'efficacité de gain de l'antenne, la qualité du diagramme de rayonnement a de plus en plus d'importance. Dans le réseau de haute densité, chaque antenne doit être très directive avec une perturbation la plus faible possible causée par les antennes voisines.

[0003] Afin de réaliser des systèmes d'antenne compacts, on utilise des antennes à double réflecteur, notamment les antennes dites de type « Cassegrain ». Le double réflecteur comporte un réflecteur principal concave, le plus souvent une parabole ou une portion de parabole, et un sous-réflecteur (« sub-reflector » en anglais) convexe, de diamètre très inférieur, placé au voisinage du foyer de la parabole sur le même axe de révolution que le réflecteur principal. Une source d'alimentation est située le long de l'axe de symétrie de l'antenne, face au sous-réflecteur.

[0004] Pour remplir les critères du gabarit de la classe 4 de la norme ETSI, une antenne nécessite un haut niveau de performances radioélectriques. Les principales difficultés à résoudre sont d'obtenir un diagramme de rayonnement de l'antenne ayant un niveau très faible des lobes secondaires, et un rapport avant/arrière élevé du diagramme de rayonnement.

[0005] En émission, la source d'alimentation de l'antenne émet un rayonnement incident en direction du sous-réflecteur qui est réfléchi vers le réflecteur principal. Une partie du rayonnement incident est renvoyé dans une direction divergente, provoquant des pertes par débordement. Ces antennes présentent des pertes par débordement (« spillover » en anglais) qui sont élevées et diminuent le rapport avant/arrière (« front-to-back ratio » en anglais) de l'antenne. Les pertes par débordement conduisent à une pollution de l'environnement par les ondes RF. Les pertes par débordement doivent donc être limitées à des niveaux très faible, tels qu'exigés par le gabarit de la classe 4 de la norme ETSI.

[0006] Pour obtenir un diagramme de rayonnement avec un rapport avant/arrière élevé et avec des lobes secondaires réduits, une antenne déportée avec un système de double réflecteur est la meilleure solution. Mais cette solution est très coûteuse, et l'antenne obtenue est encombrante.

[0007] En réception, le rayonnement est reçu par le réflecteur principal, mais une partie de ce rayonnement est masqué par le sous-réflecteur ce qui contribue à augmenter les lobes latéraux. Afin de réduire les premiers lobes secondaires du diagramme de rayonnement, une solution consiste à utiliser un sous-réflecteur de petite taille. Mais un sous-réflecteur avec un faible diamètre diminue les performances en termes de pertes par débordement et le niveau des pertes en retour si sa distance par rapport au cornet est trop courte.

RESUME

[0008] Le but est d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur, tout en conservant un rapport avant/arrière élevé et des lobes secondaires réduits.

[0009] A cette fin on propose d'améliorer le dispositif d'alimentation d'une antenne à double réflecteur afin d'atteindre des performances radioélectriques au moins égales à celle d'une antenne offset pour un coût et un encombrement moindres.

[0010] L'objet de la présente invention est une antenne à double réflecteur comportant un réflecteur principal traversé par un guide d'onde conducteur et un sous-réflecteur. Le sous-réflecteur comprend un corps diélectrique s'étendant entre une première extrémité de petit diamètre et une seconde extrémité de plus grand diamètre. L'extrémité de petit diamètre comprend une portion apte à s'insérer à l'intérieur de l'extrémité du guide d'onde. L'extrémité de petit diamètre comprend en outre une portion formant un manchon diélectrique tubulaire apte à se placer autour de l'extrémité du guide d'onde conducteur.

[0011] Selon un premier aspect, un espace est ménagé entre le manchon diélectrique et le guide d'onde conducteur.

[0012] Selon un deuxième aspect, l'espace a une largeur comprise entre λ/14 et λ/6 où λ est la longueur d'onde en espace libre. De préférence l'espace a une épaisseur de l'ordre de λ/10 où λ est la longueur d'onde en espace libre.

[0013] Selon un troisième aspect, le manchon diélectrique est constitué d'un matériau ayant une constante diélectrique comprise entre 2 et 3,5.

[0014] Selon un quatrième aspect, le manchon diélectrique a une longueur comprise entre λ/5 et λ/3 où λ est la longueur d'onde en espace libre. De préférence le manchon diélectrique a une longueur de l'ordre de λ/4 où λ est la longueur d'onde en espace libre.

[0015] Selon un cinquième aspect, le manchon diélectrique a une épaisseur comprise entre λ/14 et λ/6 où λ est la longueur d'onde en espace libre. De préférence le manchon diélectrique a une épaisseur de l'ordre de λ/10 où λ est la longueur d'onde en espace libre.

[0016] L'invention s'applique aux antennes radiofréquences (RF) à double réflecteur de type micro-ondes, notamment aux antennes traditionnelles du type dit « Cassegrain ».

BREVE DESCRIPTION

[0017] D'autres caractéristiques et avantages 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 illustre une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un sous-réflecteur muni d'un manchon,
• les figures 2a et 2b illustrent une vue en coupe détaillée de la zone de couplage du sous-réflecteur et du guide d'onde selon le mode de réalisation de la figure 1,
• la figure 3 illustre schématiquement le manchon diélectrique entourant le guide d'onde conducteur,
• la figure 4 illustre le diagramme de rayonnement à 40GHz dans le plan horizontal d'une antenne parabolique de type connu et d'une antenne parabolique ayant un sous-réflecteur selon le mode de réalisation de la figure 1,
• la figure 5 illustre le diagramme de rayonnement à 40GHz dans le plan horizontal d'une antenne parabolique de type connu et d'une antenne parabolique ayant un sous-réflecteur selon le mode de réalisation de la figure 1.

[0018] Sur les figures 4 et 5, le gain G ou directivité en décibels dB est donné en ordonnée en fonction de l'angle de réflexion θ en degrés donné en abscisse.

[0019] Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. La terminologie directionnelle comme « gauche », « droite », « haut », « bas », « avant », « arrière », « dessus », « dessous », « vertical », « horizontal », etc... est utilisée en référence à l'orientation des figures ici décrites. Parce que les éléments composant les modes de réalisation de la présente invention peuvent être placés dans des orientations différentes, la terminologie directionnelle n'est utilisée ici qu'à des fins d'illustration et n'est nullement limitative.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0020] Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le sous-réflecteur 1 d'une antenne à double réflecteur est représenté. La source d'alimentation 2 présente une symétrie de révolution autour d'un l'axe X-X'. La source d'alimentation 2 peut être un guide d'onde tel qu'un tube creux métallique, par exemple en aluminium, rempli d'un matériau diélectrique ou bien un câble coaxial relié à un cornet d'alimentation. Une extrémité 3 du guide d'onde 2 est située face au sous-réflecteur 1 qui a une forme de révolution autour de l'axe X-X'. La surface extérieure du sous-réflecteur 1 présente une convexité qui fait face à la concavité du réflecteur principal de l'antenne.

[0021] Le sous-réflecteur 1 comprend un corps diélectrique 4 s'étendant entre une première extrémité 5 et une seconde extrémité 6. Généralement le matériau utilisé pour le corps diélectrique 4 est un matériau plastique, par exemple de type polystyrène, ayant une valeur de constante diélectrique autour de 2,55. Un traitement permettant de réfléchir les ondes RF en direction du réflecteur principal, par exemple un dépôt métallique, est réalisé sur la surface interne concave 7 de la première extrémité 5 du corps diélectrique 4, et constitue la surface réfléchissante du sous-réflecteur 1. La surface externe du sous-réflecteur 1 est la surface placée en regard du réflecteur principal.

[0022] Du fait de la différence de dimension entre le sous-réflecteur 1 et le guide d'onde 2, le corps diélectrique 4 a une forme tronconique ayant deux extrémités : une première extrémité 5 de grand diamètre et une seconde extrémité 6 de petit diamètre. L'extrémité 6 de petit diamètre est raccordée au guide d'onde 2.

[0023] On considérera maintenant les figures 2a et 2b qui illustrent une vue en coupe détaillée de la zone de couplage du sous-réflecteur 1 et du guide d'onde 2.

[0024] Afin de confiner les ondes électromagnétiques entre le guide d'onde 2 et le sous-réflecteur 1, la seconde extrémité 6 du sous-réflecteur 1 est adaptée pour le couplage à l'extrémité du guide d'onde 2. Le confinement des ondes électromagnétiques entre le guide d'onde 2 et la seconde extrémité 6 du sous-réflecteur 1 assure un meilleur couplage électromagnétique entre le sous-réflecteur 1 et le réflecteur principal.

[0025] Le corps diélectrique 4 à sa seconde extrémité 6 comporte une portion interne 8 pénétrant dans le guide d'onde 2 et une portion externe 9 entourant le guide d'onde 2. Le diamètre extérieur de la portion interne 8 du sous-réflecteur 1 est inférieur au diamètre intérieur du guide d'onde 2. L'extrémité de la portion interne 8 est de forme sensiblement cylindrique et apte à s'insérer à l'intérieur de l'extrémité 3 du guide d'onde 2 tubulaire creux.

[0026] Le diamètre intérieur de la portion externe 9 du sous-réflecteur 1 est supérieur au diamètre de l'extrémité 3 du guide d'onde 2 qui lui fait face de manière à constituer un manchon enveloppant l'extrémité 3 du guide d'onde 2. Le manchon 9 est constitué d'un matériau diélectrique ayant une constante diélectrique comprise entre 2 et 3,5. Par exemple ici le manchon 9 est constitué du même matériau que le corps diélectrique 4. Entre le manchon 9 diélectrique et l'extrémité 3 du guide d'onde 2 est ménagé un espace 10. L'espace 10 joue le rôle d'un piège à ondes, et ainsi améliore le diagramme de rayonnement final.

[0027] Comme illustré sur la vue en coupe de la figure 3, les dimensions du manchon 9 diélectrique sont de l'ordre de λ/4 en longueur et λ/10 en épaisseur, où λ est la longueur d'onde en espace libre. L'espace 10 entre le manchon 9 diélectrique et l'extrémité 3 du guide d'onde 2 a une largeur de l'ordre de λ/10.

[0028] Un champ parasite significatif existe sur la surface extérieure du guide d'onde 2 tubulaire. Ce champ est réfléchi au centre du réflecteur principal et crée une perturbation du diagramme de rayonnement en augmentant les lobes secondaires. En ajoutant un manchon 9 diélectrique autour de l'extrémité 3 du guide d'onde 2 tubulaire rayonnant, le champ parasite est sensiblement réduit.

[0029] La figure 4 illustre le diagramme de rayonnement à 40GHz dans le plan horizontal d'une antenne de type « Cassegrain » dont le réflecteur principal a un diamètre de 1 pied. Le gain G ou directivité en dB est donné en ordonnée en fonction de l'angle de réflexion θ en degrés donné en abscisse.

[0030] La zone centrale A correspond au lobe principal et la zone latérale B correspond aux lobes secondaires. La courbe 40 représente le gabarit classe 4 ETSI. La courbe 41 illustre le diagramme d'un sous-réflecteur ne comportant pas de manchon diélectrique et la courbe 42 illustre le diagramme d'un sous-réflecteur comportant un manchon diélectrique selon la présente invention. La courbe 42 montrent des valeurs rayonnées avec de faibles lobes secondaires, en-dessous du gabarit classe 4 ETSI.

[0031] La figure 5 illustre le diagramme de rayonnement à 40GHz dans le plan horizontal d'une antenne de type « Cassegrain » dont le réflecteur principal a un diamètre de 1 pied. Le gain G ou directivité en dB est donné en ordonnée en fonction de l'angle de réflexion θ en degrés donné en abscisse.

[0032] La courbe 50 représente le gabarit classe 4 ETSI. La courbe 51 illustre le diagramme d'un sous-réflecteur ne comportant pas de manchon diélectrique et la courbe 52 illustre le diagramme d'un sous-réflecteur comportant un manchon diélectrique selon la présente invention.

[0033] La zone centrale A correspond au lobe principal et les zones latérales B et C correspond aux lobes secondaires. La différence d'intensité entre le lobe principal et les lobes secondaire défini le rapport avant/arrière de l'antenne. Dans la zone C en particulier, la courbe 52 montrent de très faibles lobes secondaires donc un rapport avant/arrière qui a été sensiblement augmenté.

[0034] Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. En particulier, on pourra modifier la forme et les dimensions du manchon tubulaire, ainsi que la nature de la matière diélectrique utilisée.

Revendications

1. Antenne à double réflecteur comportant un réflecteur principal traversé par un guide d'onde conducteur et un sous-réflecteur, le sous-réflecteur comprenant un corps diélectrique s'étendant entre une première extrémité de petit diamètre et une seconde extrémité de plus grand diamètre, l'extrémité de petit diamètre comprenant une portion apte à s'insérer à l'intérieur de l'extrémité du guide d'onde, dans laquelle l'extrémité de petit diamètre comprend en outre une portion formant un manchon diélectrique tubulaire apte à se placer autour de l'extrémité du guide d'onde conducteur.

2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle un espace est ménagé entre le manchon diélectrique et le guide d'onde conducteur.

3. Antenne selon la revendication 2, dans laquelle ledit espace a une largeur comprise entre λ/14 et λ/6 où λ est la longueur d'onde en espace libre.

4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle ledit manchon diélectrique est constitué d'un matériau ayant une constante diélectrique comprise entre 2 et 3,5.

5. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit manchon diélectrique a une longueur comprise entre λ/5 et λ/3 où λ est la longueur d'onde en espace libre.

6. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit manchon diélectrique a une épaisseur comprise entre λ/14 et λ/6 où λ est la longueur d'onde en espace libre.

Dessins