[0001] La présente invention concerne une antenne élémentaire, une structure antennaire
compacte pour télécommunications comprenant une telle antenne, une plateforme comprenant
la structure antennaire et un procédé de communication par satellites entre deux stations
utilisant la structure antennaire.
[0002] Dans le domaine des communications satellitaires, l'obtention d'une communication
de bonne qualité implique des performances particulières pour les ondes électromagnétiques
produites par la structure antennaire utilisée dans la communication en termes de
gain et de niveau de lobes secondaires (rapport entre l'intensité des lobes secondaires
et l'intensité du lobe principal). Ceci est d'autant plus vrai pour les communications
satellitaires dites « haut débit », c'est-à-dire ne transmettant pas uniquement de
la voix.
[0003] Dans le cas particulier de la bande électromagnétique Ka, deux bandes de fréquence
distinctes sont impliquées. En effet, en émission, les ondes électromagnétiques de
la bande Ka ont une fréquence comprise entre 27 gigahertz (GHz) et 31 GHz tandis qu'en
réception, les ondes électromagnétiques de la bande Ka ont une fréquence comprise
entre 17,3 GHz et 21,2 GHz. Dans la suite de la description, la bande Ka pour l'émission
est notée Tx tandis que la bande Ka pour la réception est notée Rx. En outre, les
polarisations des ondes en émission et en réception sont généralement de type circulaires
opposées ou non.
[0004] Ces fréquences et ces polarisations circulaires en réception et en émission imposent
des contraintes sur la structure antennaire. De plus, dans le contexte de liaison
satellitaire, il convient d'orienter l'antenne afin de pointer le satellite permettant
d'établir la liaison. En outre, pour réduire la signature visuelle (l'encombrement
physique), les solutions de type antennes paraboliques ne sont généralement pas privilégiées.
D'autant plus que dans ce cas, la profondeur de l'antenne est contrainte par la focale
de la source illuminant la parabole.
[0005] Parmi les structures antennaires permettant de respecter ces différentes contraintes,
il est connu d'utiliser une antenne à balayage électronique pouvant comprendre deux
panneaux antennaires disjoints respectivement pour l'émission d'une onde dont la fréquence
centrale est autour de 30 GHz et pour la réception d'une onde centrée autour de 20
GHz.
[0006] Toutefois, l'antenne à balayage électronique obtenue peut présenter un encombrement
important correspondant aux surfaces rayonnantes de chacun des modes de fonctionnement
(émission/réception). En outre, l'efficacité d'une telle antenne peut être insuffisante
en fonction de l'antenne élémentaire utilisée et du circuit d'alimentation associés
notamment lorsqu'il s'agit d'antennes de type patch.
[0007] De plus, la mise en oeuvre d'une polarisation circulaire dans un premier sens dans
la partie émission et d'une polarisation circulaire dans un deuxième sens opposé ou
non au premier sens pour la partie de réception s'avère difficile dans le cas de l'emploi
d'un polariseur, ce qui réduit la flexibilité d'utilisation de l'antenne à balayage
considérée.
[0008] Il existe donc un besoin pour une structure antennaire pour télécommunications, en
particulier satellitaire dans la bande Ka, présentant un encombrement réduit en terme
de profondeur et de capacité de pointage en utilisant un principe de balayage électronique
tout en permettant l'obtention d'une communication haut débit de bonne qualité, notamment
en termes de gain, de taux d'ellipticité et de lobes secondaires compatibles des gabarits
normatifs.
[0009] A cet effet, il est proposé une structure antennaire pour télécommunications, notamment
par satellite, comportant une surface d'émission comprenant au moins un ensemble d'une
pluralité d'antennes élémentaires d'émission formant un réseau, au moins une antenne
élémentaire d'émission comportant deux patchs de forme générale circulaire au moins
partiellement superposés, ladite au moins une antenne élémentaire d'émission étant
dimensionnée pour émettre au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence
comprise entre 27 gigahertz (GHz) et 31 GHz. La structure antennaire comprend également
une surface de réception comprenant au moins un ensemble d'une pluralité d'antennes
élémentaires de réception formant un réseau, au moins une antenne élémentaire de réception
comportant deux patchs de forme générale circulaire au moins partiellement superposés,
ladite au moins une antenne élémentaire de réception étant dimensionnée pour recevoir
au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise entre 17,3 GHz
et 21,2 GHz.
[0010] Suivant des modes de réalisation particuliers, la structure antennaire comprend une
ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise(s) isolement ou suivant toutes les
combinaisons techniquement possibles :
- chaque patch de ladite au moins une antenne élémentaire d'émission présente un centre,
ladite antenne élémentaire d'émission comportant deux accès d'alimentation propres
à alimenter un des deux patchs, chaque accès étant dans un secteur angulaire présentant
un angle par rapport au centre du patch alimenté inférieur à 180°, et/ou chaque patch
de ladite au moins une antenne élémentaire de réception présente un centre, ladite
antenne élémentaire de réception comportant deux accès d'alimentation propres à alimenter
un des deux patchs, chaque accès étant dans un secteur angulaire présentant un angle
par rapport au centre du patch alimenté inférieur à 180°.
- les deux patchs de ladite au moins une antenne élémentaire d'émission sont espacés
selon une première direction d'une distance comprise entre 0,5 millimètre (mm) et
2,0 mm, et/ou les deux patchs de ladite au moins une antenne élémentaire de réception
sont espacés selon une première direction d'une distance comprise entre 0,5 millimètre
(mm) et 2,0 mm
- les deux patchs de ladite au moins une antenne élémentaire d'émission sont espacés
selon une première direction d'une distance comprise entre 0,75 millimètre (mm) et
1,5 mm, et/ou les deux patchs de ladite au moins une antenne élémentaire de réception
sont espacés selon une première direction d'une distance comprise entre 0,75 millimètre
(mm) et 1,5 mm.
- les diamètres des deux patchs de ladite au moins une antenne élémentaire d'émission
sont identiques, et/ou les diamètres des deux patchs de ladite au moins une antenne
élémentaire de réception sont identiques.
- les antennes élémentaires d'émission de la structure antennaire comportent toutes
deux patchs de forme générale circulaire au moins partiellement superposés, chaque
antenne élémentaire d'émission étant dimensionnée pour émettre au moins une onde électromagnétique
présentant une fréquence comprise entre 27 GHz et 31 GHz, et/ou les antennes élémentaires
de réception de la structure antennaire comportent toutes deux patchs de forme générale
circulaire au moins partiellement superposés, chaque antenne élémentaire de réception
étant dimensionnée pour recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une
fréquence comprise entre 17,3 GHz et 21,2 GHz.
- les antennes élémentaires d'émission et les antennes élémentaires de réception sont
agencées en quinconce.
- la surface d'émission est de forme générale rectangulaire et comprend au moins deux
ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires d'émission formant chacun un réseau,
les antennes élémentaires d'émission de chaque ensemble étant le long d'une ligne
propre de cet ensemble, chaque ligne étant parallèle aux autres lignes propres, et/ou
la surface de réception est de forme générale rectangulaire et comprend au moins deux
ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires de réception formant chacun un réseau,
les antennes élémentaires de réception de chaque ensemble étant le long d'une ligne
propre de cet ensemble, chaque ligne étant parallèle aux autres lignes propres.
[0011] En outre, l'invention se rapporte aussi à une plateforme, notamment aérienne, comprenant
au moins une structure antennaire telle que décrite précédemment.
[0012] La présente invention a également pour objet un procédé de télécommunication notamment
par satellite, entre deux stations comprenant au moins l'une des étapes suivantes
: une étape d'émission d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence comprise
entre 27 GHz et 31 GHz par une structure antennaire telle que précédemment décrite
et une étape de réception d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence comprise
entre 17,3 GHz et 21,2 GHz par une structure antennaire telle que précédemment décrite.
[0013] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de
la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention, donnée
à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont :
- figure 1, un schéma d'une structure antennaire propre à fonctionner sur la bande Ka,
- figure 2, un schéma en perspective d'une antenne élémentaire fonctionnant sur la bande
Tx ;
- figures 3 et 4, des graphiques montrant respectivement l'évolution du taux d'ellipticité
et du taux d'ondes stationnaires de l'antenne élémentaire de la figure 2 sur la bande
Tx en fonction de la fréquence de fonctionnement ;
- figure 5, un schéma d'un réseau comprenant un ensemble d'antennes élémentaires selon
la figure 2 ;
- figures 6 et 7, des graphiques montrant l'évolution du taux d'ellipticité et du taux
d'ondes stationnaires du réseau de la figure 5 en fonction de la fréquence de fonctionnement
;
- figure 8, un graphique montrant l'évolution du gain de la structure antennaire selon
la figure 5 en fonction de l'angle d'élévation ;
- figure 9, un schéma d'un panneau fonctionnant sur la bande Tx et comprenant des réseaux
selon la figure 5 ;
- figures 10 et 11, des graphiques montrant l'évolution du gain du panneau de la figure
9 en fonction de l'angle d'élévation et pour un angle d'azimut donné ;
- figure 12, un graphique montrant l'évolution du taux d'ellipticité du panneau de la
figure 9 en fonction de la fréquence de fonctionnement ;
- figure 13, un graphique montrant l'évolution du gain du panneau de la figure 9 en
fonction de l'angle d'azimut lorsqu'un dépointage est mis en oeuvre ;
- figure 14, un schéma en perspective d'une antenne élémentaire fonctionnant en bande
Rx ;
- figures 15 et 16, des graphiques montrant l'évolution du taux d'ellipticité et du
taux d'ondes stationnaires pour l'antenne élémentaire de la figure 14 sur la bande
Rx en fonction de la fréquence de fonctionnement ;
- figure 17, un schéma d'un réseau comprenant un ensemble d'antennes élémentaires selon
la figure 14 ;
- figures 18 et 19, des graphiques montrant l'évolution du taux d'ellipticité et du
taux d'ondes stationnaires du réseau de la figure 17 en fonction de la fréquence de
fonctionnement ;
- figure 20, un graphique montrant l'évolution du gain du réseau de la figure 17 en
fonction de l'angle d'élévation ;
- figure 21, un schéma d'un panneau fonctionnant sur la bande Rx et comprenant des réseaux
selon la figure 17 ;
- figures 22 et 23, des graphiques montrant l'évolution du gain du panneau de la figure
21 en fonction de l'angle d'élévation et respectivement de l'angle d'azimut, et
- figure 24, un graphique montrant l'évolution du taux d'ellipticité du panneau de la
figure 21 en fonction de la fréquence de fonctionnement.
[0014] Dans le cadre d'une application de télécommunications, notamment par satellites dans
la bande Ka, il est proposé une structure antennaire 10 comportant une surface d'émission
11 Tx et une surface de réception 11 Rx telle que représentée à la figure 1.
[0015] Dans l'exemple présenté, la surface d'émission 11 Tx présente une forme générale
rectangulaire et la surface de réception 11 Rx présente également une forme générale
rectangulaire. Chaque surface d'émission 11Tx et de réception 11Rx accueille une pluralité
d'antennes élémentaires 12Tx (pour l'émission) et 12Rx (pour la réception).
[0016] L'ensemble de la surface d'émission 11Tx et de la pluralité d'antennes élémentaires
12Tx forme un panneau d'émission 13Tx alors que l'ensemble de la surface de réception
11 Rx et de la pluralité d'antennes élémentaires 12Rx forme un panneau de réception
13Rx.
[0017] Dans la suite, la structure du panneau d'émission 13Tx est détaillée en décrivant
successivement une antenne élémentaire 12Tx pour l'émission (figures 2 à 4), une ligne
comportant une pluralité d'antennes élémentaires 12Tx pour l'émission (figure 5 à
8) puis le panneau d'émission 13Tx lui-même (figures 9 à 13).Une antenne élémentaire
12Tx pour l'émission est représentée sur la figure 2. Cela implique que l'antenne
élémentaire 12Tx est propre à émettre une onde électromagnétique dont la longueur
d'onde est notée λ0, cette longueur d'onde λ0 correspondant à une fréquence centrale
de la bande comprise entre 27 GHz et 31 GHz.
[0018] L'antenne élémentaire 12Tx comporte deux patchs 14Tx, 16Tx au moins partiellement
superposés.
[0019] Chaque patch 14Tx, 16Tx est de forme circulaire.
[0020] Le premier patch 14Tx comporte une première couche métallisée 18Tx et une première
couche isolante 20Tx, la première couche métallisée 18Tx étant agencée sur la couche
isolante 20Tx.
[0021] La première couche métallisée 18Tx est de forme circulaire et présente un premier
diamètre d1Tx.
[0022] La forme de la première couche métallisée 18Tx confère au premier patch 14Tx une
forme circulaire.
[0023] Le deuxième patch 16Tx comporte également une deuxième couche métallisée 22Tx et
une deuxième couche isolante 24Tx, la deuxième couche métallisée 22Tx étant agencée
sur la deuxième couche isolante 24Tx.
[0024] La deuxième couche métallisée 22Tx comporte une partie circulaire 26Tx et deux accès
28Tx, 30Tx d'alimentation en courant.
[0025] La partie circulaire 26Tx est de forme circulaire et présente un deuxième diamètre
noté d2Tx. Le premier accès 28Tx comporte deux premiers tronçons 32Tx et 34Tx, un
premier tronçon proximal 32Tx en contact avec la partie circulaire 26Tx et un premier
tronçon distal 34Tx par rapport à la partie circulaire 26Tx.
[0026] Le premier tronçon proximal 32Tx est rectiligne et s'étend le long d'une direction
dite première direction proximale. Le premier tronçon proximal 32Tx est normal par
rapport à la portion de la partie circulaire 26Tx avec laquelle le premier tronçon
proximal 32Tx est en contact.
[0027] Le premier tronçon distal 34Tx est rectiligne et s'étend dans le prolongement du
tronçon proximal 32Tx le long d'une direction dite première direction distale. Les
premières directions proximale et distale font un angle supérieur à 90° entre elles.
De préférence, l'angle entre la première direction proximale et la première direction
distale est compris entre 120° et 145°.
[0028] De même, le deuxième accès 30Tx comporte deux deuxièmes tronçons 38Tx et 40Tx, un
deuxième tronçon proximal 38Tx en contact avec la partie circulaire 26Tx et un deuxième
tronçon distal 40Tx par rapport à la partie circulaire 26Tx.
[0029] Le deuxième tronçon proximal 38Tx est rectiligne et s'étend le long d'une direction
dite deuxième direction proximale. Le deuxième tronçon proximal 38Tx est normal par
rapport à la portion de la partie circulaire 26Tx avec laquelle le deuxième tronçon
proximal 38Tx est en contact.
[0030] Selon l'exemple de la figure 2, les deux directions proximales forment un angle entre
elles inférieur à 180°. Ainsi, chaque accès 28Tx, 30Tx est dans un secteur angulaire
présentant un angle par rapport au centre de la partie circulaire inférieur à 180°.
[0031] Autrement formulé, la distance entre les deux accès 28Tx et 30Tx est inférieure à
0,5*λ0 pour permettre la réalisation de la fonction de pointage par déphasage avec
le moins de dégradation des lobes secondaires afin de rester compatibles des gabarits
de normalisation. Préférentiellement, la distance entre les deux accès 28Tx et 30Tx
est inférieure ou égale à 0.42*λ0.
[0032] Le deuxième tronçon distal 40Tx est rectiligne et s'étend dans le prolongement du
deuxième tronçon proximal 38Tx le long d'une direction dite deuxième direction distale.
Les deuxièmes directions proximale et distale font un angle supérieur à 90° entre
elles. De préférence, l'angle entre la deuxième direction proximale et la deuxième
direction distale est compris entre 120° et 145°.
[0033] La forme de la deuxième couche métallisée 22Tx confère au deuxième patch 16Tx une
forme générale circulaire de sorte qu'il est considéré de manière simplifiée dans
la suite que le deuxième patch 16Tx présente une forme circulaire.
[0034] Ainsi, notamment, il est considéré que le deuxième diamètre d2Tx de la partie circulaire
26Tx est le diamètre du deuxième patch 16Tx.
[0035] De préférence, le premier diamètre d1Tx et le deuxième diamètre d2Tx peuvent être
identiques.
[0036] Les deux patchs 14Tx et 16Tx sont au moins partiellement superposés. Cela signifie
que les deux patchs 14Tx et 16Tx sont au moins partiellement alignés le long d'une
première direction Z.
[0037] Selon l'exemple particulier de la figure 2, les deux patchs 14Tx et 16Tx sont superposés.
Cela signifie que la projection de la partie circulaire 26Tx sur le plan comprenant
la première couche métallisée 18Tx est confondue avec la première couche métallisée
18Tx.
[0038] En outre, la partie circulaire 26Tx et la première couche métallisée 18Tx sont parallèles.
Les deux patchs 14Tx et 16Tx sont ainsi espacés selon une première direction Z d'une
distance notée ezTx.
[0039] De préférence, la distance ezTx d'espacement entre les deux patchs 14Tx et 16Tx le
long de la première direction Z est comprise entre 0,5 millimètre (mm) et 2,0 mm.
Avantageusement, la distance ezTx d'espacement entre les deux patchs 14Tx et 16Tx
le long de la première direction Z est comprise entre 0,75 mm et 1,5 mm.
[0040] De manière connue en soi, la distance ezTx d'espacement entre les deux patchs 14Tx
et 16Tx le long de la première direction Z, le diamètre d1Tx et d2Tx des patchs 14Tx
et 16Tx permettent de déterminer la ou les fréquences à laquelle (ou auxquelles) l'antenne
élémentaire 12Tx est propre à émettre.
[0041] L'antenne élémentaire 12Tx est dimensionnée pour émettre des fréquences comprises
entre 27 GHz et 31 GHz (bande Tx). Cela signifie qu'une telle antenne élémentaire
12Tx présente des premier et deuxième diamètres d1Tx, d2Tx compris entre 2,5 mm et
4 mm. La borne supérieure correspond au produit de 0,4 par la longueur d'onde λ0 que
l'antenne élémentaire 12Tx est propre à émettre.
[0042] De manière alternative, au lieu d'une condition sur les diamètres d1Tx, d2Tx, il
est imposé une contrainte sur la géométrie du deuxième patch 16Tx. Le deuxième patch
16Tx est alors inscriptible dans un rectangle dont l'extension exTx le long d'une
deuxième direction X est comprise entre 4,0 mm et 4,4 mm et l'extension eyTx le long
d'une troisième direction Y est comprise entre 3,8 mm et 4,2 mm. Les deux directions
X et Y sont perpendiculaires entre elles et à la première direction Z.
[0043] Les performances de l'antenne élémentaire 12Tx pour l'émission sont maintenant décrites
en référence aux figures 3 et 4.
[0044] Les figures 3 et 4 montrent que sur toute la bande d'intérêt (dans ce cas, il s'agit
de la bande Tx), le taux d'ellipticité est relativement faible ainsi que le taux d'ondes
stationnaires (noté pour simplifier par l'acronyme correspondant, à savoir TOS, dans
toutes les figures dans lequel ce taux apparaît).
[0045] L'antenne élémentaire 12Tx présente donc une large bande, soit une bande supérieure
à 5% autour de la fréquence centrale de fonctionnement, à polarisation circulaire
et une très bonne efficacité de rayonnement (notamment le rapport axial pour une aussi
petite antenne est meilleur que dans l'état de la technique et l'apodisation du diagramme
de rayonnement pour l'onde émise est facilitée lors de la mise en réseau).
[0046] Il est à noter que le mode de réalisation illustré, les deux patchs 14Tx et 16Tx
sont agencés de sorte que la deuxième couche métallique 22Tx fait face à la première
couche isolante 20Tx.
[0047] En variante, les deux patchs 14Tx et 16Tx sont agencés de sorte que la deuxième couche
métallique 22Tx fait face à la première couche métallique 18Tx.
[0048] Il est également proposé un réseau 50Tx tel qu'illustré par la figure 5, comprenant
une pluralité d'antennes élémentaires 12Tx pour l'émission.
[0049] Selon l'exemple particulier de la figure 5, le réseau 50Tx comprend vingt-quatre
antennes élémentaires 12Tx.
[0050] De façon générale, une association d'un nombre plus important d'antennes élémentaires
12Tx est possible en fonction des dimensions globales et des performances souhaitées
notamment au niveau gain du réseau 50Tx.
[0051] Chaque antenne élémentaire 12Tx de la figure 5 est identique à l'antenne élémentaire
12Tx décrite en référence à la figure 2.
[0052] En variante, certaines antennes sont différentes.
[0053] Les antennes élémentaires 12Tx sont agencées régulièrement le long d'une ligne formant
ainsi le réseau 50Tx. En outre, les antennes élémentaires 12Tx sont connectées entre
elles pour former le réseau 50Tx. La connexion se fait par l'intermédiaire de deux
lignes rectilignes qui assurent l'alimentation du réseau unitaire. Le réseau 50Tx
ainsi formé à l'émission possède deux accès qui permettent, en fonction de l'alimentation,
de rayonner une onde électromagnétique dans la bande de fréquence souhaitée selon
la polarisation circulaire désirée.
[0054] Dans l'exemple de la figure 5, le réseau 50Tx présente une extension ex2Tx le long
de la deuxième direction X comprise entre 4 mm et 6 mm. De préférence, l'extension
ex2Tx le long de la deuxième direction X est comprise entre 4,5 mm et 5,5 mm.
[0055] Dans l'exemple de la figure 5, le réseau 50Tx présente également une extension ey2Tx
le long de la troisième direction Y comprise entre 160 mm et 190 mm. De préférence,
l'extension ey2Tx le long de la troisième direction Y est comprise entre 165 mm et
185 mm.
[0056] En fonctionnement, chaque antenne élémentaire 12Tx du réseau 50Tx est alimentée par
une onde électromagnétique. Chaque antenne élémentaire 12Tx capte le champ électrique
issu de cette onde électromagnétique pour que le réseau 50Tx émette une onde dans
la bande de fréquence souhaitée.
[0057] Les performances en termes de taux d'ellipticité et de taux d'ondes stationnaires
et avantages octroyés par le réseau 50Tx sont similaires aux performances et avantages
octroyés par l'antenne élémentaire 12Tx de la figure 2 ainsi que le montre l'étude
des figures 6 et 7.
[0058] En outre, il apparaît sur la figure 8 que le réseau 50Tx présente un gain de l'ordre
de 20 dB, ce qui témoigne de la bonne efficacité de rayonnement de la structure antennaire
au regard de ses dimensions, c'est-à-dire de l'extension ex2Tx le long de la deuxième
direction X et de l'extension ey2Tx le long de la troisième direction Y.
[0059] La figure 9 illustre le panneau d'émission 13Tx de la figure 1. Les éléments identiques
au mode de réalisation de la figure 5 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences
sont mises en évidence.
[0060] Le panneau d'émission 13Tx comporte huit réseaux 50Tx au lieu d'un seul réseau 50Tx.
[0061] De façon générale, une association d'un nombre plus important de réseaux 50Tx est
possible en fonction des dimensions globales et des performances souhaitées notamment
au niveau gain et ouverture de rayonnement.
[0062] En l'occurrence, le nombre d'antennes pour le réseau 50Tx est choisi en fonction
d'une contrainte dimensionnelle appliquée le long de la troisième direction Y.
[0063] Chaque réseau 50Tx est parallèle aux autres réseaux 50Tx.
[0064] Les antennes élémentaires 12Tx sont agencées en quinconce. Un tel agencement permet
de conserver les performances en terme de stabilité du taux d'ellipticité lors de
la mise en réseau de la structure globale ainsi que lors de la réalisation du pointage
par déphasage.
[0065] En outre, dans l'exemple de la figure 9, le panneau d'émission 13Tx présente une
extension ex3Tx le long de la deuxième direction X comprise entre 40 mm et 50 mm.
De préférence, l'extension ex3Tx le long de la deuxième direction X est comprise entre
45 mm et 48 mm. L'extension ex3Tx le long de la deuxième direction X est liée au nombre
d'antennes réseaux 50Tx considéré. Dans le cas présenté sur la figure 9, l'extension
ex3Tx le long de la deuxième direction X correspond à environ neuf fois la taille
d'une antenne élémentaire.
[0066] Dans l'exemple de la figure 9, le panneau d'émission 13Tx présente également une
extension ey3Tx le long de la troisième direction Y comprise entre 160 mm et 190 mm.
De préférence, l'extension ey3Tx le long de la troisième direction Y est comprise
entre 165 mm et 185 mm. L'extension ey3Tx le long de la troisième direction Y est
liée au nombre d'antennes élémentaires 12Tx considéré.
[0067] Les performances en termes de taux d'ellipticité et avantages octroyés par le panneau
d'émission 13Tx sont similaires aux performances et avantages octroyés par l'antenne
élémentaire 12Tx de la figure 2 ainsi que le montre l'étude de la figure 12.
[0068] En outre, il apparaît sur les figures 10 et 11 que le panneau d'émission 13Tx présente
un gain de l'ordre de 28 dB, ce qui correspond à une structure antennaire compacte
efficace à la fréquence de fonctionnement considérée.
[0069] De plus, lorsqu'un dépointage est effectué, il peut être montré par comparaison notamment
des figures 11 et 13 que le gain de 26 dB est obtenu dans une direction relativement
éloignée déterminée par un angle d'azimut de 30°. Le panneau d'émission 13Tx proposé
est donc robuste au dépointage avec de très faible remontée des lobes secondaires.
[0070] Dans la suite, la structure du panneau de réception 13Rx de la figure 1 est détaillée
en décrivant successivement une antenne élémentaire 12Rx pour la réception (figures
14 à 16), une ligne comportant une pluralité d'antennes élémentaires 12Rx pour la
réception (figures 17 à 20) puis le panneau de réception 13Rx lui-même (figures 21
à 24).
[0071] La figure 14 illustre une antenne élémentaire 12Rx pour la réception. Les éléments
identiques à l'antenne élémentaire 12Tx pour l'émission de la figure 2 ne sont pas
décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.
[0072] Les signes de références des éléments de l'antenne élémentaire 12Rx pour la réception
sont suivis d'un suffixe Rx au lieu du suffixe Tx pour les éléments correspondants
de l'antenne élémentaire 12Rx.
[0073] Une antenne élémentaire 12Rx pour la réception est représentée sur la figure 14.
Cela implique que l'antenne élémentaire 12Rx est propre à recevoir une onde électromagnétique
dont la longueur d'onde est notée λ0, cette longueur d'onde λ0 correspondant à une
fréquence comprise entre 17,3 GHz et 21,2 GHz.
[0074] Aussi, l'antenne élémentaire 12Rx est dimensionnée pour recevoir des fréquences comprises
entre 17,3 GHz et 21,2 GHz (bande Rx). Cela signifie qu'une telle antenne élémentaire
12Rx présente des premier et deuxième diamètres d1 Rx, d2Rx compris entre 4,5 mm et
7 mm.
[0075] De manière alternative, au lieu d'une condition sur les diamètres d1 Rx, d2Rx, il
est imposé une contrainte sur le deuxième patch 16Rx. Le deuxième patch 16Rx est alors
inscriptible dans un rectangle dont l'extension exRx le long de la deuxième direction
X est comprise entre 6,6 mm et 7,0 mm et l'extension eyRx le long de la troisième
direction Y est comprise entre 6,0 mm et 6,4 mm.
[0076] Les performances de l'antenne élémentaire 12Rx pour la réception sont maintenant
décrites en référence aux figures 15 et 16.
[0077] Les performances et avantages octroyés par l'antenne élémentaire 12Rx pour la réception
sont similaires aux performances et avantages octroyés par l'antenne élémentaire 12Tx
pour l'émission ainsi que le montre l'étude des figures 15 et 16.
[0078] La figure 17 illustre un réseau 50Rx pour la réception selon l'invention. Selon l'exemple
particulier de la figure 17, le réseau 50Rx comprend dix-huit antennes élémentaires
12Rx.
[0079] De façon générale, une association d'un nombre plus important d'antennes élémentaires
12Rx est possible en fonction des dimensions globales et des performances souhaitées
notamment au niveau gain du réseau 50Rx.
[0080] En l'occurrence, le nombre d'antennes pour le réseau 50Rx est choisi en fonction
d'une contrainte dimensionnelle appliquée le long de la troisième direction Y.
[0081] Chaque antenne élémentaire 12Rx de la figure 17 est identique à l'antenne élémentaire
12Rx décrite en référence à la figure 14.
[0082] En variante, certaines antennes sont différentes.
[0083] Les antennes élémentaires 12Rx sont agencées régulièrement le long d'une ligne formant
ainsi le réseau 50Rx. En outre, les antennes élémentaires 12Rx sont connectées entre
elles pour former le réseau 50Rx. La connexion se fait par l'intermédiaire d'une ligne
rectiligne qui assure l'alimentation du réseau unitaire. Le réseau 50Rx ainsi formé
à la réception possède deux accès qui permettent, en fonction de l'alimentation, de
recevoir une onde électromagnétique dans la bande de fréquence souhaitée selon la
polarisation circulaire désirée.
[0084] Dans l'exemple de la figure 17, le réseau 50Rx présente une extension ex2Rx le long
de la deuxième direction X comprise entre 6 mm et 8,5 mm. De préférence, l'extension
ex2Rx le long de la deuxième direction X est comprise entre 7,6 mm et 8,0 mm.
[0085] Dans l'exemple de la figure 17, le réseau 50Rx présente également une extension ey2Rx
le long de la troisième direction Y comprise entre 180 mm et 200 mm. De préférence,
l'extension ey2Rx le long de la troisième direction Y est comprise entre 185 mm et
195 mm. L'extension ey2Rx le long de la troisième direction Y est liée au nombre d'antennes
élémentaire 12Rx considéré.
[0086] Les performances en termes de taux d'ellipticité et de taux d'ondes stationnaires
octroyés par le réseau 50Rx sont similaires aux performances et avantages octroyés
par l'antenne élémentaire 12Rx selon l'exemple de la figure 14 ainsi que le montre
l'étude des figures 18 et 19.
[0087] En outre, il apparaît sur la figure 20 que le réseau 50Rx présente un gain de l'ordre
de 18 dB, ce qui correspond à une structure antennaire compacte efficace à la fréquence
de fonctionnement considérée.
[0088] La figure 21 illustre le panneau de réception 13Rx de la figure 1. Les éléments identiques
au mode de réalisation de la figure 17 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences
sont mises en évidence.
[0089] Le panneau de réception 13Rx comporte huit réseaux 50Rx au lieu d'un seul réseau
50Rx.
[0090] De façon générale, une association d'un nombre plus important de réseaux 50Rx est
possible en fonction des dimensions globales et des performances souhaitées notamment
au niveau gain et ouverture de rayonnement.
[0091] Chaque réseau 50Rx est parallèle aux autres réseaux 50Rx.
[0092] Les antennes élémentaires 12Rx sont agencées en quinconce. Un tel agencement permet
de conserver les performances en terme de stabilité du taux d'ellipticité lors de
la mise en réseau de la structure globale ainsi que la réalisation du pointage par
déphasage.
[0093] En outre, dans l'exemple de la figure 21, le panneau de réception 13Rx présente une
extension ex3Rx le long de la deuxième direction X comprise entre 60 mm et 80 mm.
De préférence, l'extension ex3Rx le long de la deuxième direction X est comprise entre
65 mm et 75 mm. L'extension ex3Rx le long de la deuxième direction X est liée au nombre
de réseaux 50Tx considéré.
[0094] Dans l'exemple de la figure 21, le panneau de réception 13Rx présente également une
extension ey3Rx le long de la troisième direction Y comprise entre 190 mm et 210 mm.
De préférence, l'extension ey3Rx le long de la troisième direction Y est comprise
entre 195 mm et 205 mm. L'extension ey3Rx le long de la troisième direction Y est
liée au nombre d'antennes élémentaires 12Tx considéré.
[0095] Les performances en termes de taux d'ellipticité et de gain et avantages octroyés
par le panneau de réception 13Rx sont similaires aux performances et avantages octroyés
par le réseau 50Rx de la figure 17 ainsi que le montre l'étude des figures 22 à 24.
[0096] Dans tous les modes de réalisation, du fait que l'antenne élémentaire 12 est large
bande, de polarisation circulaire et présente une bonne efficacité de rayonnement,
la structure antennaire 10 présente un encombrement réduit ainsi qu'un poids réduit
par rapport aux structures antennaires de l'état de la technique pour des performances
en terme de rayonnement identiques. Ce poids réduit permet de réduire les contraintes
notamment dans le cas où l'antenne complète est accompagnée d'un positionneur mécanique.
[0097] De plus, la réalisation de cette structure antennaire 10 sur un substrat simple couche
permet aisément d'insérer du côté arrière au niveau plan de masse, avec le moins de
contrainte et d'impact sur les performances de rayonnement, les dispositifs de coupleur,
alimentation et déphasage pour assurer le contrôle et choix de polarisation ainsi
que de loi de phase et d'amplitude permettant d'orienter le diagramme de rayonnement
dans la direction souhaitée en configuration de balayage électronique.
[0098] La structure antennaire 10 est également capable d'émettre ou recevoir des ondes
électromagnétiques polarisées circulairement sans utilisation d'un polariseur additionnel.
Cette meilleure compacité s'accompagne d'un gain en légèreté et d'un gain en performance
de rayonnement sur une large bande de fréquence compatibles avec l'application visée.
En outre, la structure antennaire 10 est de réalisation aisée et peut être fabriquée
à bas coût.
[0099] Ainsi, la structure antennaire 10 proposée est utilisable pour des applications de
télécommunications entre deux stations, notamment par satellite. Il est à noter que
dans ce cas, le diagramme de rayonnement de la structure antennaire 10 ainsi réalisée
est conforme aux gabarits spécifiés pour être utilisé avec certains satellites.
[0100] Une telle structure antennaire 10 est avantageusement utilisable dans une plateforme,
notamment aérienne de type hélicoptère ou drone. Dans le cadre de cette utilisation,
la compacité de la structure antennaire 10 permet de réduire les contraintes sur les
implantations d'équipements dans la plateforme.
[0101] La structure antennaire 10 présentée en référence à la figure 1 est un exemple de
structure antennaire 10 présentant les propriétés de compacité décrites précédemment.
D'autres structures antennaires 10 similaires sont également envisageables, notamment
avec un nombre d'antennes élémentaires de réception 12Rx et/ou d'émission 12Tx différents
et un agencement différent de celles-ci.
[0102] Ces différentes structures antennaires 10 sont des structures antennaires pour télécommunications,
en particulier satellitaire, présentant un encombrement réduit en terme de profondeur
et des capacités de pointage en utilisant un principe de balayage électronique tout
en permettant l'obtention d'une communication haut débit de bonne qualité, notamment
en termes de gain, de taux d'ellipticité et de lobes secondaires compatibles des gabarits
normatifs.
1. Structure antennaire (10) pour télécommunications, notamment par satellite, comportant
:
• une surface d'émission (11Tx) comprenant au moins un ensemble d'une pluralité d'antennes
élémentaires d'émission (12Tx) formant un réseau (50Tx), au moins une antenne élémentaire
d'émission (12Tx) comportant deux patchs (14Tx, 16Tx) de forme générale circulaire
au moins partiellement superposés, ladite au moins une antenne élémentaire d'émission
(12Tx) étant dimensionnée pour émettre au moins une onde électromagnétique présentant
une fréquence comprise entre 27 GHz et 31 GHz, et
• une surface de réception (11 Rx) comprenant au moins un ensemble d'une pluralité
d'antennes élémentaires de réception (12Rx) formant un réseau (50Rx), au moins une
antenne élémentaire de réception (12Rx) comportant deux patchs (14Rx, 16Rx) de forme
générale circulaire au moins partiellement superposés, ladite au moins une antenne
élémentaire de réception (12Rx) étant dimensionnée pour recevoir au moins une onde
électromagnétique présentant une fréquence comprise entre 17,3 GHz et 21,2 GHz.
2. Structure antennaire selon la revendication 1, dans laquelle :
• chaque patch (14Tx, 16Tx) de ladite au moins une antenne élémentaire d'émission
(12Tx) présente un centre, ladite antenne élémentaire d'émission (12Tx) comportant
deux accès (28Tx, 30Tx) d'alimentation propres à alimenter un des deux patchs (14Tx,
16Tx), chaque accès (28Tx, 30Tx) étant dans un secteur angulaire présentant un angle
par rapport au centre du patch (14Tx, 16Tx) alimenté inférieur à 180°, et/ou
• chaque patch (14Rx, 16Rx) de ladite au moins une antenne élémentaire de réception
(12Rx) présente un centre, ladite antenne élémentaire de réception (12Rx) comportant
deux accès (28Rx, 30Rx) d'alimentation propres à alimenter un des deux patchs (14Rx,
16Rx), chaque accès (28Rx, 30Rx) étant dans un secteur angulaire présentant un angle
par rapport au centre du patch (14Rx, 16Rx) alimenté inférieur à 180°.
3. Structure antennaire selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle :
• les deux patchs (14Tx, 16Tx) de ladite au moins une antenne élémentaire d'émission
(12Tx) sont espacés selon une première direction (Z) d'une distance (ezTx) comprise
entre 0,5 millimètre (mm) et 2,0 mm, et/ou
• les deux patchs (14Rx, 16Rx) de ladite au moins une antenne élémentaire de réception
(12Rx) sont espacés selon une première direction (Z) d'une distance (ezRx) comprise
entre 0,5 millimètre (mm) et 2,0 mm.
4. Structure antennaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle
:
• les deux patchs (14Tx, 16Tx) de ladite au moins une antenne élémentaire d'émission
(12Tx) sont espacés selon une première direction (Z) d'une distance (ezTx) comprise
entre 0,75 millimètre (mm) et 1,5 mm, et/ou
• les deux patchs (14Rx, 16Rx) de ladite au moins une antenne élémentaire de réception
(12Rx) sont espacés selon une première direction (Z) d'une distance (ezRx) comprise
entre 0,75 millimètre (mm) et 1,5 mm.
5. Structure antennaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle
:
• les diamètres (d1Tx, d2Tx) des deux patchs (14Tx, 16Tx) de ladite au moins une antenne
élémentaire d'émission (12Tx) sont identiques, et/ou
• les diamètres (d1 Rx, d2Rx) des deux patchs (14Rx, 16Rx) de ladite au moins une
antenne élémentaire de réception (12Rx) sont identiques.
6. Structure antennaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle
:
• les antennes élémentaires d'émission (12Tx) de la structure antennaire (10) comportent
toutes deux patchs (14Tx, 16Tx) de forme générale circulaire au moins partiellement
superposés, chaque antenne élémentaire d'émission (12Tx) étant dimensionnée pour émettre
au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise entre 27 GHz
et 31 GHz, et/ou
• les antennes élémentaires de réception (12Rx) de la structure antennaire (10) comportent
toutes deux patchs (14Rx, 16Rx) de forme générale circulaire au moins partiellement
superposés, chaque antenne élémentaire de réception (12Rx) étant dimensionnée pour
recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise entre
17,3 GHz et 21,2 GHz.
7. Structure antennaire selon la revendication 1 à 6, dans laquelle les antennes élémentaires
d'émission (12Tx) et les antennes élémentaires de réception (12Rx) sont agencées en
quinconce.
8. Structure antennaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle
:
• la surface d'émission (11Tx) est de forme générale rectangulaire et comprend au
moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires d'émission (12Tx) formant
chacun un réseau (50Tx), les antennes élémentaires d'émission (12Tx) de chaque ensemble
(50Tx) étant le long d'une ligne propre de cet ensemble, chaque ligne étant parallèle
aux autres lignes propres, et/ou
• la surface de réception (11 Rx) est de forme générale rectangulaire et comprend
au moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires de réception (12Rx)
formant chacun un réseau (50Rx), les antennes élémentaires de réception (12Rx) de
chaque ensemble étant le long d'une ligne propre de cet ensemble, chaque ligne étant
parallèle aux autres lignes propres.
9. Plateforme, notamment aérienne, comprenant au moins une structure antennaire (10)
selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Procédé de télécommunication, notamment par satellite, entre deux stations comprenant
au moins l'une des étapes suivantes :
- une étape d'émission d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence comprise
entre 27 GHz et 31 GHz par une structure antennaire (10) selon l'une quelconque des
revendications 1 à 8, et
- une étape de réception d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence comprise
entre 17,3 GHz et 21,2 GHz par une structure antennaire (10) l'une quelconque des
revendications 1 à 8.