Domaine technique
[0001] L'invention concerne de manière générale le domaine des télécommunications, et en
particulier les formateurs de faisceaux quasi-optiques (FFQO) pour antennes actives
multifaisceaux.
[0002] Les formateurs de faisceaux quasi-optiques peuvent être embarqués dans des satellites
ou dans des stations au sol. Les antennes utilisant de tels formateurs peuvent fonctionner
en émission ou en réception, de façon réciproque.
[0003] Un formateur de faisceaux quasi-optiques est un dispositif focalisant (en réception)
et collimatant (en émission). La figure 1 représente un formateur de faisceaux quasi-optiques
de l'état de l'art pouvant s'appliquer par exemple aux formateurs de faisceaux pillbox,
à lentille à retard continue ou Rotman. Un formateur de faisceaux quasi-optiques intègre
classiquement un guide à plaques parallèles 16, reliant des ports faisceaux 17 et
des ports réseaux 18. Le guide d'ondes à plaques parallèles 16 permet de guider les
ondes en mode TEM (acronyme pour « Transverse Electrique Magnétique »), dans lequel
le champ électrique E et le champ magnétique H évoluent dans des directions perpendiculaires
à la direction de propagation X.
[0004] Les fronts d'onde sont incurvés dans le plan XY. Afin de compenser la courbure du
front d'onde, un dispositif quasi-optique 23 est introduit entre les ports faisceaux
et les ports réseaux. Ce dispositif quasi-optique peut-être par exemple une lentille
telle qu'utilisée pour les lentilles à retard continue ou un réflecteur tel qu'utilisé
pour les formateurs de faisceaux pillbox. Chaque port réseau 18 est connecté à un
amplificateur 19 suivi d'un élément rayonnant 20 par l'intermédiaire d'une ligne à
retard 21 et d'un port amplificateur 22. Il transforme les ondes cylindriques émanant
des ports faisceaux en des ondes planes rayonnées par le panneau rayonnant de l'antenne
active multifaisceaux.
[0005] Les formateurs de faisceaux quasi-optiques produisent des faisceaux multiples alignés
selon un axe, qui se recoupent usuellement à un niveau de gain qui peut être jusqu'à
10 dB inférieur au gain maximum des faisceaux, comme illustré par la figure 2. De
telles limitations sont classiques et usuellement observées pour toute antenne multifaisceaux
associant un système optique (par exemple un réflecteur, une lentille) et un réseau
focal de multi-sources passives, chacune d'entre elles définissant un accès spot.
[0006] Ce niveau de recoupement des faisceaux provient d'un compromis sur la taille de ces
sources qui doit répondre à deux contraintes antagonistes : d'une part, elles doivent
être suffisamment larges pour bien illuminer le système optique, et ainsi éviter des
pertes par débordement, et d'autre part, elles doivent être suffisamment proches pour
que les faisceaux se recouvrent.
[0007] Lorsqu'une zone géographique est couverte par une antenne produisant ce regroupement
de faisceaux, certaines stations terrestres sont alors exposées à un gain antenne
diminué de ces pertes de recoupement. Il est donc souhaitable de minimiser ces pertes
de recoupement, et donc de réaliser des faisceaux multiples qui se recouvrent à un
haut niveau de gain.
[0008] Plusieurs solutions ont été envisagées pour minimiser les pertes liées au recoupement
des faisceaux.
[0009] Il est par exemple connu d'utiliser deux formateurs de faisceaux quasi-optiques avec
des sources intercalées, comme divulgué par exemple dans la demande de brevet
WO 2013/110793 A1. L'utilisation de ces deux formateurs permet de doubler la densité de faisceaux sur
un secteur angulaire donné. Cette solution nécessite toutefois deux formateurs de
faisceaux quasi-optiques, ainsi qu'un étage de combinaison. Il en résulte une masse
plus importante, ainsi qu'un accroissement de complexité très important pour le cas
d'une formation de faisceaux bidimensionnelle.
[0011] Dans d'autres solutions, une apodisation du signal sur les ports de sortie est utilisée
pour élargir le lobe principal de chaque faisceau tout en abaissant le niveau de leurs
lobes secondaires. L'élargissement du lobe principal permet un meilleur recoupement
des faisceaux mais ne permet pas l'ajout de faisceaux supplémentaires. Pour réaliser
cette apodisation, il est requis de moduler l'amplitude du signal de sortie en fonction
de la position de l'élément rayonnant dans le réseau. Cela peut être réalisé de manière
passive à l'aide d'atténuateurs ou bien de manière active avec une amplification variable
en fonction de la position de chaque élément dans la maille du réseau. Cette solution
entraîne cependant une réduction du gain de l'antenne active, pour un nombre d'élément
rayonnant donné, et n'est donc pas souhaitable.
[0013] La figure 3 illustre le fonctionnement simplifié d'un combineur/diviseur plan E,
dans lequel les sources sont superposées sur deux niveaux différents (Port 1 et Port
2 ; le port 3 correspond au port de sortie). En effet, le fonctionnement en mode impair
met bien en évidence la faible isolation entre les ports d'entrée et la mauvaise adaptation
du port d'entrée excité (les lignes de champ E ne sont pas rectilignes).
[0014] Il existe ainsi un besoin pour des formateurs de faisceaux quasi-optique améliorés,
capables de minimiser les pertes liées au recoupement des faisceaux, sans accroissement
significatif de la complexité et/ou de l'encombrement.
Résumé de l'invention
[0015] Un objet de l'invention est donc un formateur de faisceaux quasi-optique, comprenant
un ensemble de ports faisceaux, un ensemble de ports réseaux, un dispositif quasi-optique
et au moins un guide d'ondes à plaques parallèles s'étendant entre les ports faisceaux
et les ports réseaux, les ports faisceaux et/ou les ports réseaux étant superposés
sur au moins deux étages, chacun des au moins deux étages étant séparés par un plan
conducteur commun à deux étages adjacents, le formateur de faisceaux quasi-optique
comprenant un film résistif disposé dans la continuité du plan conducteur.
[0016] Avantageusement, le formateur de faisceaux quasi-optique comprend une pluralité de
guide d'ondes à plaques parallèles superposés, chaque guide d'ondes à plaques parallèles
superposé étant disposé face aux ports faisceaux et/ou face aux ports réseaux d'un
même étage, le formateur comprenant en outre un guide d'ondes à plaques parallèles
commun, disposé dans la continuité des guides d'ondes à plaques parallèles superposés,
le film résistif étant disposé à la jonction entre chaque guide d'ondes à plaques
parallèles superposé et le guide d'ondes à plaques parallèles commun.
[0017] Avantageusement, le film résistif est attenant aux ports faisceaux.
[0018] Avantageusement, le film résistif est attenant aux ports réseaux.
[0019] Avantageusement, chaque port faisceau ayant une largeur identique entre deux ports
faisceaux consécutifs d'un même étage, les ports faisceaux de deux étages superposés
adjacents sont décalés de la largeur du port faisceau divisée par le nombre d'étages
de ports faisceaux.
[0020] Avantageusement, les ports faisceaux sont superposés sur au moins quatre étages,
la longueur de chaque plan conducteur selon la direction de propagation d'une onde
dans le formateur de faisceaux quasi-optique étant variable d'un étage à l'autre.
[0021] Avantageusement les ports faisceaux ont des dimensions différentes, d'un étage à
l'autre.
[0022] Avantageusement, chaque port réseau ayant une largeur identique entre deux ports
réseau consécutifs d'un même étage, les ports réseaux de deux niveaux superposés adjacents
sont décalés de la largeur du port réseau divisée par le nombre d'étages de ports
réseaux.
[0023] Avantageusement, les ports réseaux d'un étage sont configurés pour être tous couplés
à une antenne, et les ports réseaux d'un étage adjacent superposé sont configurés
pour être tous couplés à une charge non connectée à l'antenne.
[0024] Avantageusement, le formateur de faisceaux quasi-optique comprend, sur chacun des
bords latéraux, une pluralité de dispositifs d'absorption configurés pour absorber
l'énergie non transmise entre les ports faisceaux et les ports réseaux, lesdits dispositifs
d'absorption étant superposés sur les au moins deux étages, la position des dispositifs
d'absorption étant décalée d'une distance correspondant à λ
g/4, où λ
g désigne la longueur d'onde guidée dans le formateur de faisceaux quasi-optique, le
film résistif étant disposé entre les dispositifs d'absorption de deux étages superposés.
[0025] Avantageusement, les dispositifs d'absorption comprennent des ports factices ou un
absorbant.
[0026] Avantageusement, les ports réseaux et/ou les ports faisceaux comprennent des lignes
coaxiales, des guides coaxiaux, des lignes triplaques ou des lignes microrubans.
[0027] Avantageusement, le formateur de faisceaux quasi-optique est réalisé sous forme de
circuit imprimé PCB multicouches, le guide d'ondes à plaques parallèles étant chargés
d'un matériau diélectrique, les ports faisceaux étant réalisés en technologie SIW.
[0028] L'invention se rapporte aussi à une antenne active comprenant un formateur de faisceaux
quasi-optique précité, et une pluralité d'éléments rayonnants connectés en sortie
dudit formateur de faisceaux.
[0029] Avantageusement les dimensions des ports réseaux sont inférieures aux dimensions
des éléments rayonnants.
Description des figures
[0030] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la
lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple.
La figure 1 illustre une antenne comprenant un formateur de faisceaux quasi-optique
selon l'état de l'art.
La figure 2 illustre le diagramme de rayonnement pour différents angles de dépointage,
avec un formateur de faisceaux quasi-optique selon l'état de l'art.
La figure 3 illustre plusieurs représentations schématiques du fonctionnement d'un
combineur plan E selon l'état de l'art.
La figure 4 illustre une vue de dessus (parallèle au plan XY) du formateur de faisceaux
quasi-optique selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 illustre une vue en perspective du formateur de faisceaux quasi-optique,
selon la coupe de la figure 4.
La figure 6 illustre une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'agencement
de port du formateur de faisceaux quasi-optique selon l'invention, dans lequel les
ports sont décalés les uns par rapport aux autres.
La figure 7 illustre plusieurs représentations schématiques du fonctionnement d'un
combineur plan E selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 8 illustre le diagramme de rayonnement pour différents angles de dépointage,
avec un formateur de faisceaux quasi-optique selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 9 illustre une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'agencement
de port faisceaux du formateur de faisceaux quasi-optique selon l'invention, comprenant
quatre étages de ports faisceaux.
La figure 10 illustre une représentation schématique, dans le plan XZ, d'un mode de
réalisation de l'agencement de port faisceaux du formateur de faisceaux quasi-optique
selon l'invention, comprenant quatre étages de ports faisceaux.
La figure 11 illustre une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'agencement
de port faisceaux, dans lequel les ports faisceaux ont différentes dimensions.
La figure 12 illustre une vue en perspective d'un bord du formateur de faisceaux quasi-optique
selon un mode de réalisation de l'invention, comprenant des absorbants.
La figure 13 illustre une vue en perspective d'un bord du formateur de faisceaux quasi-optique
selon un mode de réalisation de l'invention, comprenant des ports factices.
Les figures 14, 15 et 16 illustrent différents modes de réalisation d'implémentation
des ports réseaux et/ou des ports faisceaux.
La figure 17 illustre une vue en perspective des ports réseaux du formateur de faisceaux
quasi-optique selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel les ports réseaux
sont alternativement connectés à une charge non connectée à l'antenne.
[0031] Selon un mode de réalisation de l'invention illustré par les figures 4 et 5, le formateur
de faisceaux quasi-optique comprend un guide d'ondes à plaques parallèles supérieur
2 et un guide d'ondes à plaques parallèles inférieur 3, superposés l'un par rapport
à l'autre. Ils partagent ainsi un plan conducteur commun 4, qui constitue la paroi
inférieure du guide d'ondes à plaques parallèles supérieur 2, et la paroi supérieure
du guide d'ondes à plaques parallèles inférieur 3. Les guides d'ondes à plaques parallèles
supérieur et inférieur s'étendent dans le plan XY, ils sont donc superposés selon
la direction Z.
[0032] Les guides d'ondes à plaques parallèles supérieur et inférieur ne sont pas superposés
sur toute l'étendue du formateur de faisceaux quasi-optique, mais seulement sur une
partie de celui-ci. Au-delà d'une certaine distance à partir du réseau focal de ports
faisceaux, le guide d'ondes à plaques parallèles supérieur 2 et le guide d'ondes à
plaques parallèles inférieur 3 forment, en l'absence de plan métallique, un guide
d'ondes à plaques parallèles commun 5.
[0033] Le formateur de faisceaux quasi-optique comprend également un ensemble de ports faisceaux
supérieurs 6 destinés à alimenter le guide d'ondes à plaques parallèles supérieur
2. Les ports faisceaux supérieurs 6 sont situés dans le plan du guide d'ondes à plaques
parallèles supérieur 2.
[0034] De la même manière, le formateur de faisceaux quasi-optique comprend un ensemble
de ports faisceaux inférieurs 8 destinés à alimenter le guide d'ondes à plaques parallèles
inférieur 3. Les ports faisceaux inférieurs 8 sont situés dans le plan du guide d'ondes
à plaques parallèles inférieur 3.
[0035] Le formateur de faisceaux quasi-optique comprend également un ensemble de ports réseaux
(7, 9), qui peuvent être disposés sur un seul et même niveau, afin de transmettre
les signaux aux éléments rayonnants.
[0036] Les ports faisceaux supérieurs 6 et les ports faisceaux inférieurs 8 sont situés
dans le plan focal du dispositif quasi-optique 10. Chaque port faisceau comprend une
source pour générer une onde TEM (pour « Transverse Electromagnetic » en anglais),
une onde TE (pour « Transverse Electric » en anglais) ou bien les deux.
[0037] Selon un mode de réalisation de l'invention, les sources sont des cornets, en particulier
des cornets en plan H, qui sont particulièrement adaptés pour réaliser de la reconfiguration
de faisceaux, chaque source du port faisceau définissant un accès spot.
[0038] Cependant, il est à noter que d'autres formes de sources bien connues peuvent être
utilisées (réseaux de monopoles, transitions entre lignes micro-ruban et guide à plaques
parallèles, transitions entre lignes tri-plaques et guide à plaques parallèles, transitions
entre guides coaxiaux et guide à plaques parallèles, etc.). Les cornets peuvent facilement
être conçus et fabriqués en technologie PCB.
[0039] Selon un autre mode de réalisation, le formateur de faisceaux quasi-optique comprend
un seul étage de ports faisceaux, un ensemble de ports réseaux supérieurs 7, et un
ensemble de ports réseaux inférieurs 9.
[0040] A la jonction entre le guide d'onde supérieur et le guide d'onde inférieur d'une
part, et le guide d'onde commun d'autre part, un film résistif est disposé dans la
continuité du plan conducteur qui sépare le guide d'onde supérieur et le guide d'onde
inférieur, comme l'illustre la figure 5.
[0041] Le film résistif est une couche qui a une résistivité au carré telle que quand des
lignes de courant traversent le film résistif, une certaine quantité d'énergie est
dissipée, ce qui réduit le couplage entre les ports faisceaux.
[0042] Selon des modes de réalisation, le film résistif 11 peut être plus proche des ports
faisceaux que du dispositif quasi-optique, ou à l'inverse être plus proche du dispositif
quasi-optique que des ports faisceaux. De même, le film résistif peut être plus ou
moins large (la largeur correspond à la dimension selon la direction longitudinale
X).
[0043] En variante, le film résistif 11 peut être attenant aux ports faisceaux, et/ou attenant
aux ports réseaux, à savoir en connexion directe avec les ports. Dans ce cas, le formateur
de faisceaux ne comprend qu'un seul guide d'ondes à plaques parallèles, sur un seul
et unique étage.
[0044] Il est possible de définir les dimensions ainsi que les caractéristiques du film
résistif 11 au moyen de mesures empiriques réalisées lors d'une phase de simulation
ou lors d'une phase de calcul, de façon à obtenir le niveau de découplage souhaité
entre les ports faisceaux.
[0045] La dimension du film résistif, dans la direction de propagation X, peut avantageusement
être supérieure ou égale à λ
g/4, où λ
g désigne la longueur d'onde guidée dans le formateur de faisceaux quasi-optique 1.
[0046] Le film résistif peut comprendre par exemple un alliage de nickel-phosphore.
[0047] Il est avantageux de disposer le film résistif 11 sur toute la longueur du plan métallique
4, selon la direction transverse Y, de façon à dissiper l'énergie même pour les ports
faisceaux les plus excentrés, par rapport à l'axe principal du dispositif quasi-optique.
[0048] La présence du film résistif, dans la continuité du plan conducteur (soit directement
en contact avec les ports faisceaux ou les ports réseaux, soit à la jonction entre
les guides superposés et le guide d'ondes à plaques parallèles commun), permet de
minimiser les pertes liées au recoupement des faisceaux.
[0049] Par ailleurs, la présence du film résistif au niveau des ports faisceaux superposés
(de façon attenante, ou au niveau de la jonction avec un guide d'onde à plaques parallèles
commun) permet de libérer de la place pour la taille des sources, afin qu'elles illuminent
parfaitement les ports réseaux, avec une loi apodisée, permettant également de réduire
les lobes secondaires. Des sources de plus grande taille permettent également de limiter
l'amplitude du champ sur les bords du formateur de faisceaux quasi-optique, et de
minimiser les réflexions parasites sur ceux-ci.
[0050] Selon un mode de réalisation de l'invention, les ports faisceaux (6, 8) et les ports
réseaux (7, 9) sont superposés sur au moins deux étages (33, 34).
[0051] Selon un autre mode de réalisation, illustré par la figure 6, les ports faisceaux
supérieurs 6 et les ports faisceaux inférieurs 8 peuvent être décalés l'un par rapport
à l'autre selon la direction transverse Y, d'une distance prédéfinie. Le décalage
est donc effectué dans le plan focal du dispositif quasi-optique 10.
[0052] La distance prédéfinie est avantageusement égale à la largeur du port faisceau divisée
par le nombre d'étages (33, 34) de ports faisceaux, ce qui permet d'obtenir un réseau
compact de ports faisceaux.
[0053] Ainsi, comme l'illustre la figure 6, pour un formateur de faisceau comprenant deux
étages (33, 34), la distance prédéfinie est égale à une demi-largeur du port faisceau
(d
2/2, d
2 correspondant à la largeur d'un port faisceau) et le centre d'un port faisceau supérieur
coïncide avec la jonction entre deux ports faisceaux inférieurs, et réciproquement.
[0054] La figure 7 illustre, de façon schématique, le fonctionnement du formateur de faisceaux
quasi-optique selon l'invention, à la jonction entre le guide d'ondes à plaques parallèles
supérieur 2 et le guide d'ondes à plaques parallèles inférieur 3 d'une part, et le
guide d'ondes à plaques parallèles commun 5 d'autre part.
[0055] Le film résistif 11 permet d'isoler les ports faisceaux supérieurs 6 et inférieurs
8, et d'obtenir, au niveau du port de sortie 24, situé dans le guide d'ondes à plaques
parallèles commun 5, la sommation sans pertes des signaux provenant des ports faisceaux
d'entrées lorsqu'ils sont en phase et de même amplitude (schéma a) de la figure 7).
[0056] En effet, dans le mode équilibré (ou pair) le potentiel électrique de part et d'autre
du film résistif 11 étant identique, il n'y a pas de ligne de courant créée dans la
partie résistive.
[0057] Par contre dans le cas d'un déséquilibre entre les signaux d'entrée (mode impair,
schéma b) de la figure 7), le film résistif 11 est soumis à des lignes de courant
qui conduisent à l'absorption par dissipation du déséquilibre entre les signaux d'entrée.
[0058] Le film résistif 11 permet ainsi de régler les problèmes de couplage que l'on peut
retrouver dans l'état de la technique.
[0059] La figure 8 illustre le diagramme de rayonnement d'une antenne active multifaisceaux
comprenant un formateur de faisceaux quasi-optique selon l'invention, dans lequel
les ports faisceaux sont superposés sur deux niveaux. L'antenne active multifaisceaux
comprend également un panneau rayonnant connecté en sortie du formateur de faisceaux.
L'abscisse représente l'angle de dépointage de l'antenne.
[0060] Le numéro du port faisceau (1 à 22), visible sur la partie droite de la figure qui
représente le formateur de faisceaux quasi-optique, se retrouve dans le numéro du
lobe principal dans la partie gauche de la figure. Avec le formateur de faisceaux
quasi-optique selon l'invention, le niveau de recoupement est d'environ 2/3 dB, ce
qui minimise fortement les pertes liées au recoupement des faisceaux, en comparaison
avec les 9 dB constatés lorsque les ports faisceaux sont situés sur un seul et même
niveau.
[0061] Le film résistif 11 permet ainsi d'adapter les guides d'ondes à plaques parallèles
supérieurs et inférieurs au guide à plaques parallèles commun, tout en assurant un
faible couplage mutuel entre les sources.
[0062] Avec un tel niveau de recoupement, le formateur selon l'invention garantit ainsi
des transmissions à haut débit entre les satellites et des utilisateurs fixes ou en
mouvement rapide (trains, avions...).
[0063] Le niveau de recoupement peut encore être amélioré en augmentant le nombre d'étages,
par exemple en disposant les ports faisceaux sur quatre étages.
[0064] Ainsi, selon un mode de réalisation illustré par la figure 9, le formateur de faisceaux
quasi-optique comprend plus de deux étages, en l'occurrence quatre étages (33, 34,
35, 36). Un film résistif (37, 38, 39) est disposé entre chaque étage, de façon attenante
aux ports faisceaux. Les ports faisceaux de deux étages superposés peuvent avantageusement
être décalés d'une distance prédéfinie égale à la largeur du port faisceau divisée
par le nombre d'étages de ports faisceaux. Il peut également être prévu, dans une
configuration à quatre étages ou plus illustrée par la figure 10, que la longueur
chaque plan conducteur (41, 42, 43) selon la direction X de propagation d'une onde
dans le formateur de faisceaux quasi-optique 1, soit variable d'un étage à l'autre,
de façon, par exemple, à équilibrer le couplage entre les ports faisceaux, de façon
progressive.
[0065] Par exemple le plan conducteur 42 situé à mi-hauteur est le plus long, parmi tous
les plans conducteurs. En considérant les étages situés entre le partie supérieure
44 du guide d'onde et le plan conducteur médian 42, on attribue au plan conducteur
situé à mi-hauteur 41 une longueur inférieure à celle du plan conducteur médian 42,
et ainsi de suite (découpage par dichotomie). Les films résistifs (111, 112, 113)
sont agencés en extrémité des plans conducteurs (41, 42, 43).
[0066] Ce mode de réalisation assure un couplage équilibré entre les ports faisceaux, et
une bonne répartition du champ E en mode pair.
[0067] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le formateur de faisceaux
quasi-optique selon l'invention est réalisé sous forme de circuit imprimé PCB multicouches.
La permittivité
εr des matériaux diélectriques intégrés dans le formateur de faisceaux permet en effet
de réduire la longueur d'onde guidée à l'intérieur du formateur de faisceaux quasi-optique
d'un facteur 7^7, et de réduire de ce même facteur les dimensions du formateur. Le
dispositif quasi-optique 10 est intégré dans un guide à plaques parallèles chargé
de diélectrique, et les ports faisceaux peuvent être réalisés en technologie SIW (Substrate
Integrated Waveguide).
[0068] Le procédé de fabrication du formateur de faisceaux quasi-optique comprend ainsi
une étape de gravure du film résistif, aux endroits où le film résistif est prévu.
La technique de fabrication d'un formateur de faisceaux quasi-optique en PCB se prête
particulièrement bien à l'adjonction d'un film résistif dans le formateur.
[0069] Les formateurs de faisceaux quasi-optiques sous forme de circuit imprimé PCB multicouches
peuvent occasionner plus de pertes que des formateurs sous forme de guide métallique.
Néanmoins, pour des antennes actives, les amplificateurs sont intégrés au panneau
rayonnant (tous les amplificateurs contribuent à la formation du faisceau) ; ils ne
sont donc pas intégrés avant le formateur, ce qui laisse plus de tolérance pour les
pertes.
[0070] Selon un mode de réalisation de l'invention, illustré par la figure 11, les dimensions
des ports faisceaux sont différentes d'un étage à l'autre. Dans ce cas, le nombre
de ports faisceaux est différent d'un étage à l'autre. Par exemple sur la figure 11,
l'étage 37 comprend trois ports faisceaux 70, et l'étage 38 comprend quatre ports
faisceaux 71. Les ports faisceaux de l'étage 37 sont plus larges (selon la direction
transverse Y) que les ports faisceaux de l'étage 38. Une portion de film résistif
11 s'étend à la jonction entre l''étage 37 et l'étage 38, à la sortie des ports faisceaux.
[0071] Le mode de réalisation illustré par la figure 11 peut être étendu à plus de deux
étages, par exemple quatre étages voire plus, avec une longueur de plan conducteur
qui est fixe ou variable d'un étage à l'autre.
[0072] Le front des ondes cylindriques excitées par les ports faisceau du formateur de faisceaux
quasi-optique sont orientés vers le barycentre des ports réseau. Le champ électrique
transmis est donc maximal au centre des ports réseau, et l'intensité du champ électrique
peut diminuer pour les ports situés en périphérie. Il existe toutefois un champ électrique
résiduel sur les bords du formateur de faisceaux quasi-optique.
[0073] Afin de réduire le champ électrique résiduel sur les bords, le formateur de faisceaux
quasi-optique, tel qu'illustré par la figure 12, comprend, sur ses bords latéraux
(25, 26), un premier dispositif d'absorption 12 dans l'étage supérieur 33, et un deuxième
dispositif d'absorption 13 dans l'étage inférieur 34. Les bords latéraux (25, 26)
sont les bords situés dans la ligne de transmission, entre les ports faisceaux et
le dispositif quasi-optique (figure 4).
[0074] Les dispositifs d'absorption sont configurés pour absorber l'énergie non transmise
entre les ports faisceaux (6, 8) et les ports réseaux (7, 9), et de minimiser ainsi
les réflexions parasites sur les bords du formateur de faisceaux quasi-optique.
[0075] . Le premier dispositif d'absorption 12 et le deuxième dispositif d'absorption 13
peuvent s'étendre sur toute la longueur du bord latéral correspondant, à savoir intégralement
entre les ports faisceaux les plus excentrés et le dispositif quasi-optique. En variante,
les dispositifs d'absorption peuvent s'étendre depuis le film résistif 11 jusqu'au
dispositif quasi-optique 10, selon la direction longitudinale X.
[0076] La position du premier dispositif d'absorption 12 et du deuxième dispositif d'absorption
13 est avantageusement décalée d'une distance correspondant à λ
g/4 dans la direction transverse Y, où λ
g désigne la longueur d'onde guidée dans le formateur de faisceaux quasi-optique 1.
Le sens du décalage, c'est-à-dire quel absorbant est en retrait par rapport à l'autre,
n'a pas d'importance. Par ailleurs, le film résistif 11 est disposé entre le premier
dispositif d'absorption 12 et le deuxième dispositif d'absorption 13. Le film résistif
11 peut s'étendre au-delà des dispositifs d'absorption, selon la direction transverse
Y. Le film résistif 11 peut être disposé dans la continuité du plan métallique et
entre le premier dispositif d'absorption 12 et le deuxième dispositif d'absorption
13, comme l'illustre la figure 12.
[0077] Le décalage de la position du premier dispositif d'absorption 12 et du deuxième dispositif
d'absorption 13 d'une distance correspondant à λg/4 dans la direction transverse Y
génère une opposition de phase entre les réflexions parasites issues des absorbants.
Le signal résultant de la combinaison en opposition de phase est absorbé par le film
résistif 11.
[0078] La réduction des réflexions parasites sur les bords latéraux (25, 26) permet de limiter
les niveaux des signaux parasitant les lois d'amplitude et phase souhaitées sur les
ports réseaux et ainsi atténuer les niveaux des lobes secondaires de l'antenne.
[0079] Les dispositifs d'absorption peuvent comprendre un matériau absorbant, par exemple
une mousse époxy chargée en particules magnétiques.
[0080] Selon une variante illustrée par la figure 13, dispositifs d'absorption peuvent comprendre
des ports factices 33. Chaque port factice peut se présenter sous la forme d'une structure
dotée d'une portion de film résistif 71, de parois latérales conductrices 72, et d'une
liaison transverse conductrice 70 qui s'étend de part et d'autre de chaque paroi latérale.
[0081] Selon une autre variante, les dispositifs d'absorption peuvent comprendre une pluralité
de ports factices chargés par des charges résistives.
[0082] La figure 14 illustre une variante d'agencement des ports réseaux, dans laquelle
les ports réseaux 50 d'un étage 33 sont configurés pour être tous couplés à une antenne,
et les ports réseaux 51 d'un étage adjacent 34 sont configurés pour être tous couplés
à une charge 52 non connectée à l'antenne, qui peut être un film résistif. Le couplage
à une charge 52 non connectée à l'antenne peut être réalisé en utilisant des cornets
connectés à des charges par l'intermédiaire de transitions entre guides rectangulaires
et des lignes microruban 53.
[0083] Une autre variante d'agencement est illustrée par la figure 15. Les ports réseaux
sur deux niveaux utilisent des transitions entre guides à plaques parallèles et des
guides coaxiaux 54. Les ports 56 d'un des deux niveaux sont connectés à des charges
55, qui peuvent comprendre un film résistif. Les ports 57 du niveau adjacent sont
connectés à l'antenne.
[0084] Une autre variante d'agencement est illustrée par la figure 16. Les ports réseaux
sur deux niveaux utilisent des transitions entre guides à plaques parallèles et des
lignes microrubans 57. Les ports 60 d'un des deux niveaux sont connectés à des charges
58 (par exemple des films résistifs). Les ports 59 du niveau adjacent sont connectés
à l'antenne.
[0085] Ces différents types de ports et de transitions peuvent également être utilisés pour
les ports faisceaux.
[0086] Cet agencement permet de réduire les réflexions parasites à fortes incidences et
d'utiliser des largeurs de ports réseaux supérieures à 0,6λ
g. Classiquement, des ports réseaux de largeurs inférieures à 0,6λ
g sont utilisés pour limiter ces réflexions parasites.
[0087] En effet, les ondes incidentes se réfléchissent partiellement sur les ports réseaux
de chaque étage. Cette réflexion s'accroit avec la taille des ports réseaux et l'incidence
de l'onde. Les réflexions partielles de chaque étage sont alors en opposition de phase
lorsque les ports réseaux sont décalés d'une demi-période. Elles sont alors absorbées
par le film résistif.
[0088] Cette annulation de réflexion partielle fonctionne pour des largeurs de ports jusqu'à
0,8λ
g voire 0,9λ
g, afin de réduire l'angle d'incidence des ondes du formateur de faisceaux quasi-optique
θ
QO requis pour alimenter l'antenne.
[0089] En effet, l'angle d'incidence θ
QO est directement lié à l'espacement d
2 entre les ports réseaux à travers l'équation ci-après, θ
rad étant l'angle de dépointage de l'antenne, d
1 l'espacement entre les éléments rayonnants de l'antenne, ε
r2 étant la permittivité du formateur de faisceaux quasi-optique :
[0090] L'espacement d
1 entre les éléments rayonnants de l'antenne est imposé par la contrainte de placer
les lobes de réseaux de l'antenne en dehors de la couverture de l'antenne.
[0091] Typiquement pour une antenne active d'un satellite sur orbite géostationnaire devant
fonctionner sur θ
rad = ±8,7°, l'espacement entre les éléments rayonnants est de l'ordre de 3,1λ où λ désigne
la longueur d'onde dans le vide.
[0092] Ainsi, pour le cas d'une antenne active fonctionnant sur une orbite géostationnaire,
augmenter la périodicité des ports réseaux de 0,6λ
g à 0,8λ
g permet de relâcher la contrainte d'incidence des ondes à l'intérieur du formateur
de faisceaux quasi-optique, de 51,4° à 38,5°, ce qui semble moins critique.
[0093] Ceci est possible en réalisant deux rangées superposées de ports réseau espacés selon
une période de 0,8λ
g, tout en implémentant un décalage d'une demi-période entre les deux rangées superposées.
Seule une des deux rangées des ports est alors connectée aux éléments rayonnants,
et les ports de l'autre rangée sont connectés à des charges (cf. figures 14, 15 et
16), ce qui permet d'éviter des réflexions spéculaires.
[0094] Selon un autre mode de réalisation illustré par la figure 17, les ports réseaux supérieurs
et inférieurs sont configurés pour être alternativement couplés, selon la direction
transverse Y, à une antenne et à une charge non connectée à l'antenne.
[0095] Ainsi, l'ensemble de ports réseaux supérieurs comprend alternativement un port réseau
supérieur 27 connecté à l'antenne (non visible sur la figure 17), et un port réseau
28 connecté à une charge qui n'est pas connectée à l'antenne.
[0096] De la même manière, l'ensemble de ports réseaux inférieurs comprend alternativement
un port réseau inférieur 29 connecté à une charge qui n'est pas connectée à l'antenne,
et un port réseau 30 connecté à l'antenne.
[0097] En considérant deux ports réseaux superposés (par exemple les ports 27 et 29, ou
les ports 28 et 30), seul un des deux ports est connecté à l'antenne, l'autre étant
connecté à une charge non connectée à l'antenne.
[0098] Ce fonctionnement expliqué pour une antenne en réception se transpose également dans
le cas d'une antenne en transmission. Dans ce cas, une onde incidente sur les ports
réseaux pour une incidence oblique est partiellement réfléchie dans la direction du
lobe de réseau. Les réflexions partielles se convertissent alors en un mode impair,
qui s'évanouit dans le film résistif.
[0099] L'invention se rapporte aussi à une antenne active comprenant le formateur de faisceaux
quasi-optique précité, et un panneau rayonnant connecté en sortie du formateur de
faisceaux.
1. Formateur de faisceaux quasi-optique (1), comprenant un ensemble de ports faisceaux
(6, 8), un ensemble de ports réseaux (7, 9), un dispositif quasi-optique (10) et au
moins un guide d'ondes à plaques parallèles (2, 3, 5) s'étendant entre les ports faisceaux
(6, 8) et les ports réseaux (7, 9), les ports faisceaux (6, 8) et/ou les ports réseaux
(7, 9) étant superposés sur au moins deux étages (33, 34), chacun des au moins deux
étages (33, 34) étant séparés par un plan conducteur (4) commun à deux étages (33,
34) adjacents, caractérisé en ce que le formateur de faisceaux quasi-optique (1) comprend un film résistif (11) disposé
dans la continuité du plan conducteur (4).
2. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon la revendication 1, comprenant une
pluralité de guide d'ondes à plaques parallèles superposés (2, 3), chaque guide d'ondes
à plaques parallèles superposé (2, 3) étant disposé face aux ports faisceaux (6, 8)
et/ou face aux ports réseaux (7, 9) d'un même étage (33, 34), le formateur (1) comprenant
en outre un guide d'ondes à plaques parallèles commun (5), disposé dans la continuité
des guides d'ondes à plaques parallèles superposés (2, 3), le film résistif (11) étant
disposé à la jonction entre chaque guide d'ondes à plaques parallèles superposé (2,
3) et le guide d'ondes à plaques parallèles commun (5).
3. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon la revendication 1, dans lequel le
film résistif (11) est attenant aux ports faisceaux (6, 8).
4. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon la revendication 1, dans lequel le
film résistif (11) est attenant aux ports réseaux (7, 9).
5. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une des revendications précédentes,
dans lequel, chaque port faisceau (6, 8) ayant une largeur (d2) identique entre deux ports faisceaux consécutifs (61, 62) d'un même étage, les ports
faisceaux (61, 62) de deux étages superposés adjacents (33, 34) sont décalés de la
largeur du port faisceau divisée par le nombre d'étages (33, 34) de ports faisceaux.
6. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une des revendications précédentes,
dans lequel les ports faisceaux sont superposés sur au moins quatre étages (33, 34,
35, 36), la longueur de chaque plan conducteur (41, 42, 43) selon la direction de
propagation d'une onde dans le formateur de faisceaux quasi-optique (1) étant variable
d'un étage à l'autre.
7. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une des revendications précédentes,
dans lequel les ports faisceaux (70, 71) ont des dimensions différentes, d'un étage
à l'autre (37, 38).
8. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une des revendications précédentes,
dans lequel, chaque port réseau (7, 9) ayant une largeur identique entre deux ports
réseau consécutifs d'un même étage, les ports réseaux de deux niveaux superposés adjacents
sont décalés de la largeur du port réseau divisée par le nombre d'étages de ports
réseaux.
9. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une des revendications précédentes,
dans lequel les ports réseaux (50) d'un étage (33) sont configurés pour être tous
couplés à une antenne, et les ports réseaux (51) d'un étage adjacent superposé (34)
sont configurés pour être tous couplés à une charge non connectée à l'antenne.
10. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une des revendications précédentes,
comprenant, sur chacun des bords latéraux (25, 26), une pluralité de dispositifs d'absorption
(12, 13) configurés pour absorber l'énergie non transmise entre les ports faisceaux
(6, 8) et les ports réseaux (7, 9), lesdits dispositifs d'absorption (12, 13) étant
superposés sur les au moins deux étages (33, 34), la position des dispositifs d'absorption
(12, 13) étant décalée d'une distance correspondant à λg/4, où λg désigne la longueur d'onde guidée dans le formateur de faisceaux quasi-optique (1),
le film résistif (11) étant disposé entre les dispositifs d'absorption (12, 13) de
deux étages superposés (33, 34).
11. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon la revendication 10, dans lequel les
dispositifs d'absorption comprennent des ports factices ou un absorbant.
12. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une des revendications précédentes,
dans lequel les ports réseaux et/ou les ports faisceaux comprennent des lignes coaxiales,
des guides coaxiaux, des lignes triplaques ou des lignes microrubans.
13. Formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une des revendications précédentes,
réalisé sous forme de circuit imprimé PCB multicouches, le guide d'ondes à plaques
parallèles étant chargés d'un matériau diélectrique, les ports faisceaux étant réalisés
en technologie SIW.
14. Antenne active comprenant un formateur de faisceaux quasi-optique (1) selon l'une
des revendications précédentes, et une pluralité d'éléments rayonnants connectés en
sortie dudit formateur de faisceaux (1).
15. Antenne active selon la revendication 14, dans laquelle les dimensions des ports réseaux
sont inférieures aux dimensions des éléments rayonnants.