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WO2020127854A1 - Antenne microruban élémentaire et antenne réseau - Google Patents

Antenne microruban élémentaire et antenne réseau Download PDF

Info

Publication number
WO2020127854A1
WO2020127854A1 PCT/EP2019/086495 EP2019086495W WO2020127854A1 WO 2020127854 A1 WO2020127854 A1 WO 2020127854A1 EP 2019086495 W EP2019086495 W EP 2019086495W WO 2020127854 A1 WO2020127854 A1 WO 2020127854A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
excitation
elementary
point
line
radiating element
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/086495
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Renard
Isabelle LE ROY-NANEIX
José-Alberto ZEVALLOS LUNA
Jean-François FOURMONT
Benjamin Riviere
Original Assignee
Thales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales filed Critical Thales
Priority to ES19829574T priority Critical patent/ES2940567T3/es
Priority to EP19829574.3A priority patent/EP3900113B1/fr
Publication of WO2020127854A1 publication Critical patent/WO2020127854A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/35—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using two or more simultaneously fed points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • a so-called array antenna comprises a plurality of elementary antennas which may preferably be of the microstrip type, also called paved antennas or "patch antenna" in English terminology.
  • These paved antennas comprise a stack of layers of dielectric substrates provided with metal tracks, spaced if necessary by non-etched materials or substrates.
  • An elementary microstrip antenna conventionally comprises a radiating element placed on a dielectric layer disposed above a conducting plane serving as ground so as to constitute a resonator.
  • the elementary antenna also includes a power distribution device enabling the radiating element to be excited from an input signal.
  • the radiating device is coupled to its excitation by a metallized hole (called via) or by a slot. Electromagnetic coupling by slot makes it easier to generate a wide frequency band. It also makes it possible to avoid any via connection between the radiating elements and the excitation which simplifies the manufacture of the elementary antenna.
  • the elementary antennas are subject to a certain number of constraints.
  • microstrip intended to operate on an extended frequency band which may be greater than one octave, several frequencies of
  • the array antennas form an array of elementary antennas, the pitch of which is at Fmax / 2, where At Fmax is the smallest wavelength corresponding to the maximum frequency Fmax of the band, which is a strong constraint the dimensions of the elementary antennas.
  • the elementary antenna consists in increasing the volume of the antenna, therefore the height (the thickness), the lateral dimensions being limited by the pitch of the array. Simply increasing the height between the radiating device and the ground plane, however, leads to parasitic phenomena when placing within a network (transverse propagation of undesirable modes).
  • the conventionally adopted solution consists in using several superimposed radiating elements. This type of stack is called a double superimposed patch (DPS) in the case of two radiating elements.
  • DPS double superimposed patch
  • a symmetrical excitation of two excitation points is provided for by means of a power distributor for each of the orthogonal linear polarizations.
  • one solution consists in forming the two power distributors on different planes of the microstrip antenna.
  • the two power distributors include branches whose projections on a plane
  • Each of the distributors comprises two branches which meet outside the surface covered by each of the radiating elements. This configuration is incompatible with the networking of the elementary antenna with a tight mesh (mesh of the order of l ⁇ 3C / 2).
  • the distributors are arranged on different planes spaced apart according to the direction of 'stacking. Vias are necessary to pass the signals to the second distributor through the layer containing the first distributor, through a ground plane separating the planes of the two couplers. This generates a strong asymmetry on the geometry and therefore on the behavior of the two linear polarizations.
  • An object of the present invention is to limit at least one of the drawbacks listed above.
  • the invention relates to an elementary antenna of the type
  • microstrip comprising a stack of layers, the elementary antenna being able to be in a planar configuration in which the layers are substantially planar and perpendicular to a stacking axis along which the layers are stacked, the stack comprising a first radiating element conductor and an excitation device coupled to the first radiating element so as to allow excitation of the radiating element according to two orthogonal linear polarizations, the power distribution device comprising:
  • a first elementary excitation device configured and coupled to the first radiating element so as to be able to excite a first pair of excitation points formed by a first excitation point and a second point excitation arranged on a first straight line of the first radiating element
  • the first elementary excitation device comprising a first conducting line, a second conducting line and a first power distributor able to distribute a power of an input signal received in an input / output point of the first power distributor on the first conductive line and the second conductive line
  • a second elementary excitation device configured and coupled to the first radiating element so as to be able to excite a second pair of excitation points formed by a third excitation point and a fourth excitation point arranged on a second straight line of the first radiating element, the second elementary excitation device comprising a third conductive line, a fourth conductive line and a second power distributor capable of distributing a power of an input signal received at an input point / output of the second power distributor on the third conductive line and the fourth conductive line,
  • the first, second, third and fourth conductive lines being interposed between the first radiating element and the first and second power distributors along the stacking axis, the first power distributor and the second power distributor being coplanar.
  • the first conductive line is opposite the first excitation point
  • the second conductive line is opposite the second excitation point
  • the third conductive line is opposite the third excitation point
  • the fourth line conductive is opposite the fourth point of excitation.
  • the first power distributor is connected to the first conductive line and to the second conductive line at access points of the power distributor, of which orthogonal projections on the first radiating element are distant from the first excitation point. and from the second excitation point along the second straight line, and in which the second power distributor is connected to the third conductive line and to the fourth conductive line at access points of the power distributor, including orthogonal projections on the first radiating element are distant from the third excitation point and from the fourth excitation point along the first straight line.
  • the power distributors are Wilkinson distributors, each power distributor comprising two S-shaped branches, deviating from one another from the junction point to two parts then approach each other to the respective ends of a resistor by which the branches are connected, then deviating again from each other to reach respective access points of the distribution frame power, the extreme parts being distant from each other by a distance greater than the distance separating the junction point of the resistance.
  • the first distributor and the second distributor are identical to each other.
  • a line being an orthogonal projection of a bisector of the first line and the second line on the plane of the distributors.
  • the first distributor and the second distributor are identical to each other.
  • first and second distributors are asymmetrical with respect to the line.
  • each of the first and second power distributors comprises a common branch
  • each of the two branches being coupled to one of the conductive lines via an access point of the branch, a straight line connecting the access points of each distributor power extending parallel and close to a first side of the rectangle and an entry / exit point of the power distributor being closer to another side of the rectangle parallel to the first side than said straight line.
  • the first radiating element comprises a center, the first excitation point and the second excitation point being positioned symmetrically with respect to the center, and the third excitation point and the fourth excitation point being positioned symmetrically with respect to the center.
  • the elementary antenna comprises a second radiating element superimposed on the first radiating element.
  • the antenna comprises a first elementary assembly of at least one slot extending linearly opposite the first straight line and facing the first excitation point and the second excitation point and a second elementary assembly at least one slit extending linearly opposite the second straight line and facing the third excitation point and the fourth excitation point, the first elementary set of at least one slit and the second elementary set at least one slot for coupling the excitation device and the first conductive radiating element.
  • the invention also relates to a network antenna comprising a plurality of elementary antennas according to the invention.
  • the elementary antennas form an array of elementary antennas.
  • Figure 1 schematically shows an exploded view of an example
  • FIG. 2 diagrammatically represents these conductive planes in section along a plane parallel to the stacking direction
  • Figure 3 schematically shows a projection, on the plane of the first radiating element, of the slots and conductive lines of the elementary antenna of Figures 1 and 2 as well as the projections of access points and excitation points ,
  • FIG. 4 represents an example of a plan of the antenna distributors
  • FIG. 5 shows schematically T distributors.
  • the invention also relates to an elementary antenna as well as to a network antenna comprising an array of elementary antennas according to the invention.
  • Figure 1 shows schematically an exploded view of an example
  • microstrip antenna elementary antenna of the planar type also called microstrip antenna.
  • the elementary antenna is able to be in a plane configuration in
  • stack comprises a stack of substantially planar layers perpendicular to a stacking direction represented by the z axis.
  • the elementary antenna can be flexible and be able to present a
  • the stack comprises parallel conducting planes, spaced apart according to
  • FIG. 1 A sectional view of the elementary antenna is shown in Figure 2. In order not to overload Figures 1 and 2, only the conducting planes are shown.
  • Intervals are made between the successive conducting planes. These intervals each include at least one layer of a dielectric substrate which may, for example, be a layer of air or foam.
  • the elementary antenna A comprises a radiating device B of the superimposed double patch type, comprising:
  • ground plane means a conductive plane acting as a ground plane
  • first radiating element 1 surmounting the upper intermediate ground plane 3
  • the first radiating element 1 is called excited block and the second
  • the double superimposed patch is adjusted to make a double resonator.
  • Each radiating element 1, 2 is in the form of a conductive plate. It has, for example, a substantially rectangular shape as shown in Figure 1. Alternatively, each radiating element may have a different shape (square, disc, etc.). Whatever the geometry of each radiating element, it is possible to define a center there.
  • the radiating elements 1, 2 are arranged so that the center C1 of the first radiating element is located opposite the center C2 of the second radiating element, that is to say on the same axis parallel to the direction of stack represented by the z axis.
  • the radiating device B comprises a single radiating element.
  • the excitation device C overcomes a lower ground plane D.
  • a first elementary excitation device 11, v1, v2, L1, L2 configured and coupled to the first radiating element 1 so as to be able to excite a first pair of excitation points of the first radiating element 1, the first pair comprising a first excitation point p1 and a second excitation point p2 arranged on a first straight line D1 of the first radiating element 1,
  • a second elementary excitation device 21, v3, v4, L3, L4 configured and coupled to the first radiating element 1 so as to be able to excite a second pair of excitation points of the first radiating element, the second pair comprising a third excitation point p3 and a fourth excitation point p4 arranged on a second straight line D2 of the first radiating element 1.
  • the proposed coupling makes it possible to choose the polarization of the total wave emitted by the antenna, the most suitable for a given environment (by combining these two polarizations with an appropriate phase amplitude relationship). It is possible to obtain a total wave polarized circularly in both directions, or linearly in any direction depending on the phase shifts between these two linearly polarized waves.
  • the lines D1 and D2 are orthogonal to each other and to the z axis and pass through the center C1.
  • the points p1 and p2 are symmetrical to each other with respect to the center C1 and the points p3 and p4 are symmetrical to each other with respect to the center C1.
  • the points p1, p2, p3 and p4 are located at the same
  • the invention consists in dividing each
  • a power distributor 11 capable of distributing the power of an input signal over the two conductive lines.
  • each conductive line L1, L2, L3, or L4 passes opposite the excitation point p1, p2, p3 or p4, to which it is coupled.
  • an orthogonal projection of each conductive line on the plane of the first conductive element 1 passes through the excitation point to which the conductive line is coupled.
  • the two power distributors 11 and 21 are coplanar, that is to say, placed or etched on the same layer of dielectric substrate.
  • the conducting lines L1, L2, L3 and L4 are interposed between the radiating device B and the power distributors 11 and 21, in the direction
  • the conducting lines L1, L2, L3 and L4 are arranged in planes distant from the power distributors 21, 22 along the stacking axis.
  • each power distributor it is not necessary for each power distributor to have access points opposite the excitation points associated with the power distributor. According to the invention, these are the conductive lines which must be located opposite these excitation points in order to be able to be coupled with these points.
  • the power distributors are separated from the lines
  • the elementary excitation devices are configured and arranged so that the second elementary excitation device is substantially obtained by rotation of the first elementary excitation device. 90 ° around an axis parallel to z and passing through C1.
  • This characteristic makes it possible to obtain a high symmetry between the excitations of the two polarizations due to the symmetry of the electrical paths within the distributors.
  • the two power distributors are separated by the straight line DB.
  • the conductive lines are linear.
  • the conducting lines L1 and L2 are perpendicular to D1 and the lines L3 and L4 are perpendicular to D2.
  • the orthogonality between the two pairs of conductive lines also ensures minimal coupling between these pairs of lines.
  • the conducting lines L1 and L2 are distant from the lines L3 and L4 along the stacking axis z.
  • the lines L1 and L2 are coplanar and included in a first plane P1, perpendicular to the stacking direction z, and the lines L3 and L4 are coplanar and included in a second plane P2, perpendicular to the stacking direction z, distant of the first plane P1 in the stacking direction z.
  • the second elementary excitation device is substantially obtained by rotation of the first elementary excitation device by 90 ° around an axis parallel to z and passing through C1.
  • the residual asymmetry of the excitation between the two pairs of excitation points is limited to the distance between the two planes carrying the two pairs of lines, which makes it possible to obtain a very stable radiation diagram.
  • the two pairs of conductive lines are for example placed or etched on the two respective faces of a dielectric or insulating substrate.
  • the thickness of the substrate along the z axis is substantially the thickness necessary and sufficient to provide electrical insulation between the two pairs of lines.
  • the minimum thickness of dielectric or insulating material makes it possible to limit the asymmetry between the excitations of the two pairs of excitation points.
  • the supply lines are curved.
  • each first distributor is a Wilkinson distributor.
  • the first elementary power distributor 11 comprises three branches including a common branch b and a first branch b1 comprising an access point a1 electrically connected to the conductive line L1 by a via v1 and a second branch b2 comprising a point d access a2 electrically connected to the second conductive line L2 by a via v2.
  • the second elementary power distributor 21 includes three components
  • branches including a common branch b ’and a first branch b1’
  • the vias v1, v2, v1 ', v2' extend longitudinally in the stacking direction z as shown in Figures 1 and 2.
  • Each via passes through the lower intermediate ground plane E interposed between the conductive lines and the power distributors 1 1, 21.
  • each elementary distributor extends from an I / O input / output point, I / O' on which is intended to be injected the excitation signal to a point junction J, J 'which are connected the two branches b1 and b2 or b1' and b2 '.
  • the distributors being Wilkinson resistive distributors, the two
  • branches b1 and b2 (b1 'and b2') of each distributor have an S shape, they first move away from each other from the junction point J (J ') to two extreme parts e and f (e 'and f), then approach each other to the respective ends of a resistor R (R') by which they are connected and then move away again from one of the 'other to reach the respective access points a1 and a2 (a1' and a2 ').
  • the Wilkinson distributors are flattened.
  • the end parts e and f are distant from each other, according to D1, by a distance greater than the distance separating the junction point of the resistance J along the line D2.
  • the extreme parts e ’and f are distant from each other, according to D2, by a distance greater than the distance separating the junction point of the resistance J’ along the line D1.
  • each distributor 11 (21) each comprise two rectilinear elongated portions p, q and r, s (p ', q' and r ', s') substantially parallel to each other located between the junction point J (J ') and one of the ends of the resistor.
  • the distributors are of the reactive type, for example in a T shape, are less bulky and simpler to produce than the resistive distributors.
  • Reactive T distributors 31, 41 are shown in Figure 5. They
  • the two branches 32 and 33 (42 and 43) are collinear.
  • parasitic resonance phenomena between the power distributors and the DPS, very narrow in frequency appear, disturbing the operation of the DPS at these frequencies.
  • the use of a resistive distributor, for example, of the Wilkinson type makes it possible to limit these disturbances. It allows to obtain a stable diagram and to suppress any parasitic resonance in a wide frequency band.
  • ring type couplers called “rat-race hybrid ring coupler” in English terminology
  • ladder type called “line coupler” in English terminology
  • each access point a1, a2, a3 or a4 is opposite a point on its conductive line L1, L2, L3, or L4 respectively which is closer to 'one end of the line
  • each power distributor 11, and respectively 21 is configured so that a signal injected on its common branch is divided into two signals of the same power and of the same phase available at its two access points a1, a2 and respectively a1 ', a2'.
  • the two branches b1 and b2 of the first power distributor 11 are therefore symmetrical to each other with respect to a projection, on the plane of the power distributors, of a straight line of the first radiating element 1 passing through C1 and parallel to D2.
  • the two branches b1 'and b2' of the second power distributor 21 are symmetrical to each other with respect to a projection, on the plane of the power distributors, of a straight line of the first radiating element 1 passing through C1 and parallel to D2.
  • the junction points J, J ’ are each on one of these projections. This characteristic promotes symmetry of excitement.
  • the radiating elements are delimited by a substantially rectangular surface, for example square, comprising four sides c1, c2, c3, c4; c1 being parallel to c4 and c2 being parallel to c3.
  • junction point J and the I / O entry / exit point are located between the line d and the side c4.
  • the I / O entry / exit point is closer to the side c3 than the points a1 and a2 and the I / O exit entry point is closer to the side c4 than the points a1 'and a2 '.
  • the elementary antenna comprises, as visible in FIG. 4, shielding studs extending continuously from the lower ground plane D to the lower intermediate ground plane E. These studs are not shown in the other figures for clarity. These pads include several sets of shielding pads spaced two by two at a distance much less than the minimum wavelength of the microwave signals carried by the elementary antenna.
  • These shielding pads include first shielding pads 120
  • Second shielding studs 121, 121 ’ are arranged between each
  • Third shielding pads 122, 122 ’ are arranged between the common branch b, b’ and one of the branches b1, b1 ’, of each power distributor in order to ensure decoupling between these two branches.
  • the elementary antenna A comprises a set of slots F1, F2, which are for example oblong rectangles, open in the upper intermediate ground plane 3.
  • the set of slots comprises:
  • Each slot F1 of the first elementary set extends linearly along a line parallel to the line D1.
  • Each slot F2 of the second elementary set extends linearly along a line parallel to the line D2.
  • each elementary assembly of at least one slot is symmetrical with respect to a point situated opposite the center C1 on the z axis.
  • the set of open slots in the upper intermediate ground plane 3 comprises a cruciform slot F.
  • the cruciform slot F is formed by two orthogonal linear slots F1 and F2 intersecting next to the center C1.
  • the coupling is, by
  • the excitation devices are capable of being used in reception to ensure the reception of the signals polarized according to D1 and D2 and to transmit them on the I / O and I / O output inputs.

Landscapes

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Abstract

Antenne élémentaire (1) du type microruban, comprenant un empilement de couches, l'antenne élémentaire étant apte à être dans une configuration plane dans laquelle les couches sont sensiblement planes et perpendiculaires à un axe d'empilement (z) selon lequel les couches sont empilées, l'empilement comprenant un premier élément rayonnant conducteur (1) et un dispositif d'excitation (B) couplé au premier élément rayonnant (1) de sorte à permettre d'exciter l'élément rayonnant (1) selon deux polarisations linéaires orthogonales, le dispositif d'excitation (B) comprenant des première, deuxième, troisième et quatrième lignes conductrices interposées entre le premier élément rayonnant (1) et des premier et deuxième répartiteurs de puissance (11, 21), selon l'axe d'empilement (z), le premier répartiteur de puissance (11) et le deuxième répartiteur de puissance (21) étant coplanaires.

Description

Description
Titre de l'invention : ANTENNE MICRORUBAN ÉLÉMENTAIRE ET ANTENNE
RÉSEAU
[0001 ] La présente invention se rapporte au domaine des antennes
électromagnétiques de type réseau et notamment des antennes actives. Elle s’applique notamment aux radars, aux systèmes de guerre électronique (tels que les détecteurs de radar et les brouilleurs de radar) ainsi qu’aux systèmes de communication ou autres systèmes multifonctions.
[0002] Une antenne dite réseau comprend une pluralité d’antennes élémentaires pouvant être préférentiellement du type microruban, aussi appelées antennes pavé ou « patch antenna » en terminologie anglo-saxonne. Ces antennes pavé comprennent un empilement de couches de substrats diélectriques pourvus de pistes métalliques, espacées le cas échéant par des matériaux ou des substrats non gravés.
[0003] La technologie des antennes élémentaires microruban permet de réaliser des antennes très compactes, en particulier des antennes réseaux à balayage électronique compactes, et plus simples à réaliser et donc moins onéreuses que d’autres types d’antennes (guides d’onde, Vivaldi... ).
[0004] Une antenne élémentaire microruban comprend classiquement un élément rayonnant placé sur une couche de diélectrique disposé au-dessus d’un plan conducteur servant de masse de sorte à constituer un résonateur. L’antenne élémentaire comprend également un dispositif de répartition de puissance permettant d’exciter l’élément rayonnant à partir d’un signal d’entrée. Le dispositif rayonnant est couplé à son excitation par trou métallisé (appelé via) ou par une fente. Le couplage électromagnétique par fente permet de générer plus aisément une bande de fréquence large. Il permet également d’éviter tout via de liaison entre les éléments rayonnants et l’excitation ce qui simplifie la fabrication de l’antenne élémentaire.
[0005] On prévoit classiquement des moyens d’excitation aptes à exciter
simultanément le dispositif rayonnant selon deux polarisations linéaires orthogonales. Cela permet de choisir la polarisation la plus adaptée à un environnement donné (en combinant ces 2 polarisations avec une relation amplitude phase appropriée).
[0006] Les antennes élémentaires sont soumises à un certain nombre de contraintes.
[0007] Elles présentent généralement une bande de fréquence étroite, typiquement quelques pourcents. Dans le cas des réseaux d’antennes élémentaires
microruban, destinés à fonctionner sur une bande de fréquence étendue pouvant être supérieure à une octave, on doit envisager plusieurs fréquences de
résonnance.
[0008] Les antennes réseau forment un réseau d’antennes élémentaires dont le pas est de ÀFmax/2, où ÀFmax est la plus petite longueur d’onde correspondant à la fréquence maximale Fmax de la bande ce qui est une contrainte forte sur les dimensions des antennes élémentaires.
[0009] Afin d’obtenir une antenne microruban de complexité moindre, et donc de
coût limité, il est préférable de restreindre le nombre de couches métallisées et le nombre de liaisons d’une couche à l’autre, effectuées par des vias.
[0010] Une solution pratique pour augmenter la largeur de la bande passante de
l’antenne élémentaire consiste à augmenter le volume de l’antenne, donc la hauteur (l’épaisseur), les dimensions latérales étant bornées par le pas du réseau. Augmenter simplement la hauteur entre le dispositif rayonnant et le plan de masse conduit cependant à des phénomènes parasites lors de la mise au sein d’un réseau (propagation transverse de modes indésirables). La solution classiquement adoptée consiste à utiliser plusieurs éléments rayonnants superposés. Ce type d’empilement est appelé double patch superposé (DPS) dans le cas de deux éléments rayonnants.
[0011 ] Pour éviter, dans la bande de fréquence de travail, des distorsions de la
forme et du pointage angulaire du diagramme de rayonnement du DPS, on prévoit une excitation symétrique de deux points d’excitation au moyen d’un répartiteur de puissance pour chacune des polarisations linéaires orthogonales.
[0012] Afin d’éviter les intersections des lignes imprimées, une solution consiste à former les deux répartiteurs de puissance sur des plans différents de l’antenne microruban. [0013] Dans un premier cas divulgué dans l’article Wideband and wide scan phased array microstrip patch antennas for small platforms, conférences EuCAP 2007, de Erickson et al, les deux faces d’une même couche de substrat diélectrique sont occupées chacune par un répartiteur de puissance. Les deux répartiteurs de puissance comprennent des branches dont les projections sur un plan
perpendiculaire à la direction d’empilement se croisent. Ces branches sont orthogonales afin de réduire le couplage entre les répartiteurs. Chacun des répartiteurs comprend deux branches se rejoignant en dehors de la surface couverte par chacun des éléments rayonnants. Cette configuration est incompatible avec la mise en réseau de l’antenne élémentaire avec un maillage serré (maillage de l’ordre de l^3C/2).
[0014] Dans un exemple de réalisation divulgué dans l’article‘Air-Cooled, Active Transmit/ Receive Panel Arraÿ, IEEE 2007 Radar Conférence, de A. Puzella et al, les répartiteurs sont disposés sur des plans différents espacés selon la direction d’empilement. Des vias sont nécessaires pour faire transiter les signaux vers le deuxième répartiteur à travers la couche contenant le premier répartiteur, à travers un plan de masse séparant les plans des deux coupleurs. Ceci engendre une forte dissymétrie sur la géométrie et donc sur le comportement des deux polarisations linéaires.
[0015] Un but de la présente invention est de limiter au moins un des inconvénients listés ci-dessus.
[0016] À cet effet, l’invention a pour objet une antenne élémentaire du type
microruban, comprenant un empilement de couches, l’antenne élémentaire étant apte à être dans une configuration plane dans laquelle les couches sont sensiblement planes et perpendiculaires à un axe d’empilement selon lequel les couches sont empilées, l’empilement comprenant un premier élément rayonnant conducteur et un dispositif d’excitation couplé au premier élément rayonnant de sorte à permettre d’exciter l’élément rayonnant selon deux polarisations linéaires orthogonales, le dispositif de répartition de puissance comprenant :
- un premier dispositif d’excitation élémentaire configuré et couplé au premier élément rayonnant de sorte à être apte à exciter une première paire de points d’excitation formée d’un premier point d’excitation et d’un deuxième point d’excitation disposés sur une première droite du premier élément rayonnant , le premier dispositif d’excitation élémentaire comprenant une première ligne conductrice, une deuxième ligne conductrice et un premier répartiteur de puissance apte à répartir une puissance d’un signal d’entrée reçu en un point d’entrée/sortie du premier répartiteur de puissance sur la première ligne conductrice et la deuxième ligne conductrice,
- un deuxième dispositif d’excitation élémentaire configuré et couplé au premier élément rayonnant de sorte à être apte à exciter une deuxième paire de points d’excitation formée d’un troisième point d’excitation et d’un quatrième point d’excitation disposés sur une deuxième droite du premier élément rayonnant, le deuxième dispositif d’excitation élémentaire comprenant une troisième ligne conductrice, une quatrième ligne conductrice et un deuxième répartiteur de puissance apte à répartir une puissance d’un signal d’entrée reçu en un point d’entrée/sortie du deuxième répartiteur de puissance sur la troisième ligne conductrice et la quatrième ligne conductrice ,
les première, deuxième, troisième et quatrième lignes conductrices étant interposées entre le premier élément rayonnant et les premier et deuxième répartiteurs de puissance selon l’axe d’empilement, le premier répartiteur de puissance et le deuxième répartiteur de puissance étant coplanaires.
[0017] Avantageusement, la première ligne conductrice est en regard du premier point d’excitation, la deuxième ligne conductrice est en regard du deuxième point d’excitation, la troisième ligne conductrice est en regard du troisième point d’excitation et la quatrième ligne conductrice est en regard du quatrième point d’excitation.
[0018] Avantageusement, la première ligne conductrice et la deuxième ligne
conductrice s’étendent linéairement perpendiculairement à la première droite, et la troisième ligne conductrice et la quatrième ligne conductrice s’étendant linéairement perpendiculairement à la deuxième droite.
[0019] Avantageusement, la première ligne conductrice et la deuxième ligne
conductrice sont coplanaires, la troisième ligne conductrice et la quatrième ligne conductrice étant coplanaires et distantes de la première ligne conductrice et de la deuxième ligne conductrice selon la direction d’empilement. [0020] Avantageusement, le premier répartiteur de puissance est relié à la première ligne conductrice et à la deuxième ligne conductrice en des points d’accès du répartiteur de puissance dont des projections orthogonales sur le premier élément rayonnant sont distantes du premier point d’excitation et du deuxième point d’excitation selon la deuxième droite, et dans laquelle le deuxième répartiteur de puissance est relié à la troisième ligne conductrice et à la quatrième ligne conductrice en des points d’accès du répartiteur de puissance dont des projections orthogonales sur le premier élément rayonnant sont distantes du troisième point d’excitation et du quatrième point d’excitation selon la première droite.
[0021 ] Avantageusement, les répartiteurs de puissance sont des répartiteurs de Wilkinson, chaque répartiteur de puissance comprenant deux branches en forme de S, s’écartant d’abord l’une de l’autre depuis le point de jonction jusqu’à deux parties puis se rapprochent l’une de l’autre jusqu’aux extrémités respectives d’une résistance par laquelle les branches sont connectées, puis s’écartant à nouveau l’une de l’autre pour rejoindre des points d’accès respectifs du répartiteur de puissance, les parties extrêmes étant distantes l’une de l’autre d’une distance supérieure à la distance séparant le point de jonction de la résistance.
[0022] Avantageusement, le premier répartiteur et le deuxième répartiteur sont
séparés l’un de l’autre par une droite étant une projection orthogonale d’une bissectrice de la première droite et de la deuxième droite sur le plan des répartiteurs.
[0023] Avantageusement, le premier répartiteur et le deuxième répartiteur sont
symétriques l’un de l’autre par rapport à la droite. En variante, le premier et le deuxième répartiteurs sont asymétriques par rapport à la droite.
[0024] Avantageusement, une surface délimitant le premier et le deuxième
répartiteurs de puissance est sensiblement rectangulaire, chacun des premier et deuxième répartiteurs de puissance comprend une branche commune
comprenant un point d’entrée sortie et étant reliée à deux branches, chacune des deux branches étant couplée à une des lignes conductrices via un point d’accès de la branche, une droite reliant les points d’accès de chaque répartiteur de puissance s’étendant parallèlement et à proximité d’un premier côté du rectangle et un point d’entrée/sortie du répartiteur de puissance étant plus proche d’un autre côté du rectangle parallèle au premier côté que ladite droite.
[0025] Avantageusement, le premier élément rayonnant comprend un centre, le premier point d’excitation et le deuxième point d’excitation étant positionnés de façon symétrique par rapport au centre, et le troisième point d’excitation et le quatrième point d’excitation étant positionnés de façon symétrique par rapport au centre.
[0026] Avantageusement, l’antenne élémentaire comprend un deuxième élément rayonnant superposé au premier élément rayonnant.
[0027] Avantageusement, l’antenne comprend un premier ensemble élémentaire d’au moins une fente s’étendant linéairement en regard de la première droite et faisant face au premier point d’excitation et au deuxième point d’excitation et un deuxième ensemble élémentaire d’au moins une fente s’étendant linéairement en regard de la deuxième droite et faisant face au troisième point d’excitation et au quatrième point d’excitation, le premier ensemble d’élémentaire d’au moins une fente et le deuxième ensemble élémentaire d’au moins une fente permettant de coupler le dispositif d’excitation et le premier élément rayonnant conducteur.
[0028] L’invention se rapporte également à une antenne réseau comprenant une pluralité d’antennes élémentaires selon l’invention.
[0029] Avantageusement, les antennes élémentaires forment un réseau d’antennes élémentaires.
[0030] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[0031 ] la figure 1 représente schématiquement une vue éclatée d’un exemple
d’antenne élémentaire selon l’invention comprenant des plans conducteurs empilés selon une direction d’empilement,
[0032] la figure 2 représente schématiquement ces plans conducteurs en coupe selon un plan parallèle à la direction d’empilement, [0033] la figure 3 représente schématiquement une projection, sur le plan du premier élément rayonnant, des fentes et de lignes conductrices de l’antenne élémentaire des figures 1 et 2 ainsi que les projections des points d’accès et les points d’excitation,
[0034] la figure 4 représente un exemple de plan des répartiteurs de l’antenne
élémentaire,
[0035] lafigure 5 représente schématiquement des répartiteurs en T.
[0036] D’une figure à l’autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes
références.
[0037] L’invention se rapporte également à une antenne élémentaire ainsi qu’à une antenne réseau comprenant un réseau d’antennes élémentaires selon l’invention.
[0038] La figure 1 représente schématiquement une vue éclatée d’un exemple
d’antenne élémentaire du type planaire aussi appelée antenne microruban.
[0039] L’antenne élémentaire est apte à être dans une configuration plane dans
laquelle l’empilement comprend un empilement de couches sensiblement planes et perpendiculaires à une direction d’empilement représentée par l’axe z.
L’antenne élémentaire peut être flexible et être apte à présenter une
configuration courbe dans laquelle les couches sont courbes.
[0040] Dans la suite du texte, nous décrirons l’agencement de l’antenne dans sa
configuration plane.
[0041 ] L’empilement comprend des plans conducteurs parallèles, espacés selon
l’axe z qui leur est orthogonal. Une vue en coupe de l’antenne élémentaire est représentée en figure 2. Pour ne pas surcharger les figures 1 et 2, seuls les plans conducteurs sont représentés.
[0042] Des intervalles sont ménagés entre les plans conducteurs successifs. Ces intervalles comprennent chacun au moins une couche d’un substrat diélectrique qui peut, par exemple, être une couche d'air ou de mousse.
[0043] L’antenne élémentaire A comprend un dispositif rayonnant B de type double patch superposé, comprenant :
- un plan de masse intermédiaire supérieur 3 (par plan de masse, on entend un plan conducteur faisant office de plan de masse), - un premier élément rayonnant 1 surmontant le plan de masse intermédiaire supérieur 3,
- un deuxième élément rayonnant 2 surmontant le premier élément rayonnant 1.
[0044] Le premier élément rayonnant 1 est appelé pavé excité et le deuxième
élément rayonnant 2, qui est couplé par proximité au premier élément rayonnant 1 , est appelé pavé directeur. Le double patch superposé est ajusté pour réaliser un double résonateur.
[0045] Chaque élément rayonnant 1 , 2 est sous forme d’une plaque conductrice. Il présente, par exemple, une forme sensiblement rectangulaire comme représenté en figure 1. En variante, chaque élément rayonnant peut présenter une forme autre (carré, disque, etc.). Quelle que soit la géométrie de chaque élément rayonnant, il est possible d’y définir un centre.
[0046] Les éléments rayonnants 1 , 2 sont agencés de sorte que le centre C1 du premier élément rayonnant est situé en regard du centre C2 du deuxième élément rayonnant, c'est-à-dire sur un même axe parallèle à la direction d’empilement représenté par l’axe z.
[0047] En variante, dans le cas d’une bande passante visée moindre, le dispositif rayonnant B comprend un seul élément rayonnant.
[0048] L’antenne élémentaire A comprend un dispositif d’excitation C couplé au
dispositif rayonnant B de sorte à permettre d’exciter simultanément le dispositif rayonnant B selon deux polarisations linéaires orthogonales.
[0049] Le dispositif d’excitation C surmonte un plan de masse inférieur D.
[0050] Le dispositif d’excitation C comprend :
- un premier dispositif d’excitation élémentaire 11 , v1 , v2, L1 , L2 configuré et couplé au premier élément rayonnant 1 de sorte à être apte à exciter une première paire de points d’excitation du premier élément rayonnant 1 , la première paire comprenant un premier point d’excitation p1 et un deuxième point d’excitation p2 disposés sur une première droite D1 du premier élément rayonnant 1 ,
- et un deuxième dispositif d’excitation élémentaire 21 , v3, v4, L3, L4 configuré et couplé au premier élément rayonnant 1 de sorte à être apte à exciter une deuxième paire de points d’excitation du premier élément rayonnant, la deuxième paire comprenant un troisième point d’excitation p3 et d’un quatrième point d’excitation p4 disposés sur une deuxième droite D2 du premier élément rayonnant 1.
[0051 ] L’excitation des points p1 et p2 par le premier dispositif d’excitation
élémentaire permet de rayonner une onde polarisée selon la deuxième droite D2. L’excitation des points p3 et p4 par le deuxième dispositif d’excitation élémentaire permet de rayonner une onde polarisée selon la première droite D1.
[0052] Le couplage proposé permet de choisir la polarisation de l’onde totale émise par l’antenne, la plus adaptée à un environnement donné (en combinant ces deux polarisations avec une relation amplitude phase appropriée). Il est possible d’obtenir une onde totale polarisée de façon circulaire dans les deux sens, ou de façon linéaire selon n’importe quelle direction en fonction des déphasages entre ces deux ondes polarisées linéairement.
[0053] Les droites D1 et D2 sont orthogonales entre elles et à l’axe z et passent par le centre C1.
[0054] Les points p1 et p2 sont symétriques l’un de l’autre par rapport au centre C1 et les points p3 et p4 sont symétriques l’un de l’autre par rapport au centre C1.
[0055] Avantageusement, les points p1 , p2, p3 et p4 sont situés à une même
distance du centre C1.
[0056] Comme visible en figures 1 et 2, l’invention consiste à diviser chaque
dispositif d’excitation élémentaire en deux parties :
- deux lignes conductrices L1 , L2 (ou L3, L4) couplées à la paire de points d’excitation p1 , p2 (ou p3, p4) associée au dispositif d’excitation élémentaire,
- et un répartiteur de puissance 11 (ou 21 ) apte à répartir la puissance d’un signal d’entrée sur les deux lignes conductrices.
[0057] Comme visible en figures 1 et 3, chaque ligne conductrice L1 , L2, L3, ou L4 passe en regard du point d’excitation p1 , p2, p3 ou p4, auquel elle est couplée. Autrement dit, une projection orthogonale de chaque ligne conductrice sur le plan du premier élément conducteur 1 passe par le point d’excitation auquel la ligne conductrice est couplée. [0058] Selon l’invention, les deux répartiteurs de puissance 11 et 21 sont coplanaires, c'est-à-dire, placés ou gravés sur une même couche de substrat diélectrique.
[0059] Les lignes conductrices L1 , L2, L3 et L4 sont interposées entre le dispositif rayonnant B et les répartiteurs de puissance 11 et 21 , selon la direction
d’empilement z. Autrement dit, les lignes conductrices L1 , L2, L3 et L4 sont disposées dans des plans distants des répartiteurs de puissance 21 , 22 selon l’axe d’empilement.
[0060] Cette séparation des répartiteurs de puissance et des lignes d’excitation
laisse une plus grande liberté pour l’agencement des deux répartiteurs. Il n’est pas nécessaire que chaque répartiteur de puissance présente des points d’accès en regard des points d’excitation associé au répartiteur de puissance. Selon l’invention, ce sont les lignes conductrices qui doivent se situer en regard de ces points d’excitation pour pouvoir être couplées avec ces points.
[0061 ] Elle permet de choisir un agencement permettant de limiter les dimensions du dispositif de répartition de puissance B dans un plan perpendiculaire à la direction de l’empilement ce qui permet une mise en réseau serrée de l’antenne élémentaire.
[0062] Cette disposition est avantageuse pour la symétrie des chemins électriques destinés à exciter les deux paires de points ce qui est favorable à l’obtention d’un diagramme de rayonnement parfaitement stable et symétrique dans toute la bande de fréquences de travail. La disposition des deux répartiteurs de
puissance sur un même plan (ou même couche) permet d’éviter l’installation de vias pour faire transiter le courant vers un des répartiteurs à travers une couche contenant l’autre répartiteur et de deux plans de masse entourant cet autre répartiteur. Cela permet de limiter la dissymétrie entre les branches d’excitation des deux paires de points.
[0063] Avantageusement, les répartiteurs de puissance sont séparés des lignes
conductrices par un plan de masse dit plan de masse intermédiaire inférieur E ce qui permet de réaliser des structures de type triplaque (stripline).
[0064] Avantageusement, les dispositifs d’excitation élémentaires sont configurés et disposés de sorte que le deuxième dispositif d’excitation élémentaire est sensiblement obtenu par rotation du premier dispositif d’excitation élémentaire de 90° autour d’un axe parallèle à z et passant par C1. Cette caractéristique permet d’obtenir une symétrie élevée entre les excitations des deux polarisations du fait de la symétrie des chemins électriques au sein des répartiteurs. Cela favorise la disposition coplanaire des répartiteurs avec un couplage minimal entre ces coupleurs en permettant notamment de prévoir des vias de blindage.
[0065] Afin de maximiser la symétrie de l’excitation, les deux répartiteurs de
puissance sont symétriques l’un de l’autre par rapport à une droite DB qui est une projection orthogonale d’une bissectrice des droites D1 et D2 sur le plan des répartiteurs. Cette symétrie est une symétrie orthogonale. Cette solution permet également d’agencer des vias de blindage/découplage entre les deux répartiteurs de puissance 11 et 21 comme nous le verrons par la suite.
[0066] De façon plus générale, les deux répartiteurs de puissance sont séparés par la droite DB.
[0067] Par ailleurs, comme représenté en figures 1 et 3, les lignes conductrices sont linéaires. Les lignes conductrices L1 et L2 sont perpendiculaires à D1 et les lignes L3 et L4 sont perpendiculaires à D2. L'orthogonalité entre les deux paires de lignes conductrices assure également un couplage minimal entre ces paires de lignes.
[0068] Il est à noter qu’afin d’éviter un croisement de lignes et de disposer les lignes dans un volume réduit, les lignes conductrices L1 et L2 sont distantes des lignes L3 et L4 selon l’axe d’empilement z. Les lignes L1 et L2 sont coplanaires et comprises dans un premier plan P1 , perpendiculaire à la direction d’empilement z, et les lignes L3 et L4 sont coplanaires et comprises dans un deuxième plan P2, perpendiculaire à la direction d’empilement z, distant du premier plan P1 selon la direction d’empilement z. Ainsi, le deuxième dispositif d’excitation élémentaire est sensiblement obtenu par rotation du premier dispositif d’excitation élémentaire de 90° autour d’un axe parallèle à z et passant par C1. L’asymétrie résiduelle de l’excitation entre les deux paires de points d’excitation est limitée à la distance entre les deux plans portant les deux paires de lignes ce qui permet d’obtenir un diagramme de rayonnement très stable.
[0069] Les deux paires de lignes conductrices sont par exemple placées ou gravées sur les deux faces respectives d’un substrat diélectrique ou isolant. Avantageusement, l’épaisseur du substrat selon l’axe z est sensiblement l’épaisseur nécessaire et suffisante pour assurer l’isolation électrique entre les deux paires de lignes. L’épaisseur minimale de matériau diélectrique ou isolant permet de limiter l’asymétrie entre les excitations des deux paires de points d’excitation.
[0070] En variante, les lignes d’alimentation sont courbes.
[0071 ] En figure 4, chaque premier répartiteur est un répartiteur de Wilkinson.
[0072] Le premier répartiteur de puissance élémentaire 11 comprend trois branches dont une branche commune b et une première branche b1 comprenant un point d’accès a1 relié électriquement à la ligne conductrice L1 par un via v1 et une deuxième branche b2 comprenant un point d’accès a2 relié électriquement à la deuxième ligne conductrice L2 par un via v2.
[0073] Le deuxième répartiteur de puissance élémentaire 21 comprend trois
branches dont une branche commune b’ et une première branche b1’
comprenant un point d’accès a1’ relié électriquement à la ligne L3 par un via v1’ et une deuxième branche b2’ comprenant un point d’accès a2’ relié
électriquement à la deuxième ligne L4 par un via v2’. Les vias v1 , v2, v1’, v2’ s’étendent longitudinalement selon la direction d’empilement z comme visible sur les figures 1 et 2. Chaque via passe à travers le plan de masse intermédiaire inférieur E interposé entre les lignes conductrices et les répartiteurs de puissance 1 1 , 21 .
[0074] La branche commune b, b’ de chaque répartiteur élémentaire s’étend depuis un point d’entrée/sortie E/S, E/S’ sur lequel est destiné à être injecté le signal d’excitation jusqu’à un point de jonction J, J’ auquel sont reliées les deux branches b1 et b2 ou b1’ et b2’.
[0075] Les répartiteurs étant des répartiteurs résistifs de Wilkinson, les deux
branches b1 et b2 ( b1’ et b2’) de chaque répartiteur présentent une forme de S, elles s’écartent d’abord l’une de l’autre depuis le point de jonction J (J’) jusqu’à deux parties extrême e et f (e’ et f), puis se rapprochent l’une de l’autre jusqu’aux extrémités respectives d’une résistance R (R’) par laquelle elles sont connectées puis s’écartent à nouveau l’une de l’autre pour rejoindre les points d’accès respectifs a1 et a2 (a1’ et a2’). [0076] Avantageusement, afin de limiter la surface occupée par chaque répartiteur de puissance et permettre de positionner les deux répartiteurs de Wilkinson dans un même plan, les répartiteurs de Wilkinson sont aplatis.
[0077] Les parties extrêmes e et f sont distantes l’une de l’autre, selon D1 , d’une distance supérieure à la distance séparant le point de jonction de la résistance J selon la droite D2. Les parties extrêmes e’ et f sont distants l’une de l’autre, selon D2, d’une distance supérieure à la distance séparant le point de jonction de la résistance J’ selon la droite D1.
[0078] Avantageusement, les branches bl et b2 (b1’ et b2’) de chaque répartiteur 11 (21 ) comprennent chacune deux portions allongées rectilignes p, q et r, s (p’, q’ et r’, s’) sensiblement parallèles l’une à l’autre situées entre le point de jonction J (J’) et une des extrémités de la résistance.
[0079] En variante, les répartiteurs sont de type réactif, par exemple en T sont moins encombrants et plus simples à réaliser que les répartiteurs résistifs.
[0080] Des répartiteurs réactifs en T 31 , 41 sont représentés en figure 5. Ils
comprennent chacun une branche commune 34, 44 et deux branches 32, 33 et 42, 43 reliées à une branche commune. Les deux branches 32 et 33 (42 et 43) sont colinéaires. Toutefois, compte tenu de la bande de fréquence à réaliser, des phénomènes de résonances parasites entre les répartiteurs de puissance et les DPS, très étroites en fréquence, apparaissent, perturbant le fonctionnement du DPS à ces fréquences. L’utilisation d’un répartiteur résistif, par exemple, de type Wilkinson permet de limiter ces perturbations. Il permet d’obtenir un diagramme stable et de supprimer toute résonance parasite dans une large bande de fréquence.
[0081 ] En variante, l’implantation de coupleurs de type anneau (appelés « rat-race hybrid ring coupler » en terminologie anglo-saxonne) ou de type en échelle (appelés « line coupler » en terminologie anglo-saxonne) peut être envisagée mais ces coupleurs sont difficilement large bande.
[0082] De façon avantageuse, comme représenté en figure 3, chaque point d’accès a1 , a2, a3 ou a4 est en regard d’un point de sa ligne conductrice L1 , L2, L3, ou respectivement L4 qui est plus proche d’une des extrémités de la ligne
conductrice L1 , L2, L3, ou respectivement L4, que la projection orthogonale du point d’excitation p1 , p2, p3, ou respectivement p4, auquel est couplée la ligne conductrice L1 , L2, L3, ou respectivement L4, sur le plan de la ligne conductrice L1 , L2, L3, ou respectivement L4. Cela libère donc l’espace central, proche des paires de points d’excitation, pour installer les différentes branches des répartiteurs élémentaires en regard des éléments rayonnants et donc permettre la mise en réseau serrée de l’antenne élémentaire.
[0083] Avantageusement, chaque répartiteur de puissance 11 , et respectivement 21 , est configuré de sorte qu’un signal injecté sur sa branche commune se divise en deux signaux de même puissance et de même phase disponibles au niveau de ses deux points d’accès a1 , a2 et respectivement a1’, a2’.
[0084] Les deux branches b1 et b2 du premier répartiteur de puissance 11 sont donc symétriques l’une de l’autre par rapport à une projection, sur le plan des répartiteurs de puissance, d’une droite du premier élément rayonnant 1 passant par C1 et parallèle à D2. Les deux branches b1’ et b2’ du deuxième répartiteur de puissance 21 sont symétriques l’une de l’autre par rapport à une projection, sur le plan des répartiteurs de puissance, d’une droite du premier élément rayonnant 1 passant par C1 et parallèle à D2. Ainsi, les points de jonction J, J’ se trouvent chacun sur une de ces projections. Cette caractéristique favorise la symétrie de l’excitation.
[0085] Avantageusement, comme représenté en figure 4, au moins une portion de la branche commune b, b’ de chaque répartiteur de puissance 11 , 21 , allongée dans le sens du point de jonction J, J’ vers le point d’entrée/sortie E/S ou E/S’, s’étend en regard des éléments rayonnants 1 , 2.
[0086] Dans les modes de réalisation des figures 4 et 5, les éléments rayonnants sont délimités par une surface sensiblement rectangulaire, par exemple carrée, comprenant quatre côtés c1 , c2, c3, c4 ; c1 étant parallèle à c4 et c2 étant parallèle à c3.
[0087] La droite d reliant les points d’accès a1 , a2 du premier répartiteur de
puissance 11 s’étend parallèlement et à proximité d’un premier côté c1 du carré. La droite d’ reliant les points d’accès a1’, a2’ du deuxième répartiteur de puissance 21 s’étend parallèlement et à proximité de c2. [0088] Avantageusement, le point de jonction J et le point d’entrée/ sortie E/S sont situés entre la droite d et le côté c4. Le point de jonction J’ et le point
d’entrée/sortie sont situés entre la droite d’ et le côté c3. Cette configuration est avantageuse pour la compacité du dispositif.
[0089] Avantageusement, le point d’entrée/sortie E/S est plus proche du côté c3 que les points a1 et a2 et le point d’entrée sortie E/S’ est plus proche du côté c4 que les points a1’ et a2’.
[0090] Cela est également valable pour toute forme rectangle.
[0091 ] Avantageusement, afin de limiter le couplage électromagnétique, l’antenne élémentaire comprend, comme visible en figure 4, des plots de blindage s’étendant continûment depuis le plan de masse inférieur D jusqu’au plan de masse intermédiaire inférieur E. Ces plots ne sont pas représentés dans les autres figures pour plus de clarté. Ces plots comprennent plusieurs ensembles de plots de blindage espacés deux à deux d’une distance très inférieure à la longueur d’onde minimale des signaux hyperfréquence véhiculés par l’antenne élémentaire.
[0092] Ces plots de blindage comprennent des premiers plots de blindage 120
disposés et répartis entre les deux répartiteurs de façon à définir un blindage électromagnétique entre les deux répartiteurs de puissance 11 et 21.
[0093] Des deuxièmes plots de blindage 121 , 121’ sont disposés entre chaque
répartiteur 11 et 21 et les bords l’antenne élémentaire (dans un plan
perpendiculaire à z) de façon à définir un blindage de l’excitation de l’antenne élémentaire par rapport aux antennes élémentaires voisines de l’antenne réseau et par rapport à l’extérieur de l’antenne réseau.
[0094] Des troisièmes plots de blindage 122, 122’ sont disposés entre la branche commune b, b’ et une des branches b1 , b1’, de chaque répartiteur de puissance afin d’assurer un découplage entre ces deux branches.
[0095] Des quatrièmes plots de blindage 123, 123’ sont disposés autour des point d’accès a1 , a2, a1’, a2’ pour former des milieux de transmission coaxiaux avec les vias v1 , v2, v1’, v2’ correspondants. Ces plots sont, par exemple, disposés en cercle ou en arc de cercle. [0096] Dans le cas non limitatif des répartiteurs de Wilkinson de la figure 4, des quatrièmes plots de blindage 124, 124’ sont disposés entre les deux portions p et q et entre les deux portions r et s et entre les deux portions p’ et q’ et entre les deux portions r’ et s’ pour assurer un blindage électromagnétique entre des branches.
[0097] Dans l’exemple non limitatif de la figure 1 , le couplage entre le dispositif
rayonnant B et le dispositif de répartition de puissance C est réalisé par fente. À cet effet, l’antenne élémentaire A comprend un ensemble de fentes F1 , F2, qui sont par exemple des rectangles oblongs, ouvertes dans le plan de masse intermédiaire supérieur 3. L’ensemble de fentes comprend :
- un premier ensemble élémentaire d’au moins une fente F1 s’étendant linéairement en regard de D1 et faisant face aux points d’excitation p1 et p2 de la première paire de points d’excitation,
- un deuxième ensemble élémentaire d’au moins une fente F2 s’étendant linéairement en regard de D2 et faisant face aux points d’excitation p3 et p4 de la deuxième paire de points d’excitation.
[0098] Chaque fente F1 du premier ensemble élémentaire s’étend linéairement selon une droite parallèle à la droite D1. Chaque fente F2 du deuxième ensemble élémentaire s’étend linéairement selon une droite parallèle à la droite D2.
[0099] Avantageusement, mais non nécessairement, chaque ensemble élémentaire d’au moins une fente est symétrique par rapport à un point situé en regard du centre C1 sur l’axe z.
[0100] Dans l’exemple non limitatif de la figure 1 , l’ensemble de fentes ouvertes dans le plan de masse intermédiaire supérieur 3 comprend une fente cruciforme F. La fente cruciforme F est formée de deux fentes linéaires orthogonales F1 et F2 se croisant en regard du centre C1.
[0101 ] D’autres types de couplage sont envisageables. Le couplage est, par
exemple, réalisé vias reliant électriquement et mécaniquement le dispositif rayonnant A et le dispositif de répartition de puissance B. Ces solutions sont plus volumineuses. Par ailleurs, le couplage par fente permet d’obtenir un bon découplage entre les polarisations rectilignes et de s’affranchir des
rayonnements parasites générés par des vias. [0102] Il est à noter que les dispositifs d’excitation sont susceptibles d’être utilisés en réception pour assurer la réception des signaux polarisés selon D1 et D2 et les transmettre sur les entrées sorties E/S et E/S’.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Antenne élémentaire (1 ) du type microruban, comprenant un empilement de couches, l’antenne élémentaire étant apte à être dans une configuration plane dans laquelle les couches sont sensiblement planes et perpendiculaires à un axe d’empilement (z) selon lequel les couches sont empilées, l’empilement comprenant un premier élément rayonnant conducteur (1 ) et un dispositif d’excitation (C) couplé au premier élément rayonnant (1 ) de sorte à permettre d’exciter l’élément rayonnant (1 ) selon deux polarisations linéaires orthogonales, le dispositif d’excitation (C) comprenant :
- un premier dispositif d’excitation élémentaire configuré et couplé au premier élément rayonnant (1 ) de sorte à être apte à exciter une première paire de points d’excitation, formée d’un premier point d’excitation (p1 ) et d’un deuxième point d’excitation (p2) disposés sur une première droite (D1 ) du premier élément rayonnant (1 ), le premier dispositif d’excitation élémentaire comprenant une première ligne conductrice (L1 ), une deuxième ligne conductrice (L2) et un premier répartiteur de puissance (11 ) apte à répartir une puissance d’un signal d’entrée reçu en un point d’entrée/sortie (E/S) du premier répartiteur de puissance (11 ) sur la première ligne conductrice (L1 ) et la deuxième ligne conductrice (L2), la première ligne conductrice (L1 ) et la deuxième ligne conductrice (L2) s’étendant linéairement perpendiculairement à la première droite (D1 ),
- un deuxième dispositif d’excitation élémentaire configuré et couplé au premier élément rayonnant (1 ) de sorte à être apte à exciter une deuxième paire de points d’excitation, formée d’un troisième point d’excitation (p3) et d’un quatrième point d’excitation (p4) disposés sur une deuxième droite (D2) du premier élément rayonnant (1 ), le deuxième dispositif d’excitation élémentaire comprenant une troisième ligne conductrice (L3), une quatrième ligne conductrice (L4) et un deuxième répartiteur de puissance (21 ) apte à répartir une puissance d’un signal d’entrée reçu en un point d’entrée/sortie (E/S’) du deuxième répartiteur de puissance (21 ) sur la troisième ligne conductrice (L3) et la quatrième ligne conductrice (L4), la troisième ligne conductrice (L1 ) et la quatrième ligne conductrice s’étendant linéairement perpendiculairement à la deuxième droite (D2), les première, deuxième, troisième et quatrième lignes conductrices étant interposées entre le premier élément rayonnant (1 ) et les premier et deuxième répartiteurs de puissance (11 , 21 ), selon l’axe d’empilement (z), le premier répartiteur de puissance (11 ) et le deuxième répartiteur de puissance (21 ) étant coplanaires.
[Revendication 2] Antenne élémentaire (1 ) selon la revendication 1 , dans laquelle la première ligne conductrice (L1 ) est en regard du premier point d’excitation (p1 ), la deuxième ligne conductrice (L2) est en regard du deuxième point d’excitation (p2), la troisième ligne conductrice (L3) est en regard du troisième point d’excitation (p3) et la quatrième ligne conductrice (L4) est en regard du quatrième point d’excitation (p4).
[Revendication 3] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des
revendications précédentes, dans laquelle la première ligne conductrice (L1 ) et la deuxième ligne conductrice (L2) sont coplanaires, la troisième ligne conductrice (L3) et la quatrième ligne conductrice (L4) étant coplanaires et distantes de la première ligne conductrice (L1 ) et de la deuxième ligne conductrice (L2) selon la direction d’empilement (z).
[Revendication 4] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des
revendications précédentes, dans laquelle le premier répartiteur de puissance (11 ) est relié à la première ligne conductrice (L1 ) et à la deuxième ligne conductrice (L2) en des points d’accès du répartiteur de puissance dont des projections orthogonales sur le premier élément rayonnant (11 ) sont distantes du premier point d’excitation (p1 ) et du deuxième point d’excitation (p2) selon la deuxième droite (D2), et dans laquelle le deuxième répartiteur de puissance est relié à la troisième ligne conductrice (L3) et à la quatrième ligne conductrice (L4) en des points d’accès du répartiteur de puissance dont des projections orthogonales sur le premier élément rayonnant (11 ) sont distantes du troisième point d’excitation (p3) et du quatrième point d’excitation (p4) selon la première droite (D1 ).
[Revendication 5] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les répartiteurs de puissance sont des répartiteurs de Wilkinson, chaque répartiteur de puissance comprenant deux branches en forme de S, s’écartant d’abord l’une de l’autre depuis le point de jonction jusqu’à deux parties puis se rapprochent l’une de l’autre jusqu’aux extrémités respectives d’une résistance (R) par laquelle les branches sont connectées, puis s’écartant à nouveau l’une de l’autre pour rejoindre des points d’accès respectifs du répartiteur de puissance, les parties extrêmes étant distantes l’une de l’autre d’une distance supérieure à la distance séparant le point de jonction (J) de la résistance (R).
[Revendication 6] Antenne élémentaire (1 ) selon l’une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel le premier répartiteur (11 ) et le deuxième répartiteur (21 ) sont séparés l’un de l’autre par une droite (DB) étant une projection orthogonale d’une bissectrice de la première droite (D1 ) et de la deuxième droite (D2) sur le plan des répartiteurs.
[Revendication 7] Antenne élémentaire (1 ) selon la revendication
précédente, dans laquelle le premier répartiteur (11 ) et le deuxième
répartiteur (21 ) sont symétriques l’un de l’autre par rapport à la droite (DB).
[Revendication 8] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des
revendications précédentes, une surface délimitant le premier et le deuxième répartiteurs de puissance est sensiblement rectangulaire, chacun des premier et deuxième répartiteurs de puissance (11 ) comprend une branche commune (b) comprenant un point d’entrée sortie et étant reliée à deux branches, chacune des deux branches étant couplée à une des lignes conductrices via un point d’accès de la branche, une droite reliant les points d’accès de chaque répartiteur de puissance s’étendant parallèlement et à proximité d’un premier côté du rectangle et un point d’entrée/sortie du répartiteur de puissance étant plus proche d’un autre côté du rectangle parallèle au premier côté que ladite droite.
[Revendication 9] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier élément rayonnant comprend un centre (C1 ), le premier point d’excitation (p1 ) et le deuxième point d’excitation (p2) étant positionnés de façon symétrique par rapport au centre (C 1 ), et le troisième point d’excitation (p3) et le quatrième point d’excitation (p4) étant positionnés de façon symétrique par rapport au centre (C1 ).
[Revendication 10] Antenne élémentaire (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un deuxième élément rayonnant superposé au premier élément rayonnant.
[Revendication 11] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des
revendications précédentes, comprenant un premier ensemble élémentaire d’au moins une fente (F1 ) s’étendant linéairement en regard de la première droite (D1 ) et faisant face au premier point d’excitation (p1 ) et au deuxième point d’excitation (p2) et un deuxième ensemble élémentaire d’au moins une fente (F2) s’étendant linéairement en regard de la deuxième droite (D2) et faisant face au troisième point d’excitation (p3) et au quatrième point d’excitation (p4), le premier ensemble d’élémentaire d’au moins une fente et le deuxième ensemble élémentaire d’au moins une fente permettant de coupler le dispositif d’excitation et le premier élément rayonnant conducteur.
[Revendication 12] Antenne réseau comprenant une pluralité d’antennes élémentaires selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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