EP2637254A1 - Antenne plane pour terminal fonctionnant en double polarisation circulaire, terminal aéroporté et système de télécommunication par satellite comportant au moins une telle antenne - Google Patents

Antenne plane pour terminal fonctionnant en double polarisation circulaire, terminal aéroporté et système de télécommunication par satellite comportant au moins une telle antenne Download PDF

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EP2637254A1
EP2637254A1 EP13155128.5A EP13155128A EP2637254A1 EP 2637254 A1 EP2637254 A1 EP 2637254A1 EP 13155128 A EP13155128 A EP 13155128A EP 2637254 A1 EP2637254 A1 EP 2637254A1
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EP
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radiating
waveguide
input
antenna
distribution
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EP13155128.5A
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EP2637254B1 (fr
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Gérard Raguenet
Jean-Luc Almeida
Antonin Hirsch
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
    • H01Q21/0043—Slotted waveguides
    • H01Q21/005—Slotted waveguides arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/068—Two dimensional planar arrays using parallel coplanar travelling wave or leaky wave aerial units
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a plane antenna for terminal operating in circular double polarization, an airborne terminal and a satellite telecommunication system comprising at least one such antenna. It applies in particular to the field of high-speed satellite telecommunications and more particularly to configurations comprising multi-spot satellite systems operating in a Ku, K or Ka frequency band, the antenna being mountable on an airborne terminal at board an airplane, a helicopter or a drone.
  • the airborne terminal may, because of its mobility, have to change spot during its mission to route telecommunications signals to different areas land-based fixed This mechanism called "hand over inter-spots" (English), occurs when the mobile terminal flies over a geographical area covered by two adjacent different spots.
  • the circular polarization defined for the spots covering different geographical areas may further change direction, that is to say go from a left circular polarization to a right circular polarization or vice versa.
  • this modification can be performed preferably automatically, without mechanical or human intervention.
  • an antenna comprising a radiating panel comprising a plurality of radiating elements consisting of metal patches etched on a multi-layer substrate and supplied with circular polarization.
  • the patches are arranged in columns, the patches of the same column being put in series.
  • the circular polarization is obtained by exciting each patch by two signals in phase quadrature, that is to say out of phase by 90 °, and of the same amplitude. According to the sign of the phase shift, the circular polarization is right or left.
  • the patches being deposited on dielectric substrates the main defect of this technology is its poor performance due to losses in dielectrics and conductive surfaces, the yield decreasing as the number of patches in each column increases.
  • Each radiating element consists of two radiating quadrature slits, the two radiating slits being arranged chevron and forming an angle of about 90 ° between them. Two adjacent radiating elements are spaced apart by a distance of about one wavelength.
  • This waveguide is optimized to operate in a single wave propagation direction and thus in a single direction of circular polarization. He therefore presents a operation symmetry problem and unacceptable radiation characteristics for circular double-polarization application.
  • the object of the invention is to provide a terminal antenna operating in circular double polarization having no polarizing gate, having a good efficiency, having a radiation pattern almost identical in both directions of circular polarization, right and left, allowing a polarization direction change without operating asymmetry and capable of switching from one beam to another irrespective of the polarization direction of said beams.
  • each radiating waveguide equipped with the radiating elements and the two input / output ports is symmetrical.
  • each distribution waveguide comprises at least one transverse wall for separating the two parts of the distribution waveguide, the upper part and the lower part of the same distribution waveguide being coupled to one and the same radiating waveguide respectively via a first coupling slot constituting the upper input / output port and via a second coupling slot constituting the lower input / output port.
  • the upper input / output ports are positioned at an upper end of the radiating waveguides and in that the lower input / output ports are positioned at a lower end of the radiating waveguides.
  • the switches are positioned on the antenna panel at the upper input / output ports of the radiating waveguides.
  • the switches are positioned on the antenna panel, at a center line L of the antenna panel, equidistant from the upper and lower input / output ports of the antenna guides. 'radiating wave.
  • the two upper and lower parts of the same distribution waveguide are identical and arranged symmetrically on either side of the center line L.
  • the switches can be shifted relative to each other on the antenna panel.
  • each distribution waveguide comprises two partition walls disposed on either side of the central line L and each switch is mounted in a respective distribution waveguide between the two walls.
  • the N radiating waveguides form N radiating lines arranged parallel to each other, each radiating waveguide extending in a longitudinal direction X, having a width P corresponding to the pitch of the grating in a Y direction. and having a rectangular YZ cross-section.
  • each radiating waveguide is aligned, etched periodically and regularly spaced by the same distance D in the longitudinal direction X of the radiating waveguide, each radiating element consisting of one or more slots radiating in a geometric pattern radiating directly in double circular polarization.
  • the engraved pattern of each radiating element has a shape chosen from a circle, a square or a combination of a cross and a symmetrical chevron.
  • the invention also relates to an airborne terminal and a satellite telecommunication system comprising at least one such plane antenna.
  • the figure 1a shows an example of an antenna that can be mounted on an airborne terminal.
  • the antenna comprises a first panel 10 comprising a first radiating surface operating in emission TX and a second panel 11 comprising a second radiating surface operating in reception RX, the two panels 10, 11 of the antenna being mounted on an azimuthal platform common 12, rotated about an azimuthal central axis 17 by a first motor 13.
  • Each panel 10, 11 of the antenna is furthermore actuated in rotation about a first, respectively a second, elevation axis 18 by a second, respectively by a third, motor 14, 15.
  • Each panel 10, 11 is an active antenna on an electronic misalignment axis, for example horizontal, and thus performs an electronic scanning 16 beams according to this axis of misalignment.
  • the Figures 2a and 2b are two diagrams in perspective of an exemplary embodiment of a panel of an antenna, according to a first embodiment of the invention.
  • the antenna panel comprises a support 20 having a flat front face, arranged parallel to an XY plane, on which is fixed a radiating network 21 and a rear face, opposite to the front face, on which is fixed an electronic card 22 comprising active devices for controlling and controlling the operation of the radiating network 21.
  • Passages are arranged in the support 20 and transition interfaces are arranged between the support 20 and the radiating network 21 of the antenna to enable the control signals , control and feed the antenna to cross the support and to ensure the links between the active devices and the radiating network.
  • the support 20 may comprise cooling means, such as heat pipes 25, for dissipating the heat of the active devices of the panel.
  • the radiating network 21 comprises a first radiating level consisting of an array of N radiating waveguides 26, where N is an integer greater than 1, arranged parallel to one another and a second distribution level comprising a network N distribution waveguides 23 arranged parallel to each other, the first radiating level being superimposed above the second distribution level.
  • Each radiating waveguide 26 is coupled to a distribution waveguide 23 which is dedicated thereto, via at least two coupling slots constituting input / output ports 40, 41, of the waveguide. radiating wave, as represented for example on Figures 3a and 3b and on Figures 5a and 5b .
  • the N radiating waveguides 26 form N radiating lines arranged parallel to each other, each radiating waveguide 26 of the radiating network 21 extending in a longitudinal direction X, having a width P corresponding to the pitch of the grating in a Y direction and having a rectangular YZ cross-section.
  • Each radiating waveguide 26 comprises a longitudinal front wall constituting a radiating face of the guide, a longitudinal rear wall opposite the front face, and two transverse walls, the set of radiating faces of the N waveguides forming a radiating surface. of the antenna panel.
  • the front wall of each radiating waveguide 26 comprises a plurality of aligned radiating elements 27, etched periodically and regularly spaced from the same distance D along the longitudinal direction X of the waveguide.
  • Each radiating element 27 consists of one or more radiating slots etched in the upper wall of the waveguide in a previously chosen geometric pattern.
  • Each radiating waveguide 26 comprises a first input / output port 40 constituted by a first coupling slot and a second input / output port 41 constituted by a second coupling slot, a feed signal of the guide of radiating wave 26 that can be applied either to the first input / output port 40 to obtain a radiation in a first direction of circular polarization, for example circular right, or on the second input / output port 41 to obtain a radiation in a second direction of circular polarization, for example circular left.
  • the chosen radiating elements 27 are able to radiate directly in circular double polarization, without the addition of a polarizing gate, the direction of the circular polarization depending on the direction of supply of the radiating waveguide 26.
  • the first input port / output 40 may be arranged for example at an upper end 28 of the radiating waveguide 26 and the second input / output port 41 may be located for example at a lower end 29 of the radiating waveguide 26.
  • each radiating waveguide 26 equipped with the radiating elements 27 is preferably symmetrical with respect to the two input / output ports 40, 41.
  • the coupling slots corresponding to the input / output ports 40, 41 are arranged in the superimposed longitudinal walls of each distribution waveguide 23 and each waveguide with corresponding radiating slots 26.
  • the first coupling slot constituting the first input / output port 40 is placed at the upper end 28 of the radiating waveguide 26 and the second coupling slot constituting the second input / output port 41 is placed at the top lower end 29 of the radiating waveguide 26.
  • Each radiating waveguide is fed through a corresponding distribution waveguide 23 and via either the upper coupling slot corresponding to the port 40, or the lower coupling slot corresponding to the port 41, in the direction of the selected circular polarization.
  • each radiating waveguide 26 is selected via a dedicated microwave switch 30, an example of which is shown diagrammatically in FIG. figure 4 , the number N of switches being equal to the number N of radiating waveguides.
  • Each microwave switch 30 comprises a microwave input 31 intended to receive a microwave supply signal 32, a control input 33 intended to receive a control signal 38 for selecting the direction of the polarization, a first output 34 intended to deliver the signal. supplying power to a first input / output port 36 of a distribution guide 23, and a second output 35 for supplying the power supply signal to a second input / output port 37 of a distribution guide 23.
  • the two outputs 34, 35 of the microwave switch 30 are respectively connected, by means of transitions means not shown, to the first and second input / output ports 36, 37 of a distribution guide.
  • the control signal of the polarization applied to the control input 33 of the microwave switch 30 selects the position 1, 2 of the switch 30 and connects the microwave input 31 of the switch 30 to the first output 34 or the second output 35 of the switch 30.
  • a signal d microwave power supply 32 applied to the microwave input 31 of the switch 30 is then transmitted either to the first input / output port 36 or to the second input / output port 37, of the distribution guide to which the switch 30 is connected, according to the position 1, 2 of the selected switch 30.
  • the N switches 30 respectively associated with the N distribution guides 23 and the N radiating waveguides 26 are mounted on the front face of the support 20, in a housing 24 arranged in an upper part of the antenna panel.
  • the distribution waveguide 23 has two guide portions, upper 50 and lower 51, separate separated by a transverse inner wall 52, each portion 50, 51 of distribution guide being respectively coupled to the corresponding radiating waveguide 26 via either the upper coupling slot corresponding to the first input / output port 40, or the lower coupling slot corresponding to the second input / output port 41.
  • the inner wall transverse 52 is disposed near the upper end 28 of the radiating guide 26, just downstream of the upper coupling slot.
  • the two upper 50 and lower 51 parts of the distribution guide 23 therefore have very different lengths.
  • the first output 34 of the switch 30 is connected to the first upper input / output port 40 of a radiating waveguide 26 through the upper portion 50 of the distribution guide 23.
  • the second output 35 of the switch 30 is connected to the second lower input / output port 41 of the same radiating waveguide 26 via the lower portion 51 of the distribution guide 23.
  • a power supply signal applied to the microwave input of the switch 30 is transmitted on the first output of the switch 30, for example upper 34, selected by the position control signal 38 of the switch 30 and applied to the upper input / output port 40 of a radiating waveguide 26 via the upper portion 50 of a corresponding distribution waveguide 23 to which the switch 30 is connected.
  • the signal energy then propagates in the radiating waveguide 26, from the upper port 40 to the lower end 29 of the radiating waveguide 26, and is radiated by the various radiating elements 27 etched in the front wall of said corresponding radiating waveguide 26 of the antenna.
  • a supply signal 32 applied to the microwave input 31 of the switch 30 is transmitted on the second output of the switch, for example lower 35, selected by the control signal 38.
  • the supply signal then propagates in the lower distribution waveguide 51 to the lower input / output port 41 constituted by the lower coupling slot coupling the lower distribution waveguide 51 to the guide of corresponding radiating wave 26.
  • the energy of the signal transmitted via the lower coupling slot then propagates in the corresponding radiating waveguide in the opposite direction to that corresponding to the right circular polarization, that is to say in the present case , from the lower input / output port 41 towards the upper end 28 of the radiating waveguide, and then is radiated by the different radiating elements 27 etched in the front wall of said corresponding radiating waveguide of the antenna.
  • This first embodiment has several disadvantages.
  • the supply of the radiating network in the two circular polarization directions can not be symmetrical because of the positioning imbalance of the switches 30.
  • the switches 30 being positioned near the port upper input / output 40 of the radiating waveguides 26, this upper input / output port 40 is favored from the point of view of RF microwave losses.
  • the switches 30 are remote from the lower port 41 of the radiating waveguides 26, which causes additional RF losses with respect to the upper input / output port 40.
  • this first embodiment does not optimize the radiating surface of the antenna due to the size of the switches 30 which occupy the upper part of the front panel of the antenna panel, which causes a loss of directivity of the antenna which does not can occupy the entire physical surface of the panel.
  • the panel of the antenna comprises, mounted on its front face, a first radiating level having N radiating waveguides 26 arranged parallel to each other and a second distribution level having N distribution waveguides 23 arranged parallel to each other, the first radiating level being superimposed above the second distribution level, each radiating waveguide 26 being coupled to a corresponding distribution waveguide 23.
  • Each distribution waveguide 23 is separated, in the middle, at a center line L of the antenna panel, the line L being parallel to the Y axis, in two portions of the waveguide of the antenna.
  • each radiating waveguide 26 is coupled to the two half-waveguides, upper 50 and lower 51, of the corresponding distribution guide 23 via at least two coupling slots, upper and lower, arranged in the longitudinal walls superimposed each upper half distribution guide 50 and lower 51 and the corresponding radiating slot waveguide 26.
  • the first coupling slot is placed at the upper end of the radiating waveguide 26 and the second coupling slot is placed at the lower end of the radiating waveguide 26.
  • the two coupling slots, upper and lower constitute respectively the first and second input / output ports 40, 41 of the radiating waveguides 26.
  • the N radiating waveguides 26 and the N distribution waveguides 23 are closed by a transverse wall forming a short circuit at their respective two ends, upper 28 'and lower 29'.
  • the N microwave switches 30 respectively associated with the N radiating waveguides 26 are mounted on the front face of the support of the antenna panel, at the center line of the panel.
  • the antenna and at the separation wall 52 of the distribution half waveguides 50, 51, and the two outputs 34, 35 of each switch 30 are respectively connected to two corresponding inputs 36, 37 arranged in each half distribution waveguide 23, on either side of the partition wall 52 between two half-waveguides 50, 51 of the same distribution guide 23.
  • the N switches 30 can be located in a housing arranged between the support 20 of the antenna panel and the two levels of distribution waveguides and radiating waveguides.
  • the N switches 30 can be located in a housing arranged inside each distribution waveguide 23.
  • the transverse partition wall 52 of the upper and lower distribution half-waveguides is replaced by two transverse partition walls 60, 61, spaced from one another, the space between the two partition walls forming the housing in which each switch 30 is inserted.
  • Such a network supply configuration radiating through the middle of the antenna panel makes it possible, on the one hand, to symmetrize perfectly the microwave behaviors of the antenna radiating network for the two directions of circular polarization, and secondly, a complete use of the panel surface for radiation purposes.
  • the operation of the antenna is similar to that corresponding to the first embodiment.
  • a supply signal 32 applied to the microwave input 31 of the switch 30 is transmitted on the first output of the switch, for example upper 34, selected by the control signal 38.
  • the feed signal then propagates in the upper distribution half-waveguide 50 to the upper coupling slot corresponding to the upper input / output port 40 of a corresponding radiating waveguide 26.
  • the energy of the signal transmitted through the upper coupling slot then propagates in the radiating waveguide 26, from the upper input / output port 40 to the lower end 29 of the radiating waveguide, then is radiated by the different radiating elements 27 etched in the front wall of said radiating waveguide of the antenna.
  • a supply signal 32 applied to the microwave input 31 of the switch 30 is transmitted on the second output of the switch, for example lower 35, selected by the control signal 38.
  • the feed signal then propagates in the lower distribution half waveguide 51 to the lower coupling slot coupling the lower distribution half waveguide 51 to a corresponding radiating waveguide 26.
  • the energy of the signal transmitted via the lower coupling slot then propagates in the radiating waveguide 26 in the opposite direction to that corresponding to the right circular polarization, that is to say in this case, the lower input / output port 41 to the upper end 28 of the radiating waveguide, and is radiated by the various radiating elements 27 etched in the front wall of said guide radiating wave 26 of the antenna.
  • the N switches 30 being located between the support 20 of the antenna panel and the two levels of distribution waveguides and radiating waveguides, this allows to have of the entire surface of the panel for the radiating surface.
  • the N switches 30 being located in the median zone of the antenna, at the separation walls 52 of the upper and lower distribution half-waveguides, the propagation of the signals and the performance of the antenna in both directions of polarization are perfectly symmetrical.
  • This antenna configuration therefore has an advantage in terms of radiofrequency performance, directivity and gain of the antenna and makes it possible to increase the energy density radiated by the antenna without increasing its bulk, which is even more critical that the terminals are small and work in mobility.
  • switches at the center line of the antenna panel allows perfect balancing of the antenna behavior in each polarization.
  • the switches may not all be positioned in a single line and, for example, it is possible to arrange the switches in staggered rows on either side of the median line of the antenna panel, or to shift them relative to each other so as to simplify their housing within the panel of the antenna.
  • the shift of the switches can be made from the midline up the antenna panel and move closer to the upper input / output port 40 or down the antenna panel and move closer to the port of the antenna. lower input / output 41 or alternatively up and then down the antenna panel.
  • the figure 7d illustrates in particular an example in which three successive switches are shifted from the center line to the top of the antenna panel.
  • a first switch is positioned at the centerline L of the panel
  • a second switch is shifted upwardly from the panel, slightly above the centerline
  • a third switch is shifted upwardly more significantly. above the median line.
  • the shift of the switches from the center line and in the same direction, for example towards the top of the panel, can be realized on a few successive switches, for example four successive switches, then reproduced identically on the following four switches, the fifth switch being placed at the center line, and so on until the last switch.
  • each radiating element may consist of an engraved pattern comprising two identical first slots arranged in a symmetrical cross and forming an angle of 90 ° between them and two identical second slots arranged in a symmetrical chevron and forming an angle of 90 ° between them.
  • the cross and the chevron of the same pattern are engraved on both sides of a longitudinal center line of the front wall of the slotted waveguide and have a same axis of symmetry perpendicular to said median line and passing through the center of the cross. Said axis of symmetry then corresponds to the phase center of the signal radiated by the corresponding radiating element, in both right and left circular polarization directions.
  • the engraved pattern of each radiating element may comprise a square or circular geometrical shape, this geometrical shape being able to be centered or offset with respect to a median line of the waveguide radiating or can be combined with another geometric shape of slots, for example cross or chevron.
  • the circular slot is offset from the longitudinal centerline of the front wall of the radiating waveguide.
  • the square slot is also offset from the longitudinal centerline of the front wall of the radiating waveguide.
  • the waveguides used can be made in machined metal waveguide technology or in printed circuit board (PCB) technology.
  • this technology known as SIW (in English: Substrate Integrated Waveguide) or under the name of laminate (in English: laminated)
  • the waveguides are printed in a layer of dielectric located between two metal planes of a multi-layer structure, the two metal planes constituting the longitudinal front and rear walls of the waveguides, and the transverse walls of the waveguides are made by regular arrangements of metallized holes passing through the dielectric and connecting the two metal planes.
  • the radiating elements are made by a photolithography process allowing the location of the slits of the radiating pattern, locally remove the upper metal layer in the upper metal plane of each radiating waveguide.
  • the switch used may be of different technologies. The choice is made according to the space available, the acceptable losses, and the ease of interfacing with a mechanical and electrical structure.
  • the switch may be a ferrite switch which makes it possible to minimize the switching losses or an electromechanical switch, which makes it possible to minimize its bulk.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

L'antenne comporte au moins un premier réseau de N guides d'onde rayonnants (26) comportant des éléments rayonnants (27) à double sens de polarisation circulaire, un deuxième réseau de N guides d'onde de distribution (23), N commutateurs hyperfréquence (30), chaque commutateur hyperfréquence (30) comportant une entrée hyperfréquence (31), une première sortie hyperfréquence (34) reliée au premier port d'entrée/sortie supérieur (40) d'un guide d'onde rayonnant (26) par l'intermédiaire de la partie supérieure (50) d'un guide d'onde de distribution (23) et une deuxième sortie hyperfréquence (35) reliée au deuxième port d'entrée/sortie inférieur (41) du même guide d'onde rayonnant (26) par l'intermédiaire de la partie inférieure (51) du même guide d'onde de distribution (23), une entrée de commande (33) de position (1, 2) du commutateur (30) apte à commuter l'entrée hyperfréquence (31) du commutateur (30) sur la première ou la deuxième sortie hyperfréquence (34, 35) en fonction du sens de la polarisation circulaire.

Description

  • La présente invention concerne une antenne plane pour terminal fonctionnant en double polarisation circulaire, un terminal aéroporté et un système de télécommunication par satellite comportant au moins une telle antenne. Elle s'applique notamment au domaine des télécommunications par satellite à haut débit et plus particulièrement aux configurations comportant des systèmes à satellite multi-spots fonctionnant dans une bande de fréquences Ku, K ou Ka, l'antenne pouvant être montée sur un terminal aéroporté à bord d'un avion, d'un hélicoptère ou d'un drone.
  • Il existe de nombreux systèmes de télécommunications par satellite déployés ou en cours de déploiement qui fonctionnent dans les bandes de fréquences Ku, K ou Ka. Dans le cas d'un terminal aéroporté, les dimensions maximales admissibles pour le système d'antennes d'émission et de réception et notamment le rapport de sa hauteur sur son diamètre maximal, sont limitées par les contraintes aérodynamiques, par des paramètres liés à la trainée de pression aérodynamique, ainsi que par les interfaces disponibles sur le véhicule porteur et la masse globale du système aéroporté.
  • Dans le cas d'une utilisation du terminal via un système satellitaire multi-spots fonctionnant en polarisation circulaire, le terminal aéroporté peut, en raison de sa mobilité, devoir changer de spot durant sa mission pour acheminer des signaux de télécommunications en direction de différentes zones géographiques fixes au sol. Ce mécanisme appelé « hand over inter-spots» (en anglais), se produit lorsque le terminal mobile survole une zone géographique couverte par deux spots différents adjacents.
  • Lors du changement de spot, la polarisation circulaire définie pour les spots couvrant différentes zones géographiques peut en outre changer de sens, c'est-à-dire passer d'une polarisation circulaire gauche à une polarisation circulaire droite ou l'inverse. Dans ce cas, il est nécessaire que le terminal soit capable de modifier la polarisation de l'antenne en même temps qu'il réalise le changement de spot, cette modification pouvant être réalisée de préférence de manière automatique, sans intervention mécanique, ni humaine.
  • Il est connu de réaliser une antenne comportant un panneau rayonnant fonctionnant en polarisation circulaire en utilisant des guides d'onde métalliques rectangulaires à fentes rayonnantes linéaires, alimentés en phase et fonctionnant en polarisation linéaire, les guides d'onde étant associés à un radôme de polarisation ou à une grille polarisante placée en avant de ce panneau. Cependant, le fait d'utiliser une structure additionnelle pour obtenir la polarisation circulaire ne permet pas d'assurer le changement de polarisation lors du changement de spot.
  • Il est également connu d'utiliser une antenne comportant un panneau rayonnant comportant une pluralité d'éléments rayonnants constitués de patchs métalliques gravés sur un substrat multi-couches et alimentés en polarisation circulaire. Les patchs sont disposés en colonnes, les patchs d'une même colonne étant mis en série. La polarisation circulaire est obtenue en excitant chaque patch par deux signaux en quadrature de phase, c'est-à-dire déphasés de 90°, et de même amplitude. Suivant le signe du déphasage, la polarisation circulaire est droite ou gauche. Cependant, les patchs étant déposés sur des substrats diélectriques, le défaut principal de cette technologie est son rendement médiocre dû aux pertes dans les diélectriques et dans les surfaces conductrices, le rendement diminuant lorsque le nombre de patchs dans chaque colonne augmente.
  • Il est également connu de réaliser un guide d'onde comportant des éléments rayonnants arrangés selon un motif périodique et permettant d'obtenir une polarisation circulaire sans utiliser une grille polarisante. Chaque élément rayonnant est constitué de deux fentes rayonnantes en quadrature de phase, les deux fentes rayonnantes étant disposées en chevron et formant un angle d'environ 90° entre elles. Deux éléments rayonnants adjacents sont espacés d'une distance d'environ une longueur d'onde. Ce guide d'onde est optimisé pour fonctionner dans un seul sens de propagation des ondes et donc dans un seul sens de polarisation circulaire. Il présente donc un problème de symétrie de fonctionnement et des caractéristiques de rayonnement inacceptables pour une application en double polarisation circulaire.
  • Le but de l'invention est de réaliser une antenne pour terminal fonctionnant en double polarisation circulaire ne comportant pas de grille polarisante, ayant un bon rendement, comportant un diagramme de rayonnement quasiment identique dans les deux sens de polarisation circulaire, droit et gauche, permettant un changement de sens de polarisation sans dissymétrie de fonctionnement et capable de commuter d'un faisceau à un autre quel que soit le sens de polarisation desdits faisceaux.
  • Pour cela, l'invention concerne une antenne plane pour terminal fonctionnant en double polarisation circulaire, comportant au moins un panneau s'étendant selon un plan XY, le panneau de l'antenne comportant :
    • un premier réseau de N guides d'onde rayonnants comportant des éléments rayonnants à double sens de polarisation circulaire, où N est un nombre entier supérieur à 1, chaque guide d'onde rayonnant comportant deux ports d'entrée/sortie, respectivement supérieur et inférieur,
    • un deuxième réseau de N guides d'onde de distribution respectivement couplés aux N guides d'onde rayonnants, chaque guide d'onde de distribution comportant deux parties indépendantes, respectivement supérieure et inférieure,
    • N commutateurs hyperfréquence, chaque commutateur hyperfréquence comportant une entrée hyperfréquence, une première sortie hyperfréquence reliée au premier port d'entrée/sortie supérieur d'un guide d'onde rayonnant par l'intermédiaire de la partie supérieure d'un guide d'onde de distribution couplé au guide d'onde rayonnant et une deuxième sortie hyperfréquence reliée au deuxième port d'entrée/sortie inférieur du même guide d'onde rayonnant par l'intermédiaire de la partie inférieure du même guide d'onde de distribution couplé au guide d'onde rayonnant, une entrée de commande de position du commutateur apte à commuter l'entrée hyperfréquence du commutateur sur la première ou la deuxième sortie hyperfréquence en fonction du sens de la polarisation circulaire.
  • Avantageusement, chaque guide d'onde rayonnant équipé des éléments rayonnants et des deux ports d'entrée/sortie est symétrique.
  • Avantageusement, chaque guide d'onde de distribution comporte au moins une paroi transversale de séparation des deux parties du guide d'onde de distribution, la partie supérieure et la partie inférieure d'un même guide d'onde de distribution étant couplées à un même guide d'onde rayonnant respectivement par l'intermédiaire d'une première fente de couplage constituant le port d'entrée/sortie supérieur et par l'intermédiaire d'une deuxième fente de couplage constituant le port d'entrée/sortie inférieur.
  • De préférence, les ports d'entrée/sortie supérieurs sont positionnés à une extrémité supérieure des guides d'onde rayonnants et en ce que les ports d'entrée/sortie inférieurs sont positionnés à une extrémité inférieure des guides d'onde rayonnants.
  • Selon un premier mode de réalisation, les commutateurs sont positionnés sur le panneau de l'antenne au niveau des ports d'entrée/sortie supérieurs des guides d'onde rayonnants.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, les commutateurs sont positionnés sur le panneau de l'antenne, au niveau d'une ligne médiane L du panneau de l'antenne, à égale distance des ports d'entrée/sortie supérieurs et inférieurs des guides d'onde rayonnants.
  • Avantageusement, les deux parties supérieure et inférieure d'un même guide d'onde de distribution sont identiques et disposées symétriquement de part et d'autre de la ligne médiane L.
  • Alternativement, les commutateurs peuvent être décalés les uns par rapport aux autres sur le panneau de l'antenne.
  • Selon une variante de réalisation, chaque guide d'onde de distribution comporte deux parois de séparation disposées de part et d'autre de la ligne médiane L et chaque commutateur est monté dans un guide d'onde de distribution respectif entre les deux parois.
  • Avantageusement, les N guides d'onde rayonnants forment N lignes rayonnantes disposées parallèlement les unes à côté des autres, chaque guide d'onde rayonnant s'étendant selon une direction longitudinale X, ayant une largeur P correspondant au pas du réseau selon une direction Y et ayant une section transversale YZ rectangulaire.
  • De préférence, les éléments rayonnants de chaque guide d'onde rayonnant sont alignés, gravés périodiquement et régulièrement espacés d'une même distance D selon la direction longitudinale X du guide d'onde rayonnant, chaque élément rayonnant étant constitué d'une ou plusieurs fentes rayonnantes gravées selon un motif géométrique rayonnant directement en double polarisation circulaire.
  • Avantageusement, le motif gravé de chaque élément rayonnant a une forme choisie parmi un cercle, un carré ou une combinaison d'une croix et d'un chevron symétrique.
  • L'invention concerne aussi un terminal aéroporté et un système de télécommunication par satellite comportant au moins une telle antenne plane.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés qui représentent :
    • figure 1a : un schéma en perspective d'un exemple d'antenne comportant deux panneaux rayonnants, selon l'invention ;
    • figure 1b : un schéma illustrant les différents mouvements de rotation d'un panneau de l'antenne, selon l'invention ;
    • figure 2a : un schéma en perspective, d'un exemple de panneau rayonnant d'une antenne, selon un premier mode de réalisation de l'invention;
    • figure 2b : une vue schématique partielle de la partie supérieure du panneau rayonnant, selon le premier mode de réalisation de l'invention;
    • figures 3a, 3b : deux vues schématiques partielles de détail montrant un exemple de couplage entre le niveau de guides d'onde rayonnants et le niveau de guides d'onde de distribution, selon l'invention;
    • figure 4: un exemple schématique d'un commutateur hyperfréquence, selon l'invention ;
    • figures 5a, 5b : deux schémas illustrant l'acheminement d'un signal d'alimentation entre un commutateur hyperfréquence et un guide d'onde rayonnant, pour un premier sens, respectivement pour un deuxième sens, de polarisation circulaire, selon le premier mode de réalisation de l'invention;
    • figure 6a : un schéma en perspective, d'un exemple de panneau rayonnant d'une antenne, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention;
    • figure 6b : une vue schématique partielle de la partie médiane du panneau rayonnant, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention;
    • figures 7a, 7b : deux schémas illustrant l'acheminement d'un signal d'alimentation entre un commutateur hyperfréquence et un guide d'onde rayonnant, pour un premier sens, respectivement pour un deuxième sens, de polarisation circulaire, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention;
    • figure 7c : un schéma illustrant le montage d'un commutateur dans un guide d'onde de distribution, entre deux parois de séparation, selon l'invention ;
    • figure 7d : un schéma illustrant une variante d'implantation des commutateurs par rapport à la ligne médiane du panneau de l'antenne, selon l'invention ;
    • figures 8a, 8b : deux vues schématiques, respectivement en perspective et de face, d'un premier exemple de motif gravé pour un élément rayonnant apte à fonctionner en polarisation circulaire droite et gauche, selon l'invention ;
    • figure 8c : une vue en perspective d'un premier exemple de guide rayonnant équipé de plusieurs éléments rayonnants dont le motif gravé correspond à celui de la figure 8a, selon l'invention ;
    • figure 9: une vue schématique en perspective d'un deuxième exemple de motif gravé pour un élément rayonnant apte à fonctionner en polarisation circulaire droite et gauche, selon l'invention,
    • figure 10a : une vue schématique en perspective, d'un troisième exemple de motif gravé pour un élément rayonnant apte à fonctionner en polarisation circulaire droite et gauche, selon l'invention ;
    • figure 10b : une vue en perspective d'un deuxième exemple de guide rayonnant équipé de plusieurs éléments rayonnants dont le motif gravé correspond à celui de la figure 10a, selon l'invention.
  • La figure 1a montre un exemple d'antenne pouvant être montée sur un terminal aéroporté. L'antenne comporte un premier panneau 10 comportant une première surface rayonnante fonctionnant en émission TX et un deuxième panneau 11 comportant une deuxième surface rayonnante fonctionnant en réception RX, les deux panneaux 10, 11 de l'antenne étant montés sur une plate-forme azimutale commune 12, actionnée en rotation autour d'un axe central azimutal 17 par un premier moteur 13. Chaque panneau 10, 11 de l'antenne est en outre actionné en rotation autour d'un premier, respectivement d'un deuxième, axe d'élévation 18 par un deuxième, respectivement par un troisième, moteur 14, 15. Chaque panneau 10, 11 est une antenne active sur un axe de dépointage électronique, par exemple horizontal, et réalise donc un balayage 16 électronique des faisceaux selon cet axe de dépointage. La figure 1b sur laquelle est représenté un seul panneau, illustre les différents mouvements de rotation de chaque panneau de l'antenne.
  • Les figures 2a et 2b sont deux schémas en perspective d'un exemple de réalisation d'un panneau d'une antenne, selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le panneau de l'antenne comporte un support 20 comportant une face avant plane, disposée parallèlement à un plan XY, sur laquelle est fixé un réseau rayonnant 21 et une face arrière, opposée à la face avant, sur laquelle est fixée une carte électronique 22 comportant des dispositifs actifs de commande et de contrôle du fonctionnement du réseau rayonnant 21. Des passages sont aménagés dans le support 20 et des interfaces de transition sont disposées entre le support 20 et le réseau rayonnant 21 de l'antenne pour permettre aux signaux de commande, de contrôle et d'alimentation de l'antenne de traverser le support et pour assurer les liaisons entre les dispositifs actifs et le réseau rayonnant. Le support 20 peut comporter des moyens de refroidissement, tels que des caloducs 25, permettant de dissiper la chaleur des dispositifs actifs du panneau.
  • Le réseau rayonnant 21 comporte un premier niveau rayonnant constitué d'un réseau de N guides d'onde rayonnants 26, où N est un nombre entier supérieur à 1, disposés parallèlement les uns à côté des autres et un deuxième niveau de distribution comportant un réseau de N guides d'onde de distribution 23 disposés parallèlement les uns à côté des autres, le premier niveau rayonnant étant superposé au-dessus du deuxième niveau de distribution. Chaque guide d'onde rayonnant 26 est couplé à un guide d'onde de distribution 23 qui lui est dédié, par l'intermédiaire d'au moins deux fentes de couplage constituant des ports d'entrée/sortie 40, 41, du guide d'onde rayonnant, comme représenté par exemple sur les figures 3a et 3b et sur les figures 5a et 5b.
  • Les N guides d'onde rayonnants 26 forment N lignes rayonnantes disposées parallèlement les unes à côté des autres, chaque guide d'onde rayonnant 26 du réseau rayonnant 21 s'étendant selon une direction longitudinale X, ayant une largeur P correspondant au pas du réseau selon une direction Y et ayant une section transversale YZ rectangulaire. Chaque guide d'onde rayonnant 26 comporte une paroi avant longitudinale constituant une face rayonnante du guide, une paroi arrière longitudinale opposée à la face avant, et deux parois transversales, l'ensemble des faces rayonnantes des N guides d'onde formant une surface rayonnante du panneau de l'antenne. La paroi avant de chaque guide d'onde rayonnant 26 comporte plusieurs éléments rayonnants 27 alignés, gravés périodiquement et régulièrement espacés d'une même distance D selon la direction longitudinale X du guide d'onde. Chaque élément rayonnant 27 est constitué d'une ou plusieurs fentes rayonnantes gravées dans la paroi supérieure du guide d'onde selon un motif géométrique préalablement choisi. Chaque guide d'onde rayonnant 26 comporte un premier port d'entrée/sortie 40 constitué par une première fente de couplage et un deuxième port d'entrée/sortie 41 constitué par une deuxième fente de couplage, un signal d'alimentation du guide d'onde rayonnant 26 pouvant être appliqué soit sur le premier port d'entrée/sortie 40 pour obtenir un rayonnement selon un premier sens de polarisation circulaire, par exemple circulaire droit, soit sur le deuxième port d'entrée/sortie 41 pour obtenir un rayonnement selon un deuxième sens de polarisation circulaire, par exemple circulaire gauche. Les éléments rayonnants 27 choisis sont aptes à rayonner directement en double polarisation circulaire, sans ajout d'une grille polarisante, le sens de la polarisation circulaire dépendant du sens d'alimentation du guide d'onde rayonnant 26. Le premier port d'entrée/sortie 40 peut être disposé par exemple à une extrémité supérieure 28 du guide d'onde rayonnant 26 et le deuxième port d'entrée/sortie 41 peut être situé par exemple à une extrémité inférieure 29 du guide d'onde rayonnant 26. Pour que les rayonnements émis dans les deux sens de polarisation soient symétriques, chaque guide d'onde rayonnant 26 équipé des éléments rayonnants 27 est de préférence symétrique par rapport aux deux ports d'entrée/sortie 40, 41.
  • Comme représenté partiellement sur les figures 3a et 3b, les fentes de couplage correspondant aux ports d'entrée/sortie 40, 41 sont aménagées dans les parois longitudinales superposées de chaque guide d'onde de distribution 23 et de chaque guide d'onde à fentes rayonnantes 26 correspondants. La première fente de couplage constituant le premier port d'entrée/sortie 40 est placée à l'extrémité supérieure 28 du guide d'onde rayonnant 26 et la deuxième fente de couplage constituant le deuxième port d'entrée/sortie 41 est placée à l'extrémité inférieure 29 du guide d'onde rayonnant 26. Chaque guide d'onde rayonnant est alimenté par l'intermédiaire d'un guide d'onde de distribution 23 correspondant et par l'intermédiaire soit de la fente de couplage supérieure correspondant au port 40, soit de la fente de couplage inférieure correspondant au port 41, selon le sens de la polarisation circulaire sélectionné.
  • Le sens d'alimentation de chaque guide d'onde rayonnant 26 est sélectionné par l'intermédiaire d'un commutateur hyperfréquence 30 dédié dont un exemple est représenté schématiquement sur la figure 4, le nombre N de commutateurs étant égal au nombre N de guides d'onde rayonnants. Chaque commutateur hyperfréquence 30 comporte une entrée hyperfréquence 31 destinée à recevoir un signal d'alimentation hyperfréquence 32, une entrée de commande 33 destinée à recevoir un signal de commande 38 de sélection du sens de la polarisation, une première sortie 34 destinée à délivrer le signal d'alimentation à un premier port d'entrée/sortie 36 d'un guide de distribution 23, et une deuxième sortie 35 destinée à délivrer le signal d'alimentation à un deuxième port d'entrée/sortie 37 d'un guide de distribution 23. Les deux sorties 34, 35 du commutateur hyperfréquence 30 sont respectivement reliées, par l'intermédiaire de moyens de transitions non représentés, aux premier et deuxième ports d'entrée/sortie 36, 37 d'un guide de distribution. Selon le sens, droit ou gauche, de polarisation souhaité, le signal de commande de la polarisation appliqué sur l'entrée de commande 33 du commutateur hyperfréquence 30 sélectionne la position 1, 2 du commutateur 30 et relie l'entrée hyperfréquence 31 du commutateur 30 à la première sortie 34 ou à la deuxième sortie 35 du commutateur 30. Un signal d'alimentation hyperfréquence 32 appliqué sur l'entrée hyperfréquence 31 du commutateur 30 est alors transmis soit au premier port d'entrée/sortie 36, soit au deuxième port d'entrée/sortie 37, du guide de distribution auquel le commutateur 30 est relié, selon la position 1, 2 du commutateur 30 sélectionnée.
  • Selon le premier mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 2a et 2b, les N commutateurs 30 associés respectivement aux N guides de distribution 23 et aux N guides d'onde rayonnants 26 sont montés sur la face avant du support 20, dans un logement 24 aménagé dans une partie supérieure du panneau de l'antenne. Comme représenté schématiquement sur les figures 5a et 5b, le guide d'onde de distribution 23 comporte deux parties de guide, supérieure 50 et inférieure 51, distinctes séparées par une paroi interne transversale 52, chaque partie 50, 51 de guide de distribution étant respectivement couplée au guide d'onde rayonnant 26 correspondant par l'intermédiaire soit de la fente de couplage supérieure correspondant au premier port d'entrée/sortie 40, soit de la fente de couplage inférieure correspondant au deuxième port d'entrée/sortie 41. Dans ce premier mode de réalisation, la paroi interne transversale 52 est disposée près de l'extrémité supérieure 28 du guide rayonnant 26, juste en aval de la fente de couplage supérieure. Les deux parties supérieure 50 et inférieure 51 du guide de distribution 23 ont donc des longueurs très différentes. La première sortie 34 du commutateur 30 est connectée au premier port d'entrée/sortie supérieur 40 d'un guide d'onde rayonnant 26 par l'intermédiaire de la partie supérieure 50 du guide de distribution 23. La deuxième sortie 35 du commutateur 30 est connectée au deuxième port d'entrée/sortie inférieur 41 du même guide d'onde rayonnant 26 par l'intermédiaire de la partie inférieure 51 du guide de distribution 23.
  • Dans un premier sens de polarisation circulaire, par exemple droit, un signal d'alimentation appliqué sur l'entrée hyperfréquence du commutateur 30 est transmis sur la première sortie du commutateur 30, par exemple supérieure 34, sélectionnée par le signal 38 de commande de position du commutateur 30 et appliqué sur le port d'entrée/sortie supérieur 40 d'un guide d'onde rayonnant 26 par l'intermédiaire de la partie supérieure 50 d'un guide d'onde de distribution 23 correspondant auquel le commutateur 30 est relié. L'énergie du signal se propage ensuite dans le guide d'onde rayonnant 26, du port supérieur 40 vers l'extrémité inférieure 29 du guide d'onde rayonnant 26, puis est rayonnée par les différents éléments rayonnants 27 gravés dans la paroi avant dudit guide d'onde rayonnant 26 correspondant de l'antenne.
  • Dans un deuxième sens de polarisation circulaire, par exemple gauche, un signal d'alimentation 32 appliqué sur l'entrée hyperfréquence 31 du commutateur 30 est transmis sur la deuxième sortie du commutateur, par exemple inférieure 35, sélectionnée par le signal 38 de commande de position du commutateur et appliqué sur l'entrée de la partie inférieure du guide d'onde de distribution 51 auquel le commutateur 30 est relié. Le signal d'alimentation se propage alors dans le guide d'onde de distribution inférieur 51 jusqu'au port d'entrée/sortie inférieur 41 constitué par la fente de couplage inférieure couplant le guide d'onde de distribution inférieur 51 au guide d'onde rayonnant 26 correspondant. L'énergie du signal transmise par l'intermédiaire de la fente de couplage inférieure se propage ensuite dans le guide d'onde rayonnant correspondant en sens inverse de celui correspondant à la polarisation circulaire droite, c'est-à-dire dans le cas présent, du port d'entrée/sortie inférieur 41 vers l'extrémité supérieure 28 du guide d'onde rayonnant, puis est rayonnée par les différents éléments rayonnants 27 gravés dans la paroi avant dudit guide d'onde rayonnant correspondant de l'antenne.
  • Ce premier mode de réalisation présente plusieurs inconvénients. D'une part, l'alimentation du réseau rayonnant dans les deux sens de polarisation circulaire ne peut pas être symétrique en raison du déséquilibre de positionnement des commutateurs 30. En effet, les commutateurs 30 étant positionnés à proximité du port d'entrée/sortie supérieur 40 des guides d'onde rayonnants 26, ce port d'entrée/sortie supérieur 40 est favorisé du point de vue des pertes hyperfréquences RF. Au contraire, les commutateurs 30 sont éloignés du port inférieur 41 des guides d'onde rayonnants 26 ce qui entraîne des pertes hyperfréquences RF additionnelles par rapport au port d'entrée/sortie supérieur 40. D'autre part, ce premier mode de réalisation ne permet pas d'optimiser la surface rayonnante de l'antenne en raison de l'encombrement des commutateurs 30 qui occupent la partie supérieure de la face avant du panneau de l'antenne, ce qui provoque une perte de directivité de l'antenne qui ne peut occuper toute la surface physique du panneau.
  • Selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention représenté sur les figures 6a et 6b, le panneau de l'antenne comporte, monté sur sa face avant, un premier niveau rayonnant comportant N guides d'onde rayonnants 26 disposés parallèlement les uns à côté des autres et un deuxième niveau de distribution comportant N guides d'onde de distribution 23 disposés parallèlement les uns à côté des autres, le premier niveau rayonnant étant superposé au-dessus du deuxième niveau de distribution, chaque guide d'onde rayonnant 26 étant couplé à un guide d'onde de distribution 23 correspondant. Chaque guide d'onde de distribution 23 est séparé, en son milieu, au niveau d'une ligne médiane L du panneau de l'antenne, la ligne L étant parallèle à l'axe Y, en deux parties de guides d'onde de distribution, respectivement supérieure 50 et inférieure 51, par exemple au moyen d'une paroi de séparation transversale 52 s'étendant à l'intérieur du guide d'onde de distribution 23 et formant un court-circuit avec les parois du guide d'onde de distribution 23. Dans ce deuxième mode de réalisation, les deux parties, supérieure 50 et inférieure 51, constituent deux demi-guides d'onde de distribution identiques et indépendants entre eux. Comme représenté partiellement sur les figures 6a et 6b, chaque guide d'onde rayonnant 26 est couplé aux deux demi-guides d'onde, supérieur 50 et inférieur 51, du guide de distribution 23 correspondant par l'intermédiaire d'au moins deux fentes de couplage, supérieure et inférieure, aménagées dans les parois longitudinales superposées de chaque demi-guide de distribution supérieur 50 et inférieur 51 et du guide d'onde à fentes rayonnantes 26 correspondants. La première fente de couplage est placée à l'extrémité supérieure du guide d'onde rayonnant 26 et la deuxième fente de couplage est placée à l'extrémité inférieure du guide d'onde rayonnant 26. Les deux fentes de couplage, supérieure et inférieure constituent respectivement les premier et deuxième ports d'entrée/sortie 40, 41 des guides d'onde rayonnants 26. Les N guides d'onde rayonnants 26 et les N guides d'onde de distribution 23 sont fermés par une paroi transversale formant un court-circuit à leurs deux extrémités respectives, supérieure 28' et inférieure 29'.
  • Selon ce deuxième mode de réalisation de l'invention, les N commutateurs hyperfréquences 30 associés respectivement aux N guides d'onde rayonnants 26 sont montés sur la face avant du support du panneau de l'antenne, au niveau de la ligne médiane du panneau de l'antenne et au niveau de la paroi de séparation 52 des demi-guides d'onde de distribution 50, 51, et les deux sorties 34, 35 de chaque commutateur 30 sont respectivement reliées à deux entrées correspondantes 36, 37 aménagées dans chaque demi-guide d'onde de distribution 23, de part et d'autre de la paroi de séparation 52 entre deux demi-guides d'onde 50, 51 d'un même guide de distribution 23. Les N commutateurs 30 peuvent être localisés dans un logement aménagé entre le support 20 du panneau de l'antenne et les deux niveaux de guides d'onde de distribution et de guides d'onde rayonnants.
  • Alternativement, comme représenté schématiquement sur la figure 7c, les N commutateurs 30 peuvent être localisés dans un logement aménagé à l'intérieur de chaque guide d'onde de distribution 23. Dans ce cas, la paroi de séparation transversale 52 des demi-guides d'onde de distribution supérieur et inférieur est remplacée par deux parois de séparation transversales 60, 61, espacées l'une de l'autre, l'espace entre les deux parois de séparation formant le logement dans lequel est inséré chaque commutateur 30.
  • Une telle configuration d'alimentation du réseau rayonnant par le milieu du panneau de l'antenne permet d'une part, de symétriser parfaitement les comportements hyperfréquences du réseau rayonnant de l'antenne pour les deux sens de polarisation circulaire, et d'autre part, une utilisation complète de la surface du panneau à des fins de rayonnement.
  • Comme représenté schématiquement sur les figures 7a et 7b, le fonctionnement de l'antenne est similaire à celui correspondant au premier mode de réalisation. Dans un premier sens de polarisation circulaire, par exemple droit, un signal d'alimentation 32 appliqué sur l'entrée hyperfréquence 31 du commutateur 30 est transmis sur la première sortie du commutateur, par exemple supérieure 34, sélectionnée par le signal 38 de commande de position du commutateur 30 et appliqué sur l'entrée 36 du demi-guide d'onde de distribution supérieur 50 auquel le commutateur 30 est relié. Le signal d'alimentation se propage alors dans le demi-guide d'onde de distribution supérieur 50 jusqu'à la fente de couplage supérieure correspondant au port d'entrée/sortie supérieur 40 d'un guide d'onde rayonnant 26 correspondant. L'énergie du signal transmise par l'intermédiaire de la fente de couplage supérieure se propage ensuite dans le guide d'onde rayonnant 26, du port d'entrée/sortie supérieur 40 vers l'extrémité inférieure 29 du guide d'onde rayonnant, puis est rayonnée par les différents éléments rayonnants 27 gravés dans la paroi avant dudit guide d'onde rayonnant de l'antenne.
  • Dans un deuxième sens de polarisation circulaire, par exemple gauche, un signal d'alimentation 32 appliqué sur l'entrée hyperfréquence 31 du commutateur 30 est transmis sur la deuxième sortie du commutateur, par exemple inférieure 35, sélectionnée par le signal 38 de commande de position du commutateur et appliqué sur l'entrée 37 du demi-guide d'onde de distribution inférieur 51 auquel le commutateur 30 est relié. Le signal d'alimentation se propage alors dans le demi-guide d'onde de distribution inférieur 51 jusqu'à la fente de couplage inférieure couplant le demi-guide d'onde de distribution inférieur 51 à un guide d'onde rayonnant 26 correspondant. L'énergie du signal transmise par l'intermédiaire de la fente de couplage inférieure se propage ensuite dans le guide d'onde rayonnant 26 en sens inverse de celui correspondant à la polarisation circulaire droite, c'est-à-dire dans le cas présent, du port d'entrée/sortie inférieur 41 vers l'extrémité supérieure 28 du guide d'onde rayonnant, puis est rayonnée par les différents éléments rayonnants 27 gravés dans la paroi avant dudit guide d'onde rayonnant 26 de l'antenne.
  • Dans ce second mode de réalisation de l'invention, les N commutateurs 30 étant localisés entre le support 20 du panneau de l'antenne et les deux niveaux de guides d'onde de distribution et de guides d'onde rayonnants, cela permet de disposer de la totalité de la surface du panneau pour la surface rayonnante. En outre, les N commutateurs 30 étant localisés dans la zone médiane de l'antenne, au niveau des parois de séparation 52 des demi-guides d'onde de distribution, supérieurs et inférieurs, la propagation des signaux et les performances de l'antenne dans les deux sens de polarisation sont parfaitement symétriques. Cette configuration d'antenne présente donc un avantage au niveau des performances radiofréquence, de la directivité et du gain de l'antenne et permet d'augmenter la densité d'énergie rayonnée par l'antenne sans augmenter son encombrement, ce qui est d'autant plus critique que les terminaux sont de petites tailles et fonctionnent en mobilité.
  • Le montage des commutateurs au niveau de la ligne médiane du panneau de l'antenne permet un équilibrage parfait des comportements de l'antenne selon chacune des polarisations. Cependant, pour des raisons d'implantation ou d'encombrement, d'autres aménagements des différents commutateurs sont possibles. En particulier, les commutateurs peuvent ne pas être tous positionnés selon une même ligne et, par exemple, il est possible de disposer les commutateurs en quinconce de part et d'autre de la ligne médiane du panneau de l'antenne, ou de les décaler les uns par rapport aux autres de façon à simplifier leur logement au sein du panneau de l'antenne. Le décalage des commutateurs peut être réalisé à partir de la ligne médiane vers le haut du panneau de l'antenne et se rapprocher du port d'entrée/sortie supérieur 40 ou vers le bas du panneau de l'antenne et se rapprocher du port d'entrée/sortie inférieur 41 ou alternativement vers le haut puis vers le bas du panneau de l'antenne.
  • La figure 7d illustre notamment un exemple dans lequel trois commutateurs successifs sont décalés à partir de la ligne médiane vers le haut du panneau de l'antenne. Ainsi, un premier commutateur est positionné au niveau de la ligne médiane L du panneau, un deuxième commutateur est décalé vers le haut du panneau, légèrement au-dessus de la ligne médiane et un troisième commutateur est décalé vers le haut de façon plus importante, au-dessus de la ligne médiane.
  • Le décalage des commutateurs à partir de la ligne médiane et dans un même sens, par exemple vers le haut du panneau, peut être réalisé sur quelques commutateurs successifs, par exemple quatre commutateurs successifs, puis reproduit à l'identique sur les quatre commutateurs suivants, le cinquième commutateur étant placé au niveau de la ligne médiane, et ainsi de suite jusqu'au dernier commutateur.
  • Le motif des éléments rayonnants 27 gravés doit avoir une géométrie permettant un rayonnement en double polarisation circulaire sans ajout de grille polarisante. Différentes géométries sont possibles. Selon un premier exemple de géométrie représenté sur les figures 8a à 8c, chaque élément rayonnant peut être constitué d'un motif gravé comportant deux premières fentes identiques disposées en croix symétrique et formant un angle de 90° entre elles et de deux secondes fentes identiques disposées en chevron symétrique et formant un angle de 90° entre elles. La croix et le chevron d'un même motif sont gravés de part et d'autre d'une ligne médiane longitudinale de la paroi avant du guide d'onde à fentes et ont un même axe de symétrie perpendiculaire à ladite ligne médiane et passant par le centre de la croix. Ledit axe de symétrie correspond alors au centre de phase du signal rayonné par l'élément rayonnant correspondant, dans les deux sens de polarisation circulaire droit et gauche.
  • Alternativement, selon des deuxième et troisième exemples de géométrie représentés respectivement sur les figures 9, 10a et 10b, le motif gravé de chaque élément rayonnant peut comporter une forme géométrique carrée ou circulaire, cette forme géométrique pouvant être centrée ou décalée par rapport à une ligne médiane du guide d'onde rayonnant ou pouvant être combinée avec une autre forme géométrique de fentes, par exemple en croix ou en chevron. Sur la figure 9, la fente circulaire est décalée par rapport à la ligne médiane longitudinale de la paroi avant du guide d'onde rayonnant. Sur la figure 10a, la fente carrée est également décalée par rapport à la ligne médiane longitudinale de la paroi avant du guide d'onde rayonnant.
  • Les guides d'onde utilisés peuvent être réalisés en technologie des guides d'onde métalliques usinés ou en technologie des cartes de circuits imprimés PCB (en anglais Printed Circuit Board). Selon cette technologie, connue sous le nom SIW (en anglais : Substrate Integrated Waveguide) ou sous le nom de laminé (en anglais : laminated), les guides d'ondes sont imprimés dans une couche de diélectrique située entre deux plans métalliques d'une structure multi-couches, les deux plans métalliques constituant les parois longitudinales avant et arrière des guides d'ondes, et les parois transversales des guides d'onde sont réalisées par des arrangements réguliers de trous métallisés traversant le diélectrique et reliant les deux plans métalliques. Dans ce cas, les éléments rayonnants sont réalisés par un procédé de photolithographie permettant à l'endroit des fentes du motif rayonnant, de retirer localement la couche métallique supérieure dans le plan métallique supérieur de chaque guide d'onde rayonnant.
  • Le commutateur utilisé peut être de différentes technologies. Le choix est réalisé en fonction de l'encombrement disponible, des pertes acceptables, et de la facilité d'interfaçage avec une structure mécanique et électrique. A titre d'exemple non limitatif le commutateur peut être un commutateur à ferrites ce qui permet de minimiser les pertes de commutation ou un commutateur électromécanique ce qui permet de minimiser son encombrement.
  • Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (14)

  1. Antenne plane pour terminal fonctionnant en double polarisation circulaire, comportant au moins un panneau s'étendant selon un plan XY, caractérisée en ce que le panneau de l'antenne comporte :
    - un premier réseau de N guides d'onde rayonnants (26) comportant des éléments rayonnants (27) à double sens de polarisation circulaire, où N est un nombre entier supérieur à 1, chaque guide d'onde rayonnant (26) comportant deux ports d'entrée/sortie, respectivement supérieur (40) et inférieur (41),
    - un deuxième réseau de N guides d'onde de distribution (23) respectivement couplés aux N guides d'onde rayonnants (26), chaque guide d'onde de distribution (23) comportant deux parties indépendantes, respectivement supérieure (50) et inférieure (51),
    - N commutateurs hyperfréquence (30), chaque commutateur hyperfréquence (30) comportant une entrée hyperfréquence (31), une première sortie hyperfréquence (34) reliée au premier port d'entrée/sortie supérieur (40) d'un guide d'onde rayonnant (26) par l'intermédiaire de la partie supérieure (50) d'un guide d'onde de distribution (23) couplé au guide d'onde rayonnant (26) et une deuxième sortie hyperfréquence (35) reliée au deuxième port d'entrée/sortie inférieur (41) du même guide d'onde rayonnant (26) par l'intermédiaire de la partie inférieure (51) du même guide d'onde de distribution (23) couplé au guide d'onde rayonnant (26), une entrée de commande (33) de position (1, 2) du commutateur (30) apte à commuter l'entrée hyperfréquence (31) du commutateur (30) sur la première ou la deuxième sortie hyperfréquence (34, 35) en fonction du sens de la polarisation circulaire.
  2. Antenne plane selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque guide d'onde rayonnant (26) équipé des éléments rayonnants (27) et des deux ports d'entrée/sortie est symétrique.
  3. Antenne plane selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque guide d'onde de distribution (23) comporte au moins une paroi transversale (52) de séparation des deux parties du guide d'onde de distribution (50, 51), la partie supérieure (50) et la partie inférieure (51) d'un même guide d'onde de distribution (23) étant couplées à un même guide d'onde rayonnant (26) respectivement par l'intermédiaire d'une première fente de couplage constituant le port d'entrée/sortie supérieur (40) et par l'intermédiaire d'une deuxième fente de couplage constituant le port d'entrée/sortie inférieur (41).
  4. Antenne plane selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ports d'entrée/sortie supérieurs (40) sont positionnés à une extrémité supérieure (28) des guides d'onde rayonnants (26) et en ce que les ports d'entrée/sortie inférieurs (41) sont positionnés à une extrémité inférieure (29) des guides d'onde rayonnants (26).
  5. Antenne plane selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les commutateurs (30) sont positionnés sur le panneau de l'antenne au niveau des ports d'entrée/sortie supérieurs (40) des guides d'onde rayonnants (26).
  6. Antenne plane selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les commutateurs (30) sont positionnés sur le panneau de l'antenne, au niveau d'une ligne médiane L du panneau de l'antenne, à égale distance des ports d'entrée/sortie supérieurs (40) et inférieurs (41) des guides d'onde rayonnants (26).
  7. Antenne plane selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les commutateurs (30) sont positionnés sur le panneau de l'antenne et décalés les uns par rapport aux autres à partir d'une ligne médiane L du panneau de l'antenne.
  8. Antenne plane selon la revendication 6, caractérisée en ce que les deux parties supérieure (50) et inférieure (51) d'un même guide d'onde de distribution (23) sont identiques et disposées symétriquement de part et d'autre de la ligne médiane L.
  9. Antenne plane selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque guide d'onde de distribution (23) comporte deux parois de séparation (60, 61) disposées de part et d'autre de la ligne médiane L et en ce que chaque commutateur (30) est monté dans un guide d'onde de distribution (23) respectif entre les deux parois (60, 61).
  10. Antenne plane selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les N guides d'onde rayonnants (26) forment N lignes rayonnantes disposées parallèlement les unes à côté des autres, chaque guide d'onde rayonnant (26) s'étendant selon une direction longitudinale X, ayant une largeur P correspondant au pas du réseau selon une direction Y et ayant une section transversale YZ rectangulaire.
  11. Antenne plane selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments rayonnants (27) de chaque guide d'onde rayonnant (26) sont alignés, gravés périodiquement et régulièrement espacés d'une même distance D selon la direction longitudinale X du guide d'onde rayonnant (26), chaque élément rayonnant (27) étant constitué d'une ou plusieurs fentes rayonnantes gravées selon un motif géométrique rayonnant directement en double polarisation circulaire.
  12. Antenne plane selon la revendication 11, caractérisée en ce que le motif gravé de chaque élément rayonnant a une forme choisie parmi un cercle, un carré ou une combinaison d'une croix et d'un chevron symétrique.
  13. Terminal aéroporté comportant au moins une antenne plane selon l'une des revendications précédentes.
  14. Système de télécommunication par satellite comportant au moins une antenne plane selon l'une des revendications 1 à 12.
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