EP2130266B1

EP2130266B1 - Antenne à résonateur équipé d'un revêtement filtrant et système incorporant cette antenne

Info

Publication number: EP2130266B1
Application number: EP08787987A
Authority: EP
Inventors: Marc Thevenot; Bernard Jecko; Thierry Monediere; Régis CHANTALAT; Cyrille Menudier; Patrick Dumon
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite de Limoges
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite de Limoges
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: EP2130266A1; FR2914506A1; CN101682123B; ES2390393T3; JP2010523033A; CN101682123A; FR2914506B1; WO2008135677A1; CA2682273A1; US8149180B2; US20100321261A1; JP5469054B2; CA2682273C

Abstract

Cette antenne conçue pour émettre ou recevoir des ondes électromagnétiques à une fréquence de travail fτ comporte un résonateur équipé d'un revêtement filtrant (40) recouvrant la majorité de la face supérieure d'un réflecteur (22) située à l'intérieur d'une cavité (36), ce revêtement (40) étant apte à éliminer toutes ondes électromagnétiques de fréquence fτ se propageant dans une direction parallèle à la face supérieure du réflecteur (22) sans pour autant éliminer toutes ondes électromagnétiques à la fréquence fτ se propageant dans une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur.

Description

La présente invention concerne une antenne à résonateur équipé d'un revêtement filtrant et un système incorporant cette antenne.
Des antennes connues sont conçues pour émettre ou recevoir des ondes électromagnétiques à une fréquence de travail f_T. Ces antennes peuvent comporter un premier résonateur formé :

d'un réflecteur réfléchissant la totalité des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant perpendiculairement à ce réflecteur,
d'une paroi partiellement réfléchissante traversée par les ondes électromagnétiques à la fréquence f_T, cette paroi réfléchissant strictement moins de 100% et plus de 80% des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant perpendiculairement à cette paroi,
d'une cavité délimitée d'un côté par une face supérieure du réflecteur et de l'autre côté par une face inférieure de la paroi partiellement réfléchissante, et
d'au moins une sonde d'excitation de la cavité propre à recevoir ou à injecter dans cette cavité, au niveau du réflecteur, des champs électromagnétiques à la fréquence f_T.

On rappelle ici que le coefficient de réflexion d'une paroi ou d'un réflecteur dépend de l'angle d'incidence, de la fréquence de l'onde électromagnétique et de la polarisation de cette onde électromagnétique. Ici, les valeurs de réflectivité des parois ou réflecteurs sont données pour la situation suivante :

la fréquence de l'onde électromagnétique est égale à la fréquence de travail f_T,
l'angle d'incidence est nul, c'est-à-dire que l'onde électromagnétique se propage perpendiculairement à la paroi ou au réflecteur, et
la polarisation prise en compte est celle du champ électrique rayonné ou reçu par la sonde d'excitation.

Par exemple, de telles antennes sont décrites dans le cas particulier d'antennes à matériau BIP (Bande Interdite Photonique) à défaut dans les demandes de brevet déposées sous les numéros FR 99 14521 et FR 2 801 428 A .
Ces antennes présentent un encombrement réduit et une forte directivité. Le diagramme de rayonnement de ces antennes présente donc un lobe principal important et des lobes secondaires.
L'invention vise à diminuer l'importance et la taille des lobes secondaires.
Elle a donc pour objet une antenne dans laquelle le premier résonateur comporte un revêtement filtrant recouvrant la majorité de la face supérieure du réflecteur située à l'intérieur de la cavité, ce revêtement étant apte à éliminer toutes ondes électromagnétiques de fréquence f_T se propageant dans une direction parallèle à la face supérieure du réflecteur sans pour autant éliminer toutes ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant dans une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur.
Dans l'antenne ci-dessus, le revêtement empêche l'établissement d'un mode guidé dans une direction parallèle au réflecteur. Ceci se traduit par une amélioration sensible des performances de l'antenne.
Les modes de réalisation de cette antenne peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

le revêtement filtrant forme un matériau BIP (Bande Interdite Photonique) comportant au moins un premier et un second matériaux se différenciant par leur permittivité et/ou leur perméabilité et/ou leur conductivité disposés en alternance à intervalles réguliers seulement le long d'une ou plusieurs directions parallèles à la face supérieure du réflecteur, l'intervalle régulier étant fonction de la longueur d'onde λ₁ des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le premier matériau de manière à éliminer les ondes électromagnétiques de fréquence f_T se propageant parallèlement à la face supérieure du réflecteur ;
le premier matériau formant le revêtement filtrant est identique au matériau remplissant la cavité ;
le second matériau formant le revêtement est identique au matériau formant la face supérieure du réflecteur ;
le second matériau forme des plots dont la plus grande largeur s'étend dans une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur, ces plots étant répartis à intervalles réguliers sur la face supérieure du réflecteur dans deux directions non colinéaires et parallèles à cette face supérieure, la plus

grande largeur étant strictement inférieure à λ₁/2, où λ₁ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le premier matériau ;

la face supérieure du réflecteur et la face inférieure de la paroi partiellement réfléchissante sont séparées l'une de l'autre par une hauteur h₁ constante et strictement inférieure à λ₂/2 ou égale à λ₂/2, où λ₂ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité ;
la paroi partiellement réfléchissante est un grillage formé de plusieurs barreaux métalliques parallèles, la plus petite distance entre deux barreaux parallèles contigus étant strictement inférieure à λ₃/2, où λ₃ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans l'air ;
la paroi partiellement réfléchissante est un matériau BIP présentant au moins deux matériaux se différenciant par leur permittivité et/ou leur perméabilité et/ou leur conductivité disposés en alternance au moins le long d'une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur, l'un de ces deux matériaux étant le même que celui remplissant la cavité ;
l'antenne comporte une second résonateur formé :
- d'une paroi rayonnante traversée par les ondes électromagnétiques à la fréquence f_T présentant une face rayonnante extérieure, cette paroi rayonnante réfléchissant strictement moins de 100% et plus de 80% des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant perpendiculairement à cette paroi rayonnante, la réflectivité de la paroi rayonnante étant strictement inférieure à celle de la paroi partiellement réfléchissante,
- d'une cavité résonante à fuite délimitée d'un côté par une face inférieure de la paroi rayonnante et de l'autre côté par une face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante du premier résonateur, la paroi rayonnante et la paroi partiellement réfléchissante étant séparées l'une de l'autre par une hauteur h₂ constante inférieure ou égale à λ₄/2+λ₄/20, où λ₄ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquences f_T dans le matériau remplissant la cavité résonnante à fuite ;
l'antenne comporte plusieurs sondes d'excitation dans le premier résonateur entraînant chacune la formation d'une tâche d'excitation sur la face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante, chaque tâche d'excitation créant à son tour une tâche rayonnante sur la face rayonnante de la paroi rayonnante, chaque tâche d'excitation et tâche rayonnante étant définies comme étant la zone de la face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante, respectivement de la paroi rayonnante, située autour d'un point de cette face où l'intensité du champ électromagnétique émis par cette sonde est maximale et incluant tous les points de cette face où l'intensité du champ électromagnétique émis par cette sonde est supérieure ou égale à la moitié de cette intensité maximale, et dans laquelle la distance séparant deux sondes d'excitation contiguës est choisie suffisamment petite pour que les tâches rayonnantes crées par ces sondes se chevauchent partiellement ;
chaque sonde d'excitation présente une surface d'injection et/ou de réception d'ondes électromagnétiques à la fréquence f_T dont la plus grande largeur est supérieure ou égale à λ₂, la répartition de la puissance des ondes électromagnétiques sur la surface d'injection et/ou de réception ayant un point où la puissance est maximale, ce point étant éloigné de la périphérie de cette surface, et la puissance décroît continûment le long d'une droite allant de ce point jusqu'à la périphérie et ceci quelle que soit la direction de la droite considérée dans le plan de cette surface, λ₂, étant la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité du premier résonateur ;
la hauteur h₂ est donnée par la relation suivante : $h_{2} = (2 nπ + ϕ_{1} + ϕ_{2}) \frac{λ_{4}}{4 π}$
où :
- n est le nombre entier positif ou négatif qui permet d'obtenir la plus petite hauteur h₂ positive,
- ϕ₁ est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à la fréquence f_T et l'onde réfléchie après réflexion sur la face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante du premier résonateur,
- ϕ₂ est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à la fréquence f_T et l'onde réfléchie après réflexion sur la face inférieure de la paroi rayonnante,
- λ₄ est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité résonante à fuite ;
- la face supérieure du réflecteur et la face inférieure de la paroi partiellement réfléchissante sont séparées l'une de l'autre par une hauteur h₁ constante strictement inférieure à λ₂ /2, où λ₂ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité du premier résonateur ;
- la cavité du premier résonateur forme un guide d'onde ayant une fréquence de coupure f_c du mode de propagation TE₁ ou TM₁ et une valeur asymptotique C au dessus de laquelle aucun mode de propagation TEM ne peut s'établir, et dans laquelle la fréquence f_T est inférieure ou égale à la fréquence f_c et supérieure ou égale à la valeur asymptotique C.

Les modes de réalisation de l'antenne présentent en outre les avantages suivants :

utiliser un matériau BIP pour former le revêtement filtrant permet d'accroître la directivité de l'antenne,
choisir l'un des matériaux du matériau BIP formant le revêtement filtrant comme étant identique à celui remplissant la cavité évite les réflexions à l'interface entre la cavité et le revêtement filtrant,
choisir l'un des matériaux du revêtement filtrant identique à celui formant la face supérieure du réflecteur permet d'éliminer efficacement les ondes de surface de fréquence f_T se propageant à la surface du réflecteur,
choisir la hauteur h₁ inférieure ou égale à λ₂/2 se traduit par le fait que la fréquence f_T est inférieure à la fréquence de coupure des modes fondamentaux TE₁ et TM₁ de propagation, ce qui empêche l'apparition de ces modes de propagation guidés et se traduit en fin de compte par une augmentation de la directivité de l'antenne sans causer de dépointage de l'antenne,
l'utilisation d'un grillage pour former la paroi partiellement réfléchissante limite l'encombrement de l'antenne et simplifie sa conception,
utiliser un matériau BIP pour former la paroi partiellement réfléchissante accroît la directivité de l'antenne,
utiliser le premier résonateur en tant que source d'excitation d'un second résonateur permet d'exciter ce second résonateur sans modifier la réflectivité des parois de la cavité résonante à fuite par la présence d'ouvertures ou de parties métalliques servant à introduire un champ magnétique dans cette cavité,
chevaucher les tâches rayonnantes permet de réaliser une antenne multifaisceaux dans lesquels les différents faisceaux sont entrelacés,
utiliser des sondes d'excitation dont la plus grande largeur est supérieure ou égale à la longueur d'onde des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T permet d'accroître la directivité et le gain de l'antenne ou de chaque faisceau de l'antenne. De plus, lorsque ces sondes d'excitation sont utilisées dans une antenne comportant le premier et le second résonateur, cela permet d'obtenir les avantages précités tout en conservant la réflectivité de la face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante inchangée,
choisir la hauteur h₂ comme définie dans la formule ci-dessus permet d'accroître la directivité de l'antenne,
choisir la hauteur h₁ strictement inférieure à λ₂/2 permet d'éviter le chevauchement des tâches d'excitation, et
choisir la fréquence de travail f_T inférieure ou égale à la fréquence de coupure f_c et supérieure ou égale à la valeur C permet d'augmenter très sensiblement la directivité de l'antenne.

L'invention a également pour objet un système d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques comportant :

un dispositif de focalisation apte à focaliser les ondes électromagnétiques émises ou reçues par le système sur un point focal, et
l'antenne ci-dessus placée sur ce point focal.

Dans le système ci-dessus, l'utilisation de l'antenne revendiquée permet d'accroître le rendement de ce système en éclairant la plus grande surface possible du dispositif de focalisation tout en diminuant les pertes par débordement au-delà du contour de ce dispositif de focalisation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

la figure 1 est une illustration schématique d'un guide d'onde plan,
la figure 2 est un diagramme de dispersion des modes de propagation guidée du guide d'onde de la figure 1,
la figure 3 est une illustration schématique et en perspective d'un premier mode de réalisation d'une antenne équipée d'un revêtement filtrant réalisé à partir d'un matériau BIP,
la figure 4 est un diagramme de dispersion des modes de propagation guidés de l'antenne de la figure 3,
la figure 5 est une illustration schématique et en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'une antenne équipée d'un revêtement filtrant,
les figures 6, 7 et 8 sont des illustrations schématiques, respectivement, d'un troisième, d'un quatrième et d'un cinquième modes de réalisation d'une antenne équipée d'un revêtement filtrant,
la figure 9 est un graphe illustrant l'évolution de la directivité des antennes des figures 5 et 6 en fonction de la fréquence de travail f_T,
les figures 10 et 11 sont des diagrammes de rayonnement d'une antenne dépourvue de revêtement filtrant,
les figures 12 et 13 sont des diagrammes de rayonnement de l'antenne de la figure 5,
les figures 14 et 15 sont des diagrammes de rayonnement de l'antenne de la figure 6,
la figure 16 est une illustration schématique et en perspective d'une antenne multifaisceaux entrelacés,
la figure 17 est une illustration schématique d'un diagramme de dispersion des modes de propagation guidés de l'antenne de la figure 16,
la figure 18 est une illustration schématique d'un système d'émission de faisceaux entrelacés vers la surface terrestre, et
la figure 19 est une illustration schématique, en perspective et en coupe d'une antenne cylindrique équipée d'un revêtement filtrant.

Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. En particulier, pour plus de renseignements sur les matériaux BIP, l'homme du métier peut se référer au texte de la demande de brevet publiée sous le numéro EP 1 145 379 .
La figure 1 représente un guide 2 d'onde plan et la figure 2 représente le diagramme de dispersion de ce guide 2. Les figures 1 et 2 sont connues et ne sont introduites ici que pour rappeler la définition de certains termes techniques.
Le guide 2 est formé d'un plan réflecteur 4 s'étendant parallèlement à un plan XY horizontal, défini par deux directions orthogonales X et Y. Le plan 4 réfléchit 100 % des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T qui se propagent perpendiculairement à sa surface. Par exemple, le plan 4 est réalisé en métal.
On note Z la direction perpendiculaire aux directions X et Y.
Au-dessus du plan 4 est disposée une paroi horizontale 6 partiellement réfléchissante. Ici, par partiellement réfléchissante, on désigne une paroi qui réfléchit strictement moins de 100 % et plus de 80 % des ondes électromagnétiques de fréquence f_T se propageant perpendiculairement à l'une des faces horizontale de cette paroi 6. La paroi 6 est séparée du réflecteur 4 par un espace 8 de hauteur constante h. Cet espace est, par exemple, rempli d'air. La hauteur h est mesurée selon la direction Z.
Une flèche ondulée 10 représente une onde électromagnétique guidée se propageant dans l'espace 8. Ici, la direction de propagation des ondes est parallèle à la direction Y.
Les flèches 11 en pointillés représentent les ondes électromagnétiques qui fuient l'espace 8 par l'intermédiaire de la paroi 6 qui n'est que partiellement réfléchissante.
Les dimensions transversales, c'est-à-dire perpendiculaires à la direction de propagation, sont supposées infinies dans le cas d'un guide d'onde plan.
La figure 2 représente le diagramme de dispersion du guide 2 d'onde. La constante β représente la constante de propagation d'un mode se propageant parallèlement au réflecteur 4.
L'axe des ordonnées représente la fréquence de l'onde électromagnétique se propageant dans l'espace 8.
Dans un guide d'onde plan, seuls certains modes de propagation peuvent s'établir en fonction de la fréquence de l'onde à propager. Ces modes de propagation sont classiquement connus sous la terminologie de mode TEM, (Transverse Electrique Magnétique) de mode TE_n (Transverse Electrique d'ordre n) et TM_n (Transverse Magnétique d'ordre n), où n est un entier supérieur ou égal à zéro. Pour plus d'informations sur les modes de propagation susceptibles de s'établir dans un guide d'onde plan, il est possible de se référer à différents livres de cours traitant du sujet.
Sur la figure 2, une droite 12 passant par l'origine représente la valeur de la constante β pour chaque fréquence de l'onde guidée dans le cas où le mode de propagation est le mode TEM.
Une courbe 14 représente la valeur de la constante β pour chaque fréquence possible de l'onde guidée dans le cas où le mode de propagation est le mode TE₁ ou TM₁.
La courbe 14 coupe l'axe des fréquences pour une fréquence f_c connue sous le terme de « fréquence de coupure ».
La fréquence de coupure pour les modes TE₁ ou TM₁ est définie par la relation suivante : $f_{c} = \frac{2 nπ + ϕ_{1} + ϕ_{2}}{4 πh} c$
où :

n est le nombre entier positif ou négatif tel que f_c prend sa plus petite valeur positive non nulle.
ϕ₁ est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à la fréquence f_T et l'onde réfléchie après réflexion sur le réflecteur 4,
ϕ₂ est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à la fréquence f_T et l'onde réfléchie après réflexion sur la paroi 6,
c est la célérité ou la vitesse de phase de l'onde dans l'espace 8.

En vertu du diagramme de dispersion, si la fréquence f_T est strictement inférieure à la fréquence f_c, alors l'onde guidée peut se propager à l'intérieur de l'espace 8 uniquement selon le mode TEM.
Si la fréquence f_T est supérieure ou égale à la fréquence f_c, alors l'onde guidée dans l'espace 8 peut se propager selon le mode TEM, TE₁ ou TM₁.
Ces modes qui permettent la propagation d'une onde électromagnétique à la fréquence f_T selon une direction de propagation sont appelés ici modes guidés. A l'inverse, les modes d'excitation de l'espace 8 qui ne permettent pas la propagation d'ondes électromagnétiques sont appelés modes évanescents. Un mode évanescent se caractérise par le fait que l'amplitude de l'onde guidée décroît très rapidement dans la direction de propagation de sorte que cette onde ne peut pas se propager sur une distance supérieure à 2 λ où λ est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique de fréquence f_T dans le matériau remplissant l'espace 8.
Les modes évanescents du guide 2 correspondent à des modes de fonctionnement pour lesquels un maximum d'énergie électromagnétique est dissipée sous forme de rayonnement dans l'espace après avoir traversé la paroi 6.
La figure 3 représente une antenne 20 conçue pour émettre ou recevoir des ondes électromagnétiques à la fréquence de travail f_T. Cette antenne 20 comporte un résonateur formé :

d'un réflecteur 22 en forme de plan qui s'étend parallèlement à un plan horizontal XY défini par des directions X et Y orthogonales,
d'une paroi 24 partiellement réfléchissante disposée au-dessus du plan réflecteur 22 dans une direction Z perpendiculaire aux directions X et Y et s'étendant parallèlement au plan XY.

Le plan réflecteur 22 est choisi pour réfléchir 100 % des ondes électromagnétiques de fréquence f_T qui se propagent perpendiculairement à ce plan. Par exemple, le plan réflecteur 22 est réalisé en métal et peut être raccordé à un potentiel de référence tel que la masse.
La paroi 24 est ici conçue pour réfléchir strictement moins de 100 % et plus de 80 % des ondes électromagnétiques de fréquence f_T se propageant dans une direction perpendiculaire à cette paroi. A cet effet, dans cet exemple, la paroi 24 est un matériau BIP. Les matériaux BIP présentent une large bande non passante B. Lorsqu'une onde électromagnétique dont la fréquence est comprise dans la bande non passante B heurte ce matériau BIP, celle-ci est presque réfléchie en totalité. Ici, le matériau formant la paroi 24 est donc choisi pour que la fréquence de travail f_T soit comprise dans la bande non passante de ce matériau BIP.
De plus, pour pouvoir réfléchir partiellement les ondes électromagnétiques qui se propagent dans la direction Z, le matériau BIP formant la paroi 24 présente au moins une alternance périodique de deux matériaux dans la direction Z. A cet effet, ici, la paroi 24 est formée par la superposition dans la direction Z de trois couches planes 26, 28 et 30. Ici, les couches 26 et 30 diffèrent de la couche 28 par leur permittivité. Par exemple, les couches 26 et 30 sont réalisées en alumine tandis que la couche 26 est une couche d'air. Les dimensions de ces couches dans les directions X et Y sont choisies plusieurs fois supérieures à la longueur d'onde λ_a , où λ_a est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans l'air. Par exemple, les dimensions latérales des couches 26, 28 et 30 sont choisies supérieures à quatre fois λ_a.
La paroi 24 présente donc une face inférieure 32 en vis-à-vis du plan réflecteur 22 et une face supérieure 34 opposée à la face inférieure 32.
La face inférieure 32 est espacée du réflecteur 22 par une hauteur constante h₁. L'espace ainsi ménagé entre la face inférieure 32 et la face supérieure du réflecteur 22 forme une cavité 36.
Sur la figure 3, seule une partie de la paroi 24 a été représentée de manière à laisser apparente une grande partie de l'intérieur de la cavité 36.
Une sonde d'excitation 38 est disposée à l'intérieur de la cavité 36 sur le réflecteur 22 ou dans le plan du réflecteur 22. Dans le plan XY, la sonde 38 est disposée sensiblement au milieu de la cavité 36. Cette sonde est apte à recevoir ou à injecter dans la cavité 36, au niveau du réflecteur 22, des champs électromagnétiques à la fréquence f_T.
Enfin, l'antenne 20 comporte un revêtement filtrant 40 recouvrant la totalité de la face supérieure du réflecteur 22 qui est située à l'intérieur de la cavité 36. Le revêtement 40 entoure donc la sonde 38 sans la recouvrir.
Ce revêtement 40 est réalisé dans un matériau propre à empêcher la propagation des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans une direction parallèle au plan XY tout en permettant la propagation de ces mêmes ondes dans la direction Z. A cet effet, par exemple, le revêtement 40 est réalisé dans un matériau BIP présentant une périodicité dans deux directions non colinéaires du plan XY. La périodicité d'un matériau BIP selon une direction est, par exemple, définie dans la demande de brevet déposée sous le numéro FR 99 14521 .
Ici, le revêtement 40 présente une périodicité dans la direction X et une périodicité dans la direction Y.
Dans ce mode de réalisation, le revêtement 40 est formé de plots verticaux 42 disposés à intervalles réguliers p dans les directions X et Y. Ces plots 42 sont réalisés dans le même matériau que celui utilisé pour le réflecteur 22, c'est-à-dire ici en métal. Un autre matériau formant le revêtement 40 remplit la totalité des intervalles entre les plots 42. Cet autre matériau est ici de l'air, c'est-à-dire un matériau identique à celui remplissant la cavité 36.
La longueur de l'intervalle p est choisie en fonction de la longueur d'onde λ_a de manière à filtrer les ondes électromagnétiques de fréquence f_T se propageant dans les directions X et Y. A cet effet, typiquement, la longueur de l'intervalle p est inférieure à λ_a/2 et de préférence compris entre λ_a/4 et λ_a/2.
La hauteur h_p des plots 42 dans la direction Z doit être strictement inférieure à la hauteur h₁. Par exemple, ici, la hauteur h_p est choisie strictement inférieure à λ_a/2 et de préférence égale à λ_a/4 plus ou moins 15 %.
Ici, les plots 42 ont une section transversale, c'est-à-dire une section parallèle au plan XY, carrée. La plus grande largeur de cette section transversale est choisie inférieure à λ_a/8.
Enfin, la hauteur h₁ est choisie à l'aide de la relation (1) pour que la fréquence de coupure f_c soit égale ou légèrement supérieure à la fréquence f_T. Typiquement, on s'arrange ici pour que le rapport de la fréquence f_T sur la fréquence f_c soit compris entre 0,85 et 1.
La figure 4 représente le diagramme de dispersion de l'antenne 20.
Comme sur la figure 2, les courbes 50 et 52 représentent la fréquence de l'onde guidée, respectivement, selon le mode TEM et les modes TE₁ ou TM₁ en fonction de la constante β de propagation.
A cause de la présence du revêtement 40, la courbe 50 tend vers une valeur asymptotique C représentée par une ligne horizontale 54 en pointillés au fur et à mesure que la constante β augmente. Cette valeur asymptotique C est indépendante de la hauteur h₁.
Ici, la hauteur h₁ de la cavité 36 est choisie de manière à ce que la fréquence f_T soit comprise entre la fréquence f_c et la valeur C. Dans ces conditions, on comprend qu'aucun mode guidé ne peut s'établir à l'intérieur de la cavité 36 lorsque celle-ci est excitée par un champ magnétique de fréquence f_T. Ainsi, seuls des modes évanescents apparaissent et l'énergie du champ électromagnétique introduit par la sonde 38 dans la cavité 36 se dissipe quasiment exclusivement sous forme de rayonnement après avoir traversé la paroi 24. Ceci se traduit par une augmentation de la directivité de l'antenne 20 par rapport à une antenne identique mais dépourvue de revêtement filtrant tel que le revêtement 40.
La figure 5 représente une antenne 60 identique à l'antenne 20 à l'exception que la paroi 24 est remplacée par une paroi partiellement réfléchissante 62.
La paroi 62 est ici réalisée non pas à l'aide d'un matériau BIP mais à l'aide d'un grillage 62 formé de barreaux métalliques s'étendant parallèlement les uns aux autres dans un plan parallèle au plan XY. Plus précisément, ici, le grillage 62 comprend d'une part des barreaux 66 disposés à intervalles réguliers m et s'étendant tous parallèlement à la direction X et d'autre part des barreaux 68 disposés parallèlement les uns aux autres dans la direction Y à intervalles réguliers m. La longueur de l'intervalle m est choisie strictement inférieure à λ_a/2 de manière à ce que ce grillage 62 réfléchisse partiellement les ondes électromagnétiques de fréquence f_T se propageant dans la direction Z. De préférence, m est inférieur à λ_a/4.
Comme pour l'antenne 20, la hauteur h₁ de la cavité 36 est choisie de manière à ce que la fréquence de coupure f_c soit légèrement supérieure à la fréquence f_T. Dans ces conditions, le fonctionnement de l'antenne 60 est similaire à celui de l'antenne 20.
La figure 6 représente une antenne 70 identique à l'antenne 60 à l'exception du fait que la cavité 36 est isolée de l'extérieur de l'antenne par des parois latérales 72. Sur la figure 6, seule une partie de la paroi 72 entourant entièrement la cavité 36 a été représentée de manière à laisser visible l'intérieur de la cavité 36.
La paroi 72 s'étend selon la direction Z à partir du réflecteur 22 jusqu'à la face inférieure du grillage 62. La paroi 72 est, par exemple, réalisée ici, dans un matériau métallique réfléchissant la totalité des ondes électromagnétiques de fréquence f_T.
La figure 7 représente une antenne 80 identique à l'antenne 70 à l'exception du fait que le grillage 62 est remplacé par un grillage 82. Le grillage 82 est identique au grillage 62 à l'exception que les barreaux 68 ont été omis. Un tel grillage 82 constitue une paroi partiellement réfléchissante uniquement pour des ondes électromagnétiques de fréquence f_T ayant une polarisation donnée. Pour des ondes électromagnétiques ayant une polarisation différente de celle-ci, le grillage 82 constitue une paroi transparente qui ne réfléchit pas ou très peu les ondes électromagnétiques de fréquence f_T de polarisation différente. Ainsi, le grillage 82 permet d'exercer un filtrage de polarisation sur les ondes émises ou reçues.
La figure 8 représente une antenne 90 identique à l'antenne 70 à l'exception que les parois 72 sont remplacées par des parois 92. Plus précisément, les parois 92 sont identiques aux parois 72 à l'exception qu'elles comportent des corrugations 94 permettant d'améliorer les performances de l'antenne. Ces corrugations 94 sont conçues de la même manière que celles que l'on peut trouver dans certains types de guide d'onde. Par exemple, la conception de ces corrugations est décrite dans le document suivant :

Antenna theory, Analysis and design - Constantine A. Balanis - John Wiley.

La figure 9 représente deux courbes 100 et 102 correspondant à l'évolution de la directivité, respectivement, des antennes 60 et 70 en fonction de la fréquence f_T. La figure 9 représente également une courbe 104 indiquant l'évolution de la directivité d'une antenne identique à l'antenne 60 mais dépourvue du revêtement filtrant 40.
Sur le graphe de la figure 9, l'axe des abscisses représente le rapport de la fréquence f_T sur la fréquence de coupure f_c. L'axe des ordonnées représente la directivité maximale exprimée en décibels (dB). Les courbes 100, 102 et 104 ont été obtenues à l'aide d'une sonde identique, c'est-à-dire ici, une fente ménagée dans le plan du réflecteur 22 et par laquelle est introduit le champ électromagnétique de fréquence f_T dans la cavité 36.
Comme on peut le constater sur le graphe, la directivité des antennes 60 et 70 est systématiquement améliorée lorsque la fréquence f_T est inférieure à la fréquence f_c.
Les figures 10 et 11 représentent les diagrammes de rayonnement, respectivement, dans les plans E et H d'une antenne identique à l'antenne 60 mais dépourvue du revêtement filtrant 40.
Les figures 12 et 13 représentent les diagrammes de rayonnement, respectivement, dans les plans E et H de l'antenne 60 dans le cas particulier où le rapport de la fréquence f_T sur la fréquence f_c est égal à 0,997.
Enfin, les figures 14 et 15 représentent les diagrammes de rayonnement, respectivement, dans les plans E et H de l'antenne 70 dans le cas particulier où le rapport de la fréquence f_T sur la fréquence f_c est égal à 1,007.
Dans ces différents graphes des figures 10 à 15, l'axe des abscisses est gradué en degrés tandis que l'axe des ordonnées est gradué en décibels (dB).
Comme le montre la comparaison des graphes des figures 12 et 13 par rapport aux graphes des figures 10 et 11, la présence du revêtement filtrant permet d'atténuer considérablement les lobes secondaires de l'antenne.
De plus, comme le montre la comparaison des graphes des figures 14 et 15 à ceux des figures 10 et 11, cette atténuation des lobes secondaires se produit même si la fréquence f_T est supérieure à la fréquence f_c.
Dans les modes de réalisation précédents, l'antenne a été formée d'un seul résonateur. Toutefois, il peut être particulièrement intéressant de superposer deux résonateurs de manière à créer une antenne multifaisceaux dans laquelle les tâches rayonnantes se chevauchent partiellement. Une telle antenne 120 est représentée sur la figure 16.
L'antenne 120 est formée d'un premier résonateur 122 sur lequel est superposé un second résonateur 123.
Le résonateur 122 est, par exemple, identique à l'un quelconque des résonateurs des antennes 20, 60, 70, 80 ou 90 à l'exception du fait qu'il comporte plusieurs sondes d'excitation. Ici, on supposera que le résonateur 122 est donc identique à celui de l'antenne 20 dans laquelle la sonde 38 est remplacée par cinq sondes d'excitation 124 à 128.
Les sondes 124 à 128 sont ici choisies de manière à ce que celles-ci forment une surface d'injection ou de réception de champs électromagnétiques à l'intérieur de la cavité 36. La plus grande largeur de chacune des surfaces d'injection ou de réception est supérieure ou égale à λ_a. Plus précisément, la répartition de la puissance du champ électromagnétique sur la surface d'injection ou de réception présente un point où la puissance est maximale, ce point étant éloigné de la périphérie de cette surface d'injection. La puissance du champ électromagnétique de cette surface d'injection est répartie de telle façon que la puissance décroît continûment le long d'une droite quelconque allant du point où la puissance est maximale jusqu'à la périphérie de cette surface. Une sonde présentant une telle surface d'injection permet d'accroître la directivité de l'antenne et son gain. A cet effet, les sondes 124 à 128 sont, par exemple, des guides d'onde évasés dont l'extrémité débouche dans un orifice ménagé dans le plan du réflecteur 22. De tels guides d'onde évasés sont, par exemple, ceux décrits dans la demande de brevet déposée le 25 septembre 2006 sous le numéro de dépôt 06 08381 au nom du C.N.R.S.
Ici, chacune des sondes 124 à 128 travaille à une fréquence f_Ti respective différente de celles des autres de manière à ce que ces sondes puissent travailler simultanément sans interférer les unes avec les autres. Chacune de ces fréquences f_Ti est choisie suffisamment proche de la fréquence f_T de manière à ce que le revêtement 40 conçu pour filtrer les ondes électromagnétiques de fréquence f_T soit également efficace pour filtrer les ondes de fréquence f_Ti. A cet effet, le rapport de la fréquence f_Ti sur la fréquence f_T est compris entre 0,95 et 1,05.
Pour simplifier la figure 16, le revêtement filtrant 40 n'a pas été représenté.
Le résonateur 123 est disposé au-dessus du résonateur 122 dans la direction Z. Ce résonateur 123 est formé par une paroi rayonnante supérieure 132 et par la paroi 24. La paroi 24 forme donc à la fois la paroi supérieure du résonateur 122 et la paroi inférieure du résonateur 123.
La paroi 132 réfléchit strictement moins de 100 % et plus de 80 % des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant perpendiculairement à cette paroi. De préférence, la réflectivité de la paroi 132 est strictement inférieure à celle de la paroi 124.
La paroi 132 s'étend parallèlement au plan XY. La paroi 132 est séparée de la face supérieure de la paroi 24 par une hauteur constante h₂. Ainsi, une cavité 136 est ménagée entre la paroi 24 et la paroi 132. Dans ce mode de réalisation, la cavité 136 est, par exemple, remplie d'air.
Le matériau formant la paroi 132 peut être un matériau BIP comme décrit en regard de la figure 3, ou un grillage comme décrit en regard des figures 5 et 7.
La hauteur h₂ est choisie de manière à ce que la cavité 136 soit une cavité résonante à fuite. A cet effet, la hauteur h₂ est inférieure à λ_a/2 + λ_a/20. De préférence, la hauteur h₂ est déterminée à l'aide de la relation suivante : $h_{2} = (2 nπ + ϕ_{1} + ϕ_{2}) \frac{λ_{a}}{4 π}$
où :

n est le nombre entier positif ou négatif qui permet d'obtenir la plus petite hauteur h₂ positive,
ϕ₁ est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à la fréquence f_T et l'onde réfléchie après réflexion sur la face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante du premier résonateur,
ϕ₂ est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à la fréquence f_T et l'onde réfléchie après réflexion sur la face inférieure de la paroi rayonnante,
λ_a est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité résonante à fuite.

Lorsque la hauteur h₂ est définie par la relation (2), la fréquence de coupure f_c2 des modes de propagation TE₁ et TM₁ du résonateur 123 est égale à la fréquence f_T. Dans ces conditions, le gain du résonateur 123 est maximal.
On rappelle qu'au contraire, la hauteur h₁ du résonateur 122 est choisie de manière à ce que la fréquence de coupure, notée ici f_c1, des modes de propagation TE₁ ou TM₁ est strictement supérieure à la fréquence f_T.
Enfin, contrairement au résonateur 122, la cavité 136 est dépourvue de revêtement filtrant les ondes électromagnétiques se propageant dans une direction quelconque parallèle au plan XY. En effet, comme on le comprendra à la lecture des explications qui suivent, un tel revêtement filtrant n'est pas nécessaire dans le résonateur 123.
La figure 17 représente le diagramme de dispersion des résonateurs 122 et 123. Sur cette figure 17, les courbes 150 et 152 correspondent, respectivement, aux courbes 50 et 52 de la figure 4 pour le résonateur 122. Les courbes 154 et 156 représentent l'évolution de la fréquence de l'onde guidée, respectivement selon les modes TEM et TE₁ ou TM₁, en fonction de la constante de propagation β. Les courbes 154 et 156 ont sensiblement la même allure que les courbes 12 et 14 et celles d'un guide d'onde plan.
Sur cette figure, les fréquences de coupure des modes TE₁ ou TM₁ des résonateurs 122 et 123 sont respectivement notées f_c1 et f_c2. La valeur asymptotique vers laquelle tend la courbe 150 lorsque la constante β augmente est ici notée C₁. On rappelle que cette courbe 150 tend vers une valeur C₁ inférieure à la fréquence f_T à cause de la présence du revêtement filtrant 40 à l'intérieur de la cavité 36. A l'inverse, la courbe 154 ne tend pas vers une valeur asymptotique lorsque la constante β augmente puisque la cavité 136 est dépourvue de revêtement filtrant.
Les fréquences f_Ti sont proches de la fréquence f_T qui est elle-même ici sensiblement égale à la fréquence f_c2. Dans ces conditions, on comprend à partir du diagramme de la figure 17 que les champs électromagnétiques de fréquences f_Ti ne peuvent exciter qu'un mode évanescent de propagation dans le premier résonateur 122 puisque ces fréquences f_Ti sont chacune supérieures à la valeur C₁ et strictement inférieures à la fréquence f_c1. Ainsi, presque la totalité de l'énergie des champs électromagnétiques introduits dans la cavité 36 est rayonnée par la face supérieure de la paroi 24. Ce rayonnement se traduit par l'apparition, à la verticale de chacune des sondes 124 à 128 d'une tâche d'excitation. Les tâches d'excitation correspondant aux sondes 124 à 128 sont représentées sur la figure 16 et portent respectivement les références 160 à 164. Une tâche d'excitation est définie comme étant formée par l'ensemble des points de la surface supérieure 34 de la paroi 24 située autour d'un point de cette face où l'intensité du champ électromagnétique émis est maximal et incluant tous les points de cette face où l'intensité du champ électromagnétique émis par cette sonde est supérieure ou égale à la moitié de cette intensité maximale.
Ces tâches 160 à 164 injectent donc des champs magnétiques aux fréquences f_Ti dans la cavité 136 et remplissent donc chacune la fonction d'une sonde d'excitation. Toutefois, l'agencement décrit en regard de la figure 16 permet d'injecter les champs électromagnétiques à différentes fréquences dans la cavité 136 sans pour autant modifier la réflectivité de la face supérieure de la paroi 24. En effet, aucune ouverture n'est ménagée dans la face supérieure de la paroi 24 et aucun élément rayonnant saillant n'est introduit dans la cavité 136. Dans ces conditions, puisque aucun élément ou aspérité susceptible de diffracter les champs électromagnétiques injectés dans la cavité 136 n'existe, le mode TEM du résonateur 123 ne peut pas être excité. De plus, les fréquences f_Ti étant quasiment égales à la fréquence f_c2, les modes guidés TE₁ ou TM₁ ne peuvent pas non plus apparaître dans la cavité 136. Dans ces conditions, l'énergie électromagnétique introduite dans la cavité 136 est rayonnée par la face supérieure de la paroi 132. Cela se traduit par l'apparition sur cette face supérieure de tâches rayonnantes à la verticale de chacune des tâches d'excitation. Sur la figure 16, des tâches rayonnantes 166 à 170 correspondants respectivement aux tâches d'excitation 160 à 164 sont représentées. Ces tâches rayonnantes sont définies comme les tâches d'excitation, c'est-à-dire qu'elles regroupent l'ensemble des points de la surface supérieure de la paroi 132 au niveau desquelles l'intensité du champ électromagnétique émis est supérieure ou égale à la moitié de l'intensité maximale émise.
Ici, de manière à créer une antenne multifaisceaux dont les faisceaux sont entrelacés, la position des sondes 124 à 128 les unes vis-à-vis des autres est choisie de manière à ce que chaque tâche rayonnante chevauche partiellement au moins une autre tâche rayonnante produite par une autre sonde. La distance entre deux sondes est donc strictement inférieure à la somme des rayons de leur tâche rayonnante respective. De préférence, la distance entre les sondes mesurée dans un plan parallèle au plan XY est choisie de manière à ce que les tâches d'excitation 160 à 164 ne se chevauchent pas mais que, par contre, les tâches rayonnantes 166 à 170 se chevauchent partiellement.
L'antenne 120 est tout particulièrement destinée à être installée, par exemple, dans un satellite de radio télécommunication.
La figure 18 représente un système 180 d'émission d'ondes électromagnétiques embarqué dans un satellite géostationnaire. Ce système 180 comporte un dispositif de focalisation de faisceaux sur la surface de la terre 182. Par exemple, le dispositif de focalisation est une parabole 184. Le système 180 comporte également l'antenne 120 placée au foyer de cette parabole 184.
Dans ces conditions, le fait d'entrelacer les tâches rayonnantes sur la face supérieure de la paroi 132 se traduit par l'apparition de zones de couverture 186 à 190 entrelacées sur la surface terrestre. Les zones de couverture se chevauchent donc partiellement, ce qui évite l'apparition de zones mortes entre deux zones de couverture dans lesquelles l'établissement d'une radio télécommunication par l'intermédiaire du satellite géostationnaire serait impossible, par exemple.
La figure 19 représente une antenne cylindrique 200 similaire à l'antenne 20 à l'exception du fait que les différents plans constituant l'antenne 20 ont été recourbés jusqu'à se refermer sur eux-mêmes pour former des faces cylindriques de sections circulaires au lieu des faces planes.
L'antenne 200 présente ici une symétrie de révolution autour d'un axe 201 de révolution s'étendant dans la direction Z.
L'antenne 200 comporte :

un réflecteur 202 apte à réfléchir la totalité des ondes électromagnétiques qui se propagent perpendiculairement à sa surface,
un revêtement filtrant 204 disposé sur la face du réflecteur 202,
une paroi 206 partiellement réfléchissante entourant le réflecteur 202 et le revêtement 204, et
une cavité 208 délimitée d'un côté par la face intérieure de la paroi 206 et de l'autre côté par la face extérieure du réflecteur 202.

Ici, le réflecteur 202 est, par exemple, un barreau cylindrique de section circulaire en métal s'étendant le long de l'axe 201.
Le revêtement 54 est ici formé par une succession de cylindres diélectriques 212 entourant le réflecteur 202 et disposés à intervalles p réguliers le long de la direction Z. La longueur de l'intervalle p dans la direction Z est inférieure à λ_a/2 et de préférence égale à λ_a/4. Un tel revêtement 204 forme un matériau BIP propre à éliminer les ondes électromagnétiques se propageant dans la direction Z sans pour autant éliminer les ondes électromagnétiques se propageant dans une direction radiale.
La cavité 208 est ici, par exemple, remplie d'air.
La paroi 206 est, par exemple, un matériau BIP diélectrique présentant au moins une périodicité dans une direction radiale.
La face intérieure de la paroi 206 est espacée du réflecteur 202 par une distance R₁ constante. La distance R₁ est choisie de façon similaire à ce qui a été décrit en regard de la hauteur h₁.
Le rayon des anneaux 212 est choisi de façon similaire à ce qui a été décrit en regard de la hauteur h_p des plots 42.
Enfin, une sonde d'excitation 214 propre à injecter ou recevoir des champs électromagnétiques à la fréquence f_T est placée à l'intérieur de la cavité 208 et à proximité du réflecteur 202.
L'antenne 200 fonctionne de façon similaire à ce qui a déjà été décrit précédemment à l'exception du fait que son lobe de rayonnement principal est annulaire.
De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, la section transversale des plots 42 n'a pas besoin d'être carrée. Elle peut être rectangulaire ou cylindrique, de sections circulaires ou non.
Le matériau BIP formant le revêtement filtrant a été décrit dans le cas particulier où celui-ci est formé d'au moins deux matériaux différents, dont l'un d'eux est le même que celui utilisé pour le réflecteur et l'autre est le même que celui remplissant la cavité. Toutefois, il n'est pas nécessaire que ces matériaux soient respectivement identiques à celui du réflecteur et de la cavité. Par exemple, le matériau identique à celui remplissant la cavité peut être remplacé par une mousse dont la permittivité est proche de celle du matériau remplissant la cavité.
Le matériau BIP formant le revêtement 40 a été décrit dans le cas particulier où la périodicité selon les directions X et Y est identique. En variante, la périodicité selon les directions X et Y n'est pas identique. De plus, il n'est pas nécessaire que les directions dans lesquelles sont répartis à intervalles réguliers les plots 42 soient nécessairement orthogonales. Par exemple, les différents plots pourraient être disposés sur les sommets d'un triangle ou d'un hexagone.
Les matériaux BIP utilisés pour former des parois partiellement réfléchissantes peuvent avoir des éléments se différenciant par leur permittivité disposés à intervalles réguliers dans plus de deux directions non colinéaires. Dans ces conditions, ces matériaux BIP sont dits à plusieurs dimensions.
Les matériaux BIP utilisés ici sont formés d'au moins deux matériaux différents. Ces deux matériaux peuvent différer l'un de l'autre par leur perméabilité et/ou leur permittivité et/ou leur conductivité.
Les modes de réalisation des figures 3, 6 et 8 peuvent être combinés. Par exemple, l'antenne 20 peut être pourvue d'une paroi latérale similaire à la paroi latérale 72 ou similaire à la paroi latérale 92.
Dans le cas d'une antenne comportant plusieurs sondes d'excitation, le fonctionnement simultané de ces différentes sondes peut aussi être obtenu lorsque chacune des sondes injecte ou reçoit uniquement des champs électromagnétiques ayant une polarisation différente de celle des autres sondes de la même antenne.
Si des éléments susceptibles de diffracter le champ électromagnétique injecté dans la cavité 136 existent, alors, il est possible de disposer un revêtement filtrant sur la face supérieure de la paroi 24. Ce revêtement filtrant est alors, par exemple, identique au revêtement filtrant 40.
Les sondes d'excitation peuvent être tous types de sondes susceptibles d'injecter un champ électromagnétique à l'intérieur d'une cavité. Par exemple, ces sondes peuvent être des cônes évasés, une antenne Patch, une antenne fente ou autre ou un iris de couplage entre un guide d'onde et la cavité 36 ou 122.
Le réflecteur n'est pas nécessairement réalisé en métal. II peut être aussi réalisé dans tout autre matériau ou agencement de matériaux présentant une réflectivité de pratiquement 100 % des ondes électromagnétiques de fréquence f_T lorsque celles-ci se propagent perpendiculairement à la face de ce réflecteur.
Enfin, si l'on souhaite produire une antenne qui dépointe, c'est-à-dire dont la directivité maximale n'est pas perpendiculaire à sa face extérieure rayonnante, alors il est possible de choisir la hauteur h₁ ou le rayon R₁, de manière à ce que la fréquence de coupure soit strictement inférieure à la fréquence f_T.
Enfin, en variante, le revêtement filtrant du résonateur 122 est omis, de sorte qu'aucun des résonateurs de l'antenne 120 ne comporte de revêtement filtrant tel que le revêtement 40. Le fonctionnement de l'antenne 120 reste cependant amélioré car le champ magnétique est injecté dans le second résonateur 123 par des tâches d'excitation, ce qui ne modifie pas la réflectivité de la face supérieure de la paroi 24.

Claims

Antenne conçue pour émettre ou recevoir des ondes électromagnétiques à une fréquence de travail f_T, cette antenne comportant un premier résonateur (20 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ; 122) formé :
- d'un réflecteur (22) réfléchissant la totalité des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant perpendiculairement à ce réflecteur,

- d'une paroi (24) partiellement réfléchissante traversée par les ondes électromagnétiques à la fréquence f_T, cette paroi réfléchissant strictement moins de 100% et plus de 80% des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant perpendiculairement à cette paroi,

- d'une cavité (36) délimitée d'un côté par une face supérieure du réflecteur et de l'autre côté par une face inférieure de la paroi partiellement réfléchissante, et

- d'au moins une sonde d'excitation (38 ; 124-128) de la cavité propre à recevoir ou à injecter dans cette cavité, au niveau du réflecteur, des champs électromagnétiques à la fréquence f_T,
caractérisée en ce que le premier résonateur comporte à l'intérieur de sa cavité un revêtement filtrant (40) recouvrant la majorité de la face supérieure du réflecteur située à l'intérieur de la cavité, ce revêtement étant apte à éliminer toutes ondes électromagnétiques de fréquence f_T se propageant dans une direction parallèle à la face supérieure du réflecteur sans pour autant éliminer toutes ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant dans une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur, et en ce que le revêtement filtrant (40) forme un matériau BIP (Bande Interdite Photonique) comportant au moins un premier et un second matériaux se différenciant par leur permittivité et/ou leur perméabilité et/ou leur conductivité disposés en alternance à intervalles réguliers seulement le long d'une ou plusieurs directions parallèles à la face supérieure du réflecteur, l'intervalle régulier étant fonction de la longueur d'onde λ₁ des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le premier matériau de manière à éliminer les ondes électromagnétiques de fréquence f_T se propageant parallèlement à la face supérieure du réflecteur.
Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le premier matériau formant le revêtement filtrant (40) est identique au matériau remplissant la cavité.
Antenne selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le second matériau formant le revêtement (40) est identique au matériau formant la face supérieure du réflecteur.
Antenne selon la revendication 3, dans laquelle le second matériau forme des plots (42) dont la plus grande largeur s'étend dans une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur (22), ces plots étant répartis à intervalles réguliers sur la face supérieure du réflecteur dans deux directions non colinéaires et parallèles à cette face supérieure, la plus grande largeur étant strictement inférieure à λ₁/2, où λ₁ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le premier matériau.
Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la face supérieure du réflecteur et la face inférieure de la paroi partiellement réfléchissante sont séparées l'une de l'autre par une hauteur h₁ constante et strictement inférieure à λ₂/2 ou égale à λ₂/2, où λ₂ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité.
Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la paroi partiellement réfléchissante est un grillage (62) formé de plusieurs barreaux métalliques parallèles (66, 68), la plus petite distance entre deux barreaux parallèles contigus étant strictement inférieure à λ₃/2, où λ₃ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans l'air.
Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la paroi partiellement réfléchissante est un matériau BIP présentant au moins deux matériaux (26, 28, 30) se différenciant par leur permittivité et/ou leur perméabilité et/ou leur conductivité disposés en alternance au moins le long d'une direction perpendiculaire à la face supérieure du réflecteur, l'un de ces deux matériaux étant le même que celui remplissant la cavité.
Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'antenne comporte une second résonateur (123) formé :
- d'une paroi rayonnante (132) traversée par les ondes électromagnétiques à la fréquence f_T présentant une face rayonnante extérieure, cette paroi rayonnante réfléchissant strictement moins de 100% et plus de 80% des ondes électromagnétiques à la fréquence f_T se propageant perpendiculairement à cette paroi rayonnante,

- d'une cavité résonante (136) à fuite délimitée d'un côté par une face inférieure de la paroi rayonnante et de l'autre côté par une face supérieure de la paroi (24) partiellement réfléchissante du premier résonateur, la paroi rayonnante et la paroi partiellement réfléchissante étant séparées l'une de l'autre par une hauteur h₂ constante inférieure ou égale à λ₄/2+λ₄/20, où λ₄ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquences f_T dans le matériau remplissant la cavité résonnante à fuite.
Antenne selon la revendication 8, dans laquelle l'antenne comporte plusieurs sondes d'excitation (124-128) dans le premier résonateur (122) entraînant chacune la formation d'une tâche d'excitation (160-164) sur la face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante, chaque tâche d'excitation créant à son tour une tâche rayonnante (166-170) sur la face rayonnante de la paroi rayonnante, chaque tâche d'excitation et tâche rayonnante étant définies comme étant la zone de la face supérieure de la paroi (24) partiellement réfléchissante, respectivement de la paroi rayonnante (132), située autour d'un point de cette face où l'intensité du champ électromagnétique émis par cette sonde est maximale et incluant tous les points de cette face où l'intensité du champ électromagnétique émis par cette sonde est supérieure ou égale à la moitié de cette intensité maximale, et dans laquelle la distance séparant deux sondes d'excitation contiguës est choisie suffisamment petite pour que les tâches rayonnantes crées par ces sondes se chevauchent partiellement.
Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque sonde d'excitation (124-128) présente une surface d'injection et/ou de réception d'ondes électromagnétiques à la fréquence f_T dont la plus grande largeur est supérieure ou égale à λ₂, la répartition de la puissance des ondes électromagnétiques sur la surface d'injection et/ou de réception ayant un point où la puissance est maximale, ce point étant éloigné de la périphérie de cette surface, et la puissance décroît continûment le long d'une droite allant de ce point jusqu'à la périphérie et ceci quelle que soit la direction de la droite considérée dans le plan de cette surface, λ₂, étant la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité du premier résonateur.
Antenne selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans laquelle la hauteur h₂ est donnée par la relation suivante : $h_{2} = (2 nπ + φ_{1} + φ_{2}) \frac{λ_{4}}{4 π}$
où :
- n est le nombre entier positif ou négatif qui permet d'obtenir la plus petite hauteur h₂ positive,

- ϕ₁ est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à la fréquence f_T et l'onde réfléchie après réflexion sur la face supérieure de la paroi partiellement réfléchissante du premier résonateur,

- ϕ₂ est le déphasage introduit entre une onde électromagnétique incidente à la fréquence f_T et l'onde réfléchie après réflexion sur la face inférieure de la paroi rayonnante,

- λ₄ est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité résonante à fuite.
Antenne selon la revendication 11, dans laquelle la face supérieure du réflecteur (22) et la face inférieure de la paroi partiellement réfléchissante (24) sont séparées l'une de l'autre par une hauteur h₁ constante strictement inférieure à λ₂ /2, où λ₂ est la longueur d'onde des ondes électromagnétiques de fréquence f_T dans le matériau remplissant la cavité du premier résonateur.
Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cavité (36) du premier résonateur forme un guide d'onde ayant une fréquence de coupure f_c du mode de propagation TE₁ ou TM₁ et une valeur asymptotique C au dessus de laquelle aucun mode de propagation TEM ne peut s'établir, et dans laquelle la fréquence f_T est inférieure ou égale à la fréquence f_c et supérieure à la valeur asymptotique C.
Système d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques comportant :
- un dispositif (184) de focalisation apte à focaliser les ondes électromagnétiques émises ou reçues par le système sur un point focal, et

- une antenne (120) émettrice ou réceptrice d'ondes électromagnétiques placée sur ce point focal,
caractérisé en ce que l'antenne est conforme à la revendication 9.