EP2175523A1 - Réseau réflecteur et antenne comportant un tel réseau réflecteur - Google Patents

Réseau réflecteur et antenne comportant un tel réseau réflecteur Download PDF

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EP2175523A1
EP2175523A1 EP09171108A EP09171108A EP2175523A1 EP 2175523 A1 EP2175523 A1 EP 2175523A1 EP 09171108 A EP09171108 A EP 09171108A EP 09171108 A EP09171108 A EP 09171108A EP 2175523 A1 EP2175523 A1 EP 2175523A1
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EP
European Patent Office
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radiating
radiating element
metal patch
pattern
radiating elements
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EP09171108A
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Hervé Legay
Danièle Bresciani
Renaud Chiniard
Etienne Girard
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Thales SA
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Thales SA
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    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/104—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces using a substantially flat reflector for deflecting the radiated beam, e.g. periscopic antennas
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    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H01Q15/002—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective said selective devices being reconfigurable or tunable, e.g. using switches or diodes
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays

Definitions

  • the present invention relates to a reflector array for a reflector array antenna. It applies in particular to antennas mounted on a spacecraft such as a telecommunications satellite or antennas terrestrial terminals for telecommunications or satellite broadcasting systems.
  • a reflecting array antenna 10 (in English: reflectarray antenna) as represented for example on the figure 1 , comprises a set of elementary radiating elements 12 assembled in a network 11 with one or two dimensions and forming a reflective surface 14 making it possible to increase the directivity and the gain of the antenna 10.
  • the elementary radiating elements also called elementary cells, of the reflective network, of the metal patch and / or slot type, have variable parameters, such as, for example, the geometric dimensions of the etched patterns (length and width of the "patches" or slots) which are adjusted so as to obtain a diagram selected radiation.
  • the elementary radiating elements 12 may consist of metal patches loaded with radiating slots and separated from a metal ground plane of a typical distance between ⁇ g / 10 and ⁇ g / 6, where ⁇ g is the guided wavelength. in the spacer medium.
  • This spacer medium may be a dielectric, but also a composite sandwich made by a symmetrical arrangement of a honeycomb type separator and dielectric skins thin thicknesses.
  • the elementary cell must be able to precisely control the phase shift it produces on an incident wave, for the different frequencies of the bandwidth. It is also necessary that the manufacturing process of the reflector network is as simple as possible.
  • the arrangement (in English: lay-out) of the radiating elements in the reflector network requires significant attention. It must respect, at least approximately, a strong periodicity which defines the characteristics in reflection of the reflector network (typically less than 0.65 ⁇ and preferably equal to 0.5 ⁇ , where ⁇ is the wavelength in free space). As explained below, the higher the periodicity, the better the performance. However currently known reflector networks present a major problem.
  • the arrangement of the elementary radiating elements with respect to each other to form a reflector array is synthesized so as to obtain a given radiation pattern in a pointing direction chosen to achieve a given coverage.
  • the figure 3a shows an example of arrangement of the radiating elements of a reflector array antenna according to the prior art, to obtain a directional beam pointed in a lateral direction relative to the antenna. Due to the flatness of the reflector network and the differences in path lengths of a wave emitted by a primary source 13 to each radiating element of the grating, the illumination of the reflector network by an incident wave from a primary source 13 causes a phase distribution of the electromagnetic field above the reflecting surface 14.
  • the dimensions of the radiating elements are thus defined so that the incident wave is reflected by the grating 11 with a phase shift which compensates the relative phase of the incident wave.
  • the radiating elements 12 are therefore not all surrounded by similar elements, and the transitions from one radiating element to another are all the more important as the phase variation is rapid.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a reflector grating which does not introduce strong breaks in the periodicity of the radiating elements on the reflecting surface and thus making it possible to reduce the disturbances in the radiation pattern and to improve the directivity the network antenna comprising such a reflector network.
  • Another object of the invention is to provide a reflective grating which makes it possible to reduce the number of transitions while increasing the possibilities of variation of the phase of the waves reflected by the radiating elements.
  • a final object of the invention is to provide a reflector network comprising elementary radiating elements having a simple and compact radiating structure.
  • the aperture may be an annular gap having a progressively increasing electrical length from one radiating element to another adjacent radiating element
  • the metal patch may be a metal ring having an evolutive width from one radiating element to another element. radiating adjacent.
  • the pattern may comprise at least one radiating element comprising at least one metal patch and two concentric annular slots made in the metal patch.
  • the pattern may comprise a plurality of radiating elements comprising a metal patch and several concentric annular slots made in the metal patch, at least one of the annular slots of a radiating element having an evolutionary electrical length relative to another adjacent radiating element.
  • the pattern may comprise a radiating element comprising a complete metal patch and a plurality of consecutive radiating elements comprising a metal patch and a plurality of concentric annular slots in the metal patch, the annular slots having an evolutionary length independently or simultaneously of a radiating element with another radiating element adjacent.
  • the pattern may comprise at least one radiating element comprising an annular slot or a plurality of concentric annular slots and at least one short-circuit means and / or capacitive means placed in at least one annular slot, the short-circuit means and / or the capacitive means varying the electrical length of the slot.
  • the short-circuit means may be a metallization sectioning the slot at a predetermined location and length or a microswitch.
  • each radiating element of the pattern may comprise at least one micro-switch, each micro-switch being positioned in an annular slot at a predetermined location and in a chosen open or closed state, all the annular slots having the same width.
  • the pattern may comprise several consecutive radiating elements comprising a plurality of concentric annular slots, all the radiating elements comprising the same number of microswitches positioned at the same locations in the annular slots, the microswitches of all the radiating elements of the pattern being configured. in different states, the states of the micro-switches gradually varying from one radiating element to another adjacent radiating element.
  • the radiating elements have a geometric shape chosen from a hexagon shape or a cross shape with two perpendicular branches.
  • the invention also relates to a reflector array antenna comprising at least one reflector array.
  • the figure 1 shows an example of a reflector array antenna having an optimized reflector array 11, as described hereinafter, forming a periodic reflective surface 14 and a primary source 13 for illuminating the reflector array 11 with an incident wave.
  • FIG. 2 On the figure 2 is shown an example of elementary radiating element 12 of square shape having sides of length m, comprising a metal patch 15 printed on an upper face of a dielectric substrate 16 provided with a metal ground plane 17 on its underside.
  • the metal patch 15 has a square shape having sides of dimension p and has two slots 18 of length b and width k practiced at its center, the slots being arranged in the form of a cross.
  • the plane of the reflecting surface of the radiating element is the XY plane.
  • the shape of the elementary radiating elements 12 is not limited to a square, it may also be rectangular, triangular, circular, hexagonal, cross-shaped, or any other geometric shape.
  • the slots can also be made in a different number of two and their arrangement can be different from a cross.
  • the figure 3a shows an example of arrangement of the radiating elements of a reflector array antenna, according to the prior art.
  • radiating elements 12 similar to those of the figure 2 but having variable metal patch dimensions are arranged in a reflector array 11 having sudden breaks in periodicity.
  • the figure 3b is an enlargement of an example of a sudden break in periodicity. Indeed, some adjacent radiating elements, such as the elements 22 and 23, are very different from each other. At the transitions between two very different adjacent radiating elements, there is a discontinuity which induces a diffraction 19 of the radiation reflected by the reflector grating and an attenuation of the electromagnetic field radiated above the radiating surface.
  • the figure 4 shows the attenuations 40 of the electromagnetic field obtained with the reflector network of the figure 3a .
  • This figure 4 shows that there is a very clear correspondence between the intervals of periodicity of the radiating surface of the figure 3a and attenuations of the electromagnetic field radiated above this surface.
  • This arrangement gives a disturbed radiation pattern with an increase in the level of the side lobes and does not allow to obtain a good directivity of the antenna comprising this reflector network.
  • the figure 5 represents an example of a semi-periodic pattern comprising a one-dimensional arrangement of a plurality of elementary radiating elements and making it possible to obtain a 360 ° phase rotation, according to the invention.
  • the geometric shape of the radiating elements is hexagonal, their peripheral circumferential dimension is identical. They are made in planar technology and their radiating structure is not more complex than that of the radiating elements represented on the plate. figure 2 but said radiating structure evolves progressively from a radiating element to an adjacent radiating element, in the plane of the reflecting surface 14, and therefore does not exhibit a sudden rupture between two adjacent radiating elements.
  • the first 1 and the last 9 radiating element are identical. This makes it possible to realize a phase variation loop of 360 ° since the final state is identical to the initial state.
  • the first element 1 comprises a peripheral circumferential metal ring 26 delimiting an internal cavity 27.
  • the following three consecutive elements 2, 3, 4 also comprise a peripheral circumferential metal ring 26 delimiting an internal cavity 27, the width of the ring progressively increasing from one radiating element to a second radiating element immediately adjacent to obtaining the fifth element 5, placed in the center of the pattern, which is a complete metal patch 25.
  • the following consecutive radiating elements 7, 8 have a hexagonal slot 24 whose width increases progressively until the disappearance of the internal metal patch 25 as the radiating element 9.
  • a change in the width or length of the slot, or the addition of a capacitive load has the effect of modifying the wave propagation characteristics in the slot and affecting the electrical length of the slot.
  • the electrical length of a slot corresponds to its physical length relative to the wavelength that propagates there.
  • a resonant cavity is formed between the metal patch and the metal ground plane.
  • Part of the incident wave illuminating this radiating element is then transmitted to the metal ground plane of the radiating element which reflects the incident wave with a phase shift.
  • the opening thus introduces a phase shift in the wave reflected by the radiating element which is all the more important as the opening is large.
  • the maximum phase shift is obtained when the radiating element 1, 9 no longer comprises a metal patch but only a thin metal ring delimiting a resonant cavity.
  • phase variation cycle such as that shown in FIG. figure 5 it is possible to obtain a phase shift greater than 360 °. For this, it suffices to repeat several times the same pattern of variation of the structure of the radiating elements.
  • the number of radiating elements for make a pattern may be different from that of the figure 5 , but it is necessary enough so as not to create a sudden break in the periodicity of the reflecting surface 14.
  • a first element 50 consists of a complete metal patch, and each of the three following radiating elements 51, 52, 53 comprises three concentric hexagonal slots 54, 55, 56 made in a metal patch.
  • the width of the slots, in the plane of the reflecting surface 14, increases between the second 51 and the third 52 element and then the width of the metal areas increases between the third 52 and the fourth 53 element.
  • the radiating elements, in number of four on the figure 6 can be arranged according to the pattern shown in this example, this pattern can be reproduced recursively on the entire reflecting surface 14.
  • the frequency of the incidence wave it is one or the other of the three slots of the patch that resonates.
  • the widths of the three slots evolve simultaneously, but the invention is not limited to this case. It is also possible to produce a pattern comprising radiating elements in which the slots have widths that evolve independently of one another and / or radiating elements in which only one or two slots have a width which changes from one element radiating to another adjacent radiating element.
  • the radiating elements having several slots in a metal patch make it possible to achieve a progression of the phase variation more elaborate than with elements having only one slot. They make it possible to obtain a range of phase variation up to 1000 ° and to reduce the number of transitions.
  • the radiating elements have a hexagonal shape, but the same principle can be used for all types of geometric shapes, such as, for example, a square, rectangular, circular, triangular shape, a cross, or another form.
  • the radiating elements comprising at least one slot, to gradually introduce one or more short circuits as described above in connection with the figure 7 or further in connection with the figure 8 .
  • radiating elements comprise a patch 25 and a slot 24, or several slots, into which is introduced one or more short-circuits 28 for varying the electrical length of the slot.
  • Short circuits 28 may be of the passive type when they consist of a simple metallization sectioning the slot 24 at a predetermined location and length to obtain at least two half-slots 24a and 24b of selected lengths.
  • the short circuits can be of the active type when they are made by means of micro-switches, for example of the MEMS type (in English: Micro Electro-Mechanical System) or diodes.
  • MEMS Micro Electro-Mechanical System
  • radiators with multiple resonators coupled together in a reflector network thus makes it possible to considerably reduce the number of abrupt transitions in the reflector network and to reduce all the perturbations induced on the radiation pattern.
  • Another advantage is that with a number of degrees of increased freedom, it is possible to guarantee the required phase shift not only at central frequency, but also at several other frequencies of the bandwidth of the reflector network.
  • the figure 8a shows an example of a radiating element in the shape of a cross with two perpendicular branches.
  • the cross and the hexagon have the property of being miniature because the slits that determine the resonance are curved. This allows to insert several separate resonators on the metal patch and with four slots for example, it is possible to vary the phase up to 1000 ° without creating strong transitions.
  • the cross has three concentric annular slots 81, 82, 83 made in a metal patch, but it could have a different number of three.
  • the hexagon it is possible to progressively control the variation of the phase on a reflecting surface by arranging a plurality of cross-shaped radiating elements having varying slot widths or metal ring widths. .
  • each cross may for example be inscribed inside a continuous metal grid 84 having a mesh of different geometric shape, for example square, rectangular or hexagonal.
  • a continuous metal grid 84 having a mesh of different geometric shape, for example square, rectangular or hexagonal.
  • MEMS type 85 In English: Micro Electro-Mechanical System
  • other switching systems as diodes, arranged in a chosen manner in the slots as represented for example on the figures 8a and 8b .
  • all the radiating elements have the same structure and all the annular slots have the same width.
  • the MEMS 85 placed in the slots 81, 82, 83 have two possible states, open or closed, and act as a short circuit or as an open circuit.
  • the pattern has ten identical cross-shaped radiating elements having three concentric annular slots and having the same number of MEMS, ie two MEMS paired along the Y axis, in the first innermost slot, six MEMS in the second slot, and six MEMS in the third outer slot.
  • the six MEMS of the second, respectively third, slot are paired in pairs along the Y axis and the other four MEMS paired together.
  • the first radiating element 90 all the MEMS are in a closed state.
  • the four MEMS of the third slot that are paired together are in an open state, all other MEMS being in a closed state.
  • the two MEMS of the first slot are in the open state and all the other MEMS are in the closed state.
  • the following radiating elements 93 to 98 comprise other combinations of states of the different MEMS up to the last radiating element 99 of the pattern for which all MEMS are in the same closed state as the first radiating element of the pattern. Such a pattern makes it possible to vary the phase of the radiating elements by 360 °.
  • the geometry of the radiating element figures 8a and 8b is in the shape of a cross, but alternatively MEMS can be placed in radiating elements having another geometry such as a hexagon, square, rectangle or any other desired shape.
  • a radiating element in the shape of a cross or in the form of a hexagon has the advantage of being very compact and therefore broadband.
  • a radiating element in the form of a cross makes it possible to obtain an antenna operating between 11 and 14 GHz.
  • a cross shape has the advantage of being compatible with a square or rectangular mesh, which simplifies the production of a panel comprising a reflector network composed of radiating elements having this cross shape.
  • radiating elements having one or more slots of scalable width and radiating elements having one or more slots having a scalable electrical length may include radiating elements having at least one slot passively short-circuited and / or radiating elements having at least one slot actively short-circuited and / or radiating elements having at least one slot incorporating capacitive MEMS.
  • FIG 9 illustrates an example of a database according to the invention.
  • This database contains the radiating elements 1 to 9 of the figure 5 and additional radiating elements 63 to 68 having different intermediate structures. Using this database to correctly select the path of variation, it is possible to achieve a gradual variation of the phase of a reflected wave, from a gradual physical variation of the radiating elements. On this figure 9 different possible paths make it possible to obtain a progressive phase variation of 360 °. Two examples of paths 61, 62 are shown.
  • phase variation obtained for a variation path such as the path 61 or 62, chosen in the database of the figure 9 , for an angle of incidence of the plane wave e equal to 30 ° and three different central frequencies, is represented on the figure 11 .
  • the three frequencies of this example are 14 GHz, 14.25 GHz, 14.50 GHz and the phase variation obtained is between 60 ° and 420 ° for a pattern having 45 different radiating elements.
  • This figure 11 shows a progressive phase variation that does not include a sudden jump.
  • the database may be extended to radiating elements having a plurality of hexagonal slots. In this case, it becomes possible to achieve exactly the desired phase shift for the center frequency of the antenna radiation pattern as well as the desired phase dispersion.
  • the radiating elements chosen to achieve a predetermined phase variation can then be arranged according to a two-dimensional reflective network as represented for example on the figure 10 .
  • the reflective network thus produced makes it possible to obtain a progressive variation of the phase of the incident waves reflected by the network from a progressive physical variation of the elementary radiating elements of the network.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Le réseau réflecteur comporte une pluralité d'éléments rayonnants élémentaires formant une surface réfléchissante sans transition brusque et est caractérisé en ce que : - chaque élément rayonnant de la surface réfléchissante est choisi parmi un ensemble d'éléments rayonnants consécutifs prédéterminés, appelé motif, - Le premier (1) et le dernier (9) éléments du motif correspondent à une même phase modulo 360° et sont identiques, - Les éléments rayonnants (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) du motif ont une structure rayonnante, de type patch métallique et/ou de type ouverture rayonnante, progressivement évolutive d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent, l'évolution de la structure rayonnante comportant une succession de croissances progressives d'au moins un patch métallique (25) et/ou d'au moins une ouverture (27) et d'apparitions d'au moins un patch métallique (25) dans une ouverture (27) et/ou d'au moins une ouverture (27) dans un patch métallique (25).

Description

  • La présente invention concerne un réseau réflecteur pour une antenne réseau réflecteur. Elle s'applique notamment aux antennes montées sur un engin spatial tel qu'un satellite de télécommunication ou aux antennes des terminaux terrestres pour les systèmes de télécommunications ou de diffusion par satellite.
  • Une antenne réseau réflecteur 10 (en anglais : reflectarray antenna) telle que représentée par exemple sur la figure 1, comporte un ensemble d'éléments rayonnants élémentaires 12 assemblés en réseau 11 à une ou deux dimensions et formant une surface réfléchissante 14 permettant d'augmenter la directivité et le gain de l'antenne 10. Les éléments rayonnants élémentaires, appelés aussi cellules élémentaires, du réseau réflecteur, de type patchs métalliques et/ou fentes, ont des paramètres variables, tels que par exemple, les dimensions géométriques des motifs gravés (longueur et largeur des « patchs » ou des fentes) qui sont réglés de façon à obtenir un diagramme de rayonnement choisi. Comme représenté par exemple sur la figure 2, les éléments rayonnants élémentaires 12 peuvent être constitués par des patchs métalliques chargés de fentes rayonnantes et séparés d'un plan de masse métallique d'une distance typique comprise entre λg/10 et λg/6, où λg est la longueur d'onde guidée dans le milieu espaceur. Ce milieu espaceur peut être un diélectrique, mais aussi un sandwich composite réalisé par un agencement symétrique d'un séparateur de type Nid d'abeille et de peaux diélectriques de fines épaisseurs. Pour que l'antenne 10 soit performante, il faut que la cellule élémentaire puisse contrôler précisément le déphasage qu'elle produit sur une onde incidente, pour les différentes fréquences de la bande passante. Il faut également que le procédé de fabrication du réseau réflecteur soit le plus simple possible.
  • L'agencement (en anglais : lay-out) des éléments rayonnants dans le réseau réflecteur requiert une attention importante. Il doit respecter, au moins approximativement, une périodicité forte qui définit les caractéristiques en réflexion du réseau réflecteur (Typiquement inférieure à 0,65 λ et préférentiellement égale à 0,5 λ, où λ est la longueur d'onde en espace libre). Comme expliqué ci-dessous, plus la périodicité est importante, meilleures sont les performances. Cependant les réseaux réflecteurs actuellement connus présentent un problème majeur.
  • L'agencement des éléments rayonnants élémentaires les uns par rapport aux autres pour constituer un réseau réflecteur est synthétisé de façon à obtenir un diagramme de rayonnement donné dans une direction de pointage choisie pour réaliser une couverture donnée. La figure 3a montre un exemple d'arrangement des éléments rayonnants d'une antenne réseau réflecteur selon l'art antérieur, permettant d'obtenir un faisceau directif pointé dans une direction latérale par rapport à l'antenne. En raison de la planéité du réseau réflecteur et des différences de longueurs de trajet d'une onde émise par une source primaire 13 jusqu'à chaque élément rayonnant du réseau, l'illumination du réseau réflecteur par une onde incidente provenant d'une source primaire 13 provoque une distribution de phase du champ électromagnétique au-dessus de la surface réfléchissante 14. Les dimensions des éléments rayonnants sont donc définies de façon que l'onde incidente soit réfléchie par le réseau 11 avec un décalage de phase qui compense la phase relative de l'onde incidente. Les éléments rayonnants 12 ne sont donc pas tous entourés par des éléments semblables, et les transitions d'un élément rayonnant à un autre sont d'autant plus importantes que la variation de phase est rapide.
  • Il en résulte deux problèmes : D'une part, l'approximation usuelle qui consiste à calculer les caractéristiques électriques des éléments rayonnants avec l'hypothèse d'une périodicité infinie, n'est plus valable pour ces éléments. D'autre part, un phénomène de diffraction apparaît à ces zones de rupture de la pseudo-périodicité de l'arrangement des éléments rayonnants élémentaires 12. Alors que l'amplitude du champ électrique est supposée suivre une distribution apodisée liée à la largeur du faisceau de la source primaire 13, la distribution mesurée du champ électrique rayonné au-dessus de l'ensemble du réseau réflecteur 11 présente des zones où elle est amortie, qui correspondent précisément à la localisation de ces fortes transitions. Plus la maille du réseau réflecteur est importante, plus cette diffraction est forte. Ceci provoque une augmentation du niveau des lobes secondaires qui, même s'il reste inférieur à -20dB, crée une dégradation de la directivité de l'antenne 10 associée qui n'est pas acceptable pour une antenne de télécommunication.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un réseau réflecteur n'introduisant pas de fortes ruptures de périodicité des éléments rayonnants sur la surface réfléchissante et permettant ainsi de réduire les perturbations dans le diagramme de rayonnement et d'améliorer la directivité de l'antenne réseau comportant un tel réseau réflecteur.
  • Un autre but de l'invention est de proposer un réseau réflecteur qui permet de réduire le nombre de transitions tout en augmentant les possibilités de variation de la phase des ondes réfléchies par les éléments rayonnants.
  • Un dernier but de l'invention est de proposer un réseau réflecteur comportant des éléments rayonnants élémentaires ayant une structure rayonnante simple et compacte.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un réseau réflecteur comportant une pluralité d'éléments rayonnants élémentaires disposés les uns à côtés des autres et formant une surface réfléchissante sans transition brusque et apte à réfléchir des ondes incidentes avec une loi de variation de phase choisie pour réaliser une couverture donnée, caractérisé en ce que :
    • les éléments rayonnants élémentaires sont réalisés en technologie planaire,
    • chaque élément rayonnant de la surface réfléchissante est choisi parmi un ensemble d'éléments rayonnants consécutifs prédéterminés, appelé motif, le motif étant apte à créer une variation de phase progressive d'au moins 360° entre un premier élément et un dernier élément du motif,
    • Le premier élément et le dernier élément du motif correspondent à une même phase modulo 360° et sont identiques,
    • Les éléments rayonnants du motif ont une structure rayonnante, de type patch métallique et/ou de type ouverture rayonnante, progressivement évolutive d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent, l'évolution de la structure rayonnante comportant une succession de croissances progressives d'au moins un patch métallique et/ou d'au moins une ouverture et d'apparitions d'au moins un patch métallique dans une ouverture et/ou d'au moins une ouverture dans un patch métallique.
  • Par exemple, l'ouverture peut être une fente annulaire ayant une longueur électrique progressivement croissante d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent et le patch métallique peut être un anneau métallique ayant une largeur évolutive d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent.
  • Selon un mode de réalisation, le motif comporte :
    • plusieurs premiers éléments rayonnants consécutifs comportant un anneau métallique délimitant une ouverture interne dans lesquels la largeur de l'anneau métallique croît progressivement d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent jusqu'à l'obtention d'un patch métallique complet, et
    • plusieurs deuxièmes éléments consécutifs comportant un patch métallique interne et au moins une fente annulaire dans lesquels la largeur de la fente annulaire croît progressivement d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent jusqu'à la disparition du patch métallique interne et l'obtention d'un anneau métallique.
  • Avantageusement, le motif peut comporter au moins un élément rayonnant comportant au moins un patch métallique et deux fentes annulaires concentriques pratiquées dans le patch métallique.
  • Avantageusement, le motif peut comporter plusieurs éléments rayonnants comportant un patch métallique et plusieurs fentes annulaires concentriques pratiquées dans le patch métallique, au moins l'une des fentes annulaires d'un élément rayonnant ayant une longueur électrique évolutive par rapport à un autre élément rayonnant adjacent.
  • Avantageusement, le motif peut comporter un élément rayonnant comportant un patch métallique complet et plusieurs éléments rayonnants consécutifs comportant un patch métallique et plusieurs fentes annulaires concentriques pratiquées dans le patch métallique, les fentes annulaires ayant une longueur évolutive indépendamment ou simultanément d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent.
  • Avantageusement, le motif peut comporter au moins un élément rayonnant comportant une fente annulaire ou plusieurs fentes annulaires concentriques et au moins un moyen court-circuit et/ou un moyen capacitif placé dans au moins une fente annulaire, le moyen court-circuit et/ou le moyen capacitif faisant varier la longueur électrique de la fente.
  • Le moyen court-circuit peut être une métallisation sectionnant la fente à un endroit et sur une longueur prédéterminés ou un micro-commutateur.
  • Avantageusement, chaque élément rayonnant du motif peut comporter au moins un micro-commutateur, chaque micro-commutateur étant positionné dans une fente annulaire à un endroit prédéterminé et dans un état ouvert ou fermé choisi, toutes les fentes annulaires ayant la même largeur.
  • Avantageusement, le motif peut comporter plusieurs éléments rayonnants consécutifs comportant plusieurs fentes annulaires concentriques, tous les éléments rayonnants comportant un même nombre de micro-commutateurs positionnés aux mêmes endroits dans les fentes annulaires, les micro-commutateurs de tous les éléments rayonnants du motif étant configurés dans des états différents, les états des micro-commutateurs variant progressivement d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent.
  • Préférentiellement, les éléments rayonnants ont une forme géométrique choisie parmi une forme d'hexagone ou une forme de croix à deux branches perpendiculaires.
  • L'invention concerne également une antenne réseau réflecteur, comportant au moins un réseau réflecteur.
  • 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 1 : un schéma d'un exemple d'antenne réseau réflecteur;
    • figure 2 : un schéma d'un exemple d'élément rayonnant élémentaire réalisé en technologie planaire;
    • figure 3a : un schéma d'un exemple d'arrangement des éléments rayonnants d'un réseau réflecteur, selon l'art antérieur;
    • figure 3b : un agrandissement d'un exemple de rupture brutale de la périodicité d'un réseau réflecteur, selon l'art antérieur ;
    • figure 4 : un exemple d'atténuations du champ électromagnétique rayonné au-dessus de la surface rayonnante de l'antenne réseau de la figure 3a ;
    • figure 5 : un schéma d'un exemple de motif périodique comportant un arrangement à une dimension de plusieurs éléments rayonnants élémentaires et permettant d'obtenir une rotation de phase de 360°, selon l'invention ;
    • figure 6 : un schéma d'un exemple d'éléments rayonnants élémentaires comportant plusieurs fentes de largeurs évolutives, selon l'invention ;
    • figure 7 : un schéma d'un exemple d'éléments rayonnants élémentaires comportant au moins une fente et au moins un court-circuit, selon l'invention ;
    • figure 8a : un exemple d'élément rayonnant comportant des MEMS, selon l'invention ;
    • figure 8b : un exemple de motif périodique constitué de plusieurs éléments rayonnants en forme de croix munis de trois fentes annulaires concentriques et de MEMS dans chaque fente, selon l'invention ;
    • figure 9 : un schéma d'un exemple d'une base de données à deux dimensions comportant des arrangements de plusieurs éléments rayonnants élémentaires de structure différente et deux exemples de chemins de variation possibles permettant d'obtenir une rotation de phase de 360°, selon l'invention ;
    • figure 10: un exemple d'implantation des éléments rayonnants pour un réseau réflecteur d'une antenne, selon l'invention ;
    • figure 11 : un exemple de variation de phase correspondant aux deux chemins de variation de la figure 9, selon l'invention ;
  • La figure 1 montre un exemple d'antenne réseau réflecteur comportant un réseau réflecteur 11 optimisé, comme décrit ci-après, formant une surface réfléchissante 14 périodique et une source primaire 13 pour illuminer le réseau réflecteur 11 avec une onde incidente.
  • Sur la figure 2 est représenté un exemple d'élément rayonnant élémentaire 12 de forme carré ayant des côtés de longueur m, comportant un patch métallique 15 imprimé sur une face supérieure d'un substrat diélectrique 16 muni d'un plan de masse métallique 17 sur sa face inférieure. Le patch métallique 15 a une forme de carré ayant des côtés de dimension p et comporte deux fentes 18 de longueur b et de largeur k pratiquées en son centre, les fentes étant disposées en forme de croix. Dans un repère à trois dimensions XYZ, le plan de la surface réfléchissante de l'élément rayonnant est le plan XY. La forme des éléments rayonnants élémentaires 12 n'est pas limitée à un carré, elle peut également être rectangulaire, triangulaire, circulaire, hexagonale, en forme de croix, ou toute autre forme géométrique. Les fentes peuvent également être réalisées en un nombre différent de deux et leur disposition peut être différente d'une croix.
  • La figure 3a montre un exemple d'arrangement des éléments rayonnants d'une antenne réseau réflecteur, selon l'art antérieur. Sur cette figure, des éléments rayonnants 12 similaires à ceux de la figure 2 mais ayant des dimensions de patch métallique 15 variables sont arrangés en un réseau réflecteur 11 comportant des ruptures brutales de périodicité. La figure 3b est un agrandissement d'un exemple de rupture brutale de périodicité. En effet, certains éléments rayonnants adjacents, tels que les éléments 22 et 23, sont très différents les uns des autres. Aux transitions entre deux éléments rayonnants adjacents très différents, il y a une discontinuité qui induit une diffraction 19 du rayonnement réfléchi par le réseau réflecteur et une atténuation du champ électromagnétique rayonné au-dessus de la surface rayonnante. La figure 4 montre les atténuations 40 du champ électromagnétique obtenu avec le réseau réflecteur de la figure 3a. Cette figure 4 montre qu'il y a une correspondance très nette entre les ruptures de périodicité de la surface rayonnante de la figure 3a et les atténuations du champ électromagnétique rayonné au-dessus de cette surface. Cet arrangement donne un diagramme de rayonnement perturbé avec un accroissement du niveau des lobes secondaires et ne permet pas d'obtenir une bonne directivité de l'antenne comportant ce réseau réflecteur.
  • La figure 5 représente un exemple de motif semi-périodique comportant un arrangement à une dimension de plusieurs éléments rayonnants élémentaires et permettant d'obtenir une rotation de phase de 360°, selon l'invention. Dans cet exemple, la forme géométrique des éléments rayonnants est hexagonale, leur dimension circonférentielle périphérique est identique. Ils sont réalisés en technologie planaire et leur structure rayonnante n'est pas plus complexe que celle des éléments rayonnants représentés sur la figure 2 mais ladite structure rayonnante évolue progressivement d'un élément rayonnant à un élément rayonnant adjacent, dans le plan de la surface réfléchissante 14, et ne présente donc pas de rupture brutale entre deux éléments rayonnants adjacents. Le premier 1 et le dernier 9 élément rayonnant sont identiques. Cela permet de réaliser une boucle de variation de phase de 360° puisque l'état final est identique à l'état initial.
  • Dans cet exemple, le premier élément 1 comporte un anneau métallique circonférentiel périphérique 26 délimitant une cavité interne 27. Les trois éléments consécutifs suivants 2, 3, 4 comportent également un anneau métallique circonférentiel périphérique 26 délimitant une cavité interne 27, la largeur de l'anneau croissant progressivement d'un élément rayonnant à un deuxième élément rayonnant immédiatement adjacent jusqu'à l'obtention du cinquième élément 5, placé au centre du motif, qui est un patch métallique complet 25. A partir du sixième élément 6, une fente annulaire 24, par exemple hexagonale lorsque les éléments rayonnants ont une forme hexagonale, est introduite au voisinage de la périphérie du patch métallique interne 25 et un anneau métallique circonférentiel 26 est laissé à la périphérie. Les éléments rayonnants consécutifs suivants 7, 8 ont une fente hexagonale 24 dont la largeur croît progressivement jusqu'à la disparition du patch métallique interne 25 comme l'élément rayonnant 9. Au lieu d'agir sur la largeur de la fente, il est également possible d'agir sur la longueur de la fente ou de charger la fente par des charges capacitives. Une modification de la largeur ou de la longueur de la fente, ou l'ajout d'une charge capacitive, a pour effet de modifier les caractéristiques de propagation des ondes dans la fente et d'affecter la longueur électrique de la fente. Pour rappel, la longueur électrique d'une fente correspond à sa longueur physique rapportée à la longueur d'onde qui s'y propage.
    Lorsque l'élément rayonnant est un patch métallique complet 5, une onde incidente provenant d'une source primaire 13 qui illumine cet élément rayonnant est complètement réfléchie par le patch. Lorsque le patch métallique présente une ouverture, telle qu'une fente par exemple, une cavité résonante se forme entre le patch métallique et le plan de masse métallique. Une partie de l'onde incidente illuminant cet élément rayonnant est alors transmise vers le plan de masse métallique de l'élément rayonnant qui réfléchit l'onde incidente avec un déphasage. L'ouverture introduit donc un déphasage dans l'onde réfléchie par l'élément rayonnant qui est d'autant plus important que l'ouverture est grande. Par rapport à un élément rayonnant comportant un patch complet, le déphasage maximal, est obtenu lorsque l'élément rayonnant 1, 9 ne comporte plus de patch métallique mais seulement un fin anneau métallique délimitant une cavité résonante.
  • Avec un cycle de variation de phase complet tel que celui représenté à la figure 5, il est possible d'obtenir un déphasage supérieur à 360°. Pour cela, il suffit de répéter plusieurs fois le même motif de variation de la structure des éléments rayonnants. Le nombre d'éléments rayonnants pour réaliser un motif peut être différent de celui de la figure 5, mais il en faut suffisamment de façon à ne pas créer de rupture brutale dans la périodicité de la surface réfléchissante 14. Pour obtenir des possibilités supplémentaires de variation de phase et limiter encore le nombre de transitions brusques dans le réseau réflecteur, il est également possible d'ajouter un ou plusieurs éléments rayonnants additionnels dans le motif représenté sur la figure 5.
  • Plusieurs fentes peuvent être réalisées dans le patch métallique des éléments rayonnants de façon à obtenir plusieurs résonateurs couplés par élément rayonnants élémentaires comme représenté sur la figure 6. Dans cet exemple, un premier élément 50 est constitué d'un patch métallique complet, et chacun des trois éléments rayonnants suivants 51, 52, 53 comporte trois fentes 54, 55, 56 hexagonales concentriques pratiquées dans un patch métallique. La largeur des fentes, dans le plan de la surface réfléchissante 14, augmente entre le deuxième 51 et le troisième 52 élément puis la largeur des zones métalliques augmente entre le troisième 52 et le quatrième 53 élément. Les éléments rayonnants, en nombre de quatre sur la figure 6, peuvent être arrangés selon le motif montré sur cet exemple, ce motif pouvant être reproduit de manière récursive sur toute la surface réfléchissante 14. Selon la fréquence de l'onde incidence, c'est l'une ou l'autre des trois fentes du patch qui résonne. Sur l'exemple de la figure 6 les largeurs des trois fentes évoluent simultanément, mais l'invention n'est pas limitée à ce cas. Il est également possible de réaliser un motif comportant des éléments rayonnants dans lesquels les fentes ont des largeurs qui évoluent indépendamment l'une de l'autre et/ou des éléments rayonnants dans lesquels seules une ou deux fentes ont une largeur qui évolue d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent.
  • L'avantage des éléments rayonnants comportant plusieurs fentes dans un patch métallique est qu'ils permettent de réaliser une progression de la variation de phase plus élaborée qu'avec des éléments ne comportant qu'une seule fente. Ils permettent d'obtenir une gamme de variation de phase jusqu'à 1000° et de réduire le nombre de transitions. Dans les cas précisément décrits ci-dessus, les éléments rayonnants ont une forme hexagonale, mais le même principe peut être utilisé pour tous types de formes géométriques, tel que par exemple, une forme carrée, rectangulaire, circulaire, triangulaire, une croix, ou une autre forme.
  • Alternativement, il est possible de combiner dans un même motif, des éléments rayonnants ne comportant pas de fente et des éléments rayonnants comportant une ou plusieurs fentes. En introduisant progressivement les fentes dans des éléments rayonnants consécutifs, il est possible de réduire encore le nombre de transitions et d'élargir encore la gamme de variation de la phase des ondes réfléchies par les éléments rayonnants d'un motif.
  • Il est également possible, à titre de variante de réalisation de l'invention pour les éléments rayonnants comportant au moins une fente, d'introduire progressivement un ou plusieurs court-circuits comme décrit ci-dessus en liaison avec la figure 7 ou plus loin en liaison avec la figure 8.
  • Sur la figure 7, des éléments rayonnants comportent un patch 25 et une fente 24, ou plusieurs fentes, dans laquelle est introduit un ou plusieurs court-circuits 28 permettant de faire varier la longueur électrique de la fente. Les court-circuits 28 peuvent être de type passif lorsqu'ils sont constitués d'une simple métallisation sectionnant la fente 24 à un endroit et sur une longueur prédéterminés pour obtenir au moins deux demi-fentes 24a et 24b de longueurs choisies. Alternativement, les court-circuits peuvent être de type actif lorsqu'ils sont réalisés au moyen de micro-commutateurs, par exemple de type MEMS (En anglais : Micro Electro-Mechanical System) ou diodes. L'ajout des court-circuits 28 placés dans une fente 24 d'un élément rayonnant élémentaire permet de réaliser ainsi plusieurs résonateurs sur le même élément rayonnant élémentaire, d'accroître ainsi les possibilités de variation de la phase et de diminuer encore le nombre de transitions brusques.
  • Il est possible dans un même élément rayonnant et/ou dans deux ou plusieurs éléments rayonnants différents d'un même motif de combiner des fentes ayant un ou plusieurs court-circuits actifs et des fentes ayant un ou plusieurs court-circuits passifs. Toutes les combinaisons possibles étant envisageables dans le cadre de la présente invention.
  • L'utilisation de ces éléments rayonnants à résonateurs multiples couplés entre eux dans un réseau réflecteur permet donc de réduire considérablement le nombre de transitions brusques dans le réseau réflecteur et de diminuer d'autant les perturbations induites sur le diagramme de rayonnement. Un autre avantage est qu'avec un nombre de degrés de liberté accru, il est permis de garantir le déphasage requis non seulement à fréquence centrale, mais aussi en plusieurs autres fréquences de la bande passante du réseau réflecteur.
  • La figure 8a montre un exemple d'élément rayonnant en forme de croix à deux branches perpendiculaires. La croix et l'hexagone, présentent la propriété d'être miniatures car les fentes qui déterminent la résonance sont courbées. Ceci permet d'insérer plusieurs résonateurs distincts sur le patch métallique et avec quatre fentes par exemple, il est possible de faire varier la phase jusqu'à 1000° sans créer de transitions fortes.
  • Sur la figure 8a, la croix comporte trois fentes annulaires concentriques 81, 82, 83 pratiquées dans un patch métallique, mais elle pourrait en comporter un nombre différent de trois. De la même façon que pour l'hexagone, il est possible de piloter progressivement la variation de la phase sur une surface réfléchissante en agençant plusieurs éléments rayonnants en forme de croix et ayant des largeurs de fentes, ou des largeurs d'anneaux métalliques, variables.
  • Comme représenté sur la figure 8b, pour obtenir des éléments rayonnants jointifs, chaque croix peut par exemple être inscrite à l'intérieur d'une grille métallique continue 84 ayant une maille de forme géométrique différente, par exemple carrée, rectangulaire ou hexagonale. Alternativement, au lieu de faire varier la géométrie des fentes, il est possible de faire varier la phase en utilisant des micro-commutateurs par exemple de type MEMS 85 (En anglais : Micro Electro-Mechanical System) ou d'autres systèmes de commutations comme des diodes, disposées de façon choisie dans les fentes comme représenté par exemple sur les figures 8a et 8b. Dans ce cas, tous les éléments rayonnants ont la même structure et toutes les fentes annulaires ont la même largeur. Les MEMS 85 placés dans les fentes 81, 82, 83 ont deux états possibles, ouvert ou fermé, et agissent comme court-circuit ou comme circuit ouvert. Ils peuvent agir également comme une charge capacitive variable dans le cas de MEMS capacitifs. Ils permettent ainsi de faire varier la longueur électrique des fentes et donc la phase d'une onde réfléchie par chaque élément rayonnant. De la même façon que pour les éléments rayonnants à largeur de fentes variables, il est alors possible de piloter la phase des éléments rayonnants en plaçant, de façon prédéterminée, par exemple dans les zones les plus actives où le champ électromagnétique est le plus important, certains MEMS à l'état fermé et d'autres MEMS à l'état ouvert suivant la loi de déphasage souhaitée. Ainsi, par exemple, il est possible de réaliser un motif à variation de phase progressive et ne comportant pas de transition brutale, en utilisant plusieurs éléments rayonnants ayant la même géométrie, le même nombre de MEMS positionnés au même endroit dans les fentes annulaires, mais des MEMS configurés dans des états différents. Par exemple, avec un motif constitué de plusieurs éléments rayonnants en forme de croix ou d'hexagone, munis de trois fentes annulaires concentriques et de MEMS dans chaque fente, il est possible de faire varier progressivement la phase jusqu'à 1000° en court-circuitant progressivement les différentes fentes des éléments rayonnants adjacents jusqu'à obtenir un élément rayonnant ayant tous ses MEMS à l'état fermé, puis sur plusieurs éléments adjacents additionnels, à progressivement mettre les MEMS à l'état ouvert jusqu'à obtenir un élément rayonnant ayant tous ses MEMS à l'état ouvert. Il est également possible d'appairer certains MEMS et de les regrouper sur une même commande pour faire varier leur état ouvert ou fermé en même temps. Cela peut permettre par exemple dans le cas d'une géométrie en forme de croix à deux branches perpendiculaires, de conserver une symétrie miroir selon les deux axes X et Y des deux branches de la croix et d'éviter l'excitation de modes de rayonnement d'ordre supérieur au mode principal susceptibles de générer de la polarisation croisée et de diminuer la bande passante du réseau réflecteur.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 8b, le motif comporte dix éléments rayonnants identiques en forme de croix comportant trois fentes annulaires concentriques et ayant le même nombre de MEMS, soit deux MEMS appairés selon l'axe Y, dans la première fente la plus interne, six MEMS dans la deuxième fente et six MEMS dans la troisième fente externe. Les six MEMS de la deuxième, respectivement de la troisième, fente sont appairés par deux selon l'axe Y et les quatre autres MEMS appairés ensembles. Dans le premier élément rayonnant 90, tous les MEMS sont dans un état fermé. Dans le deuxième élément rayonnant 91, les quatre MEMS de la troisième fente qui sont appairés ensembles sont dans un état ouvert, tous les autres MEMS étant dans un état fermé. Dans le troisième élément rayonnant 92, les deux MEMS de la première fente sont à l'état ouvert et tous les autres MEMS sont à l'état fermé. Les éléments rayonnants suivants 93 à 98 comportent d'autres combinaisons d'états des différents MEMS jusqu'au dernier élément rayonnant 99 du motif pour lequel tous les MEMS sont dans le même état fermé que le premier élément rayonnant du motif. Un tel motif permet de faire varier la phase des éléments rayonnants sur 360°.
  • La géométrie de l'élément rayonnant des figures 8a et 8b est en forme de croix, mais on peut alternativement placer des MEMS dans des éléments rayonnants ayant une autre géométrie telle qu'une forme d'hexagone, de carré, de rectangle ou toute autre forme souhaitée.
  • Un élément rayonnant en forme de croix ou en forme d'hexagone présente l'avantage d'être très compact et donc à large bande. Plus le nombre de fentes annulaires, donc de résonateurs, est grand, plus l'élément rayonnant est compact et plus il est à large bande. En particulier, un élément rayonnant en forme de croix permet d'obtenir une antenne fonctionnant entre 11 et 14 GHz. En outre, une forme de croix présente l'avantage d'être compatible avec une maille carrée ou rectangulaire, ce qui simplifie la réalisation d'un panneau comportant un réseau réflecteur composé d'éléments rayonnants ayant cette forme de croix.
  • Alternativement, il est également possible de combiner dans un même motif, des éléments rayonnants ayant une ou plusieurs fentes de largeur évolutive et des éléments rayonnants ayant une ou plusieurs fentes ayant une longueur électrique évolutive, les éléments rayonnants ayant au moins une fente de longueur électrique évolutive pouvant comporter des éléments rayonnants comportant au moins une fente court-circuitée de manière passive et/ou des éléments rayonnants ayant au moins une fente court-circuitée de manière active et/ou des éléments rayonnants comportant au moins une fente incorporant des MEMS capacitifs.
  • Pour réaliser un arrangement à deux dimensions permettant d'obtenir une loi de variation de phase choisie sans créer de rupture brutale de périodicité, il peut être judicieux de créer une base de données comportant des éléments rayonnants différents ayant une structure évolutive permettant d'obtenir une variation de phase de 360°,comme décrit ci-dessus, et agencés selon un motif à deux dimensions. La figure 9 illustre un exemple de base de données selon l'invention. Cette base de données comporte les éléments rayonnants 1 à 9 de la figure 5 et des éléments rayonnants additionnels 63 à 68 ayant des structures intermédiaires différentes. En utilisant cette base de données pour sélectionner correctement le chemin de variation, il est possible de réaliser une variation progressive de la phase d'une onde réfléchie, à partir d'une variation physique progressive des éléments rayonnants. Sur cette figure 9, différents chemins possibles permettent d'obtenir une variation de phase progressive de 360°. Deux exemples de chemins 61, 62 sont représentés. Un exemple de variation de phase obtenue pour un chemin de variation, tel que le chemin 61 ou 62, choisi dans la base de données de la figure 9, pour un angle d'incidence de l'onde plane e égal à 30° et trois fréquences centrales différentes, est représenté sur la figure 11. Les trois fréquences de cet exemple sont 14 GHz, 14.25 GHz, 14.50 GHz et la variation de phase obtenue est comprise entre 60° et 420° pour un motif comportant 45 éléments rayonnants différents. Cette figure 11 montre une variation de phase progressive ne comportant pas de saut brutal.
  • La base de données peut être étendue aux éléments rayonnants comportant plusieurs fentes hexagonales. Dans ce cas, il devient possible de réaliser exactement le déphasage souhaité pour la fréquence centrale du diagramme de rayonnement de l'antenne ainsi que la dispersion de phases souhaitée.
  • Les éléments rayonnants choisis pour réaliser une variation de phase prédéterminée peuvent alors être arrangés selon un réseau réfléchissant à deux dimensions tel que représenté par exemple sur la figure 10. Le réseau réfléchissant ainsi réalisé permet d'obtenir une variation progressive de la phase des ondes incidentes réfléchies par le réseau à partir d'une variation physique progressive des éléments rayonnants élémentaires du réseau.
  • Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, 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. Réseau réflecteur comportant une pluralité d'éléments rayonnants élémentaires disposés les uns à côtés des autres et formant une surface réfléchissante sans transition brusque et apte à réfléchir des ondes incidentes avec une loi de variation de phase choisie pour réaliser une couverture donnée, caractérisé en ce que :
    - les éléments rayonnants élémentaires (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) sont réalisés en technologie planaire,
    - chaque élément rayonnant de la surface réfléchissante est choisi parmi un ensemble d'éléments rayonnants (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) consécutifs prédéterminés, appelé motif, le motif étant apte à créer une variation de phase progressive d'au moins 360° entre un premier élément (1) et un dernier élément (9) du motif,
    - Le premier (1) et le dernier (9) éléments du motif correspondent à une même phase modulo 360° et sont identiques,
    - Les éléments rayonnants (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) du motif ont une structure rayonnante, de type patch métallique et/ou de type ouverture rayonnante, progressivement évolutive d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent, l'évolution de la structure rayonnante comportant une succession de croissances progressives d'au moins un patch métallique (25) et/ou d'au moins une ouverture (27) et d'apparitions d'au moins un patch métallique (25) dans une ouverture (27) et/ou d'au moins une ouverture (27) dans un patch métallique (25).
  2. Réseau réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture (27) est une fente annulaire (24) ayant une longueur électrique progressivement croissante d'un élément rayonnant (7) à un autre élément rayonnant (8) adjacent.
  3. Réseau réflecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le patch métallique (25) est un anneau métallique (26) ayant une largeur évolutive d'un élément rayonnant (3) à un autre élément rayonnant (4) adjacent.
  4. Réseau réflecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le motif comporte :
    - plusieurs premiers éléments rayonnants (1, 2, 3, 4) consécutifs comportant un anneau métallique (26) délimitant une ouverture interne (27) dans lesquels la largeur de l'anneau métallique (26) croît progressivement d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent jusqu'à l'obtention d'un patch métallique complet (25) constituant un élément rayonnant (5), et
    - plusieurs deuxièmes éléments consécutifs (6, 7, 8, 9) comportant un patch métallique interne (25) et au moins une fente annulaire (24) dans lesquels la largeur de la fente annulaire (24) croît progressivement d'un élément rayonnant à un autre élément rayonnant adjacent jusqu'à la disparition du patch métallique interne (25) et l'obtention d'un anneau métallique (26).
  5. Réseau réflecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le motif comporte en outre au moins un élément rayonnant (51, 52, 53) comportant au moins un patch métallique (25) et deux fentes annulaires concentriques (54, 55, 56) pratiquées dans le patch métallique (25).
  6. Réseau réflecteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le motif comporte en outre plusieurs éléments rayonnants (51, 52, 53) comportant un patch métallique (25) et plusieurs fentes annulaires concentriques (54, 55, 56) pratiquées dans le patch métallique (25) et en ce que au moins une fente annulaire d'un élément rayonnant (51) a une longueur électrique évolutive par rapport à un autre élément rayonnant (52) adjacent.
  7. Réseau réflecteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le motif comporte un élément rayonnant (50) comportant un patch métallique complet (25) et plusieurs éléments rayonnants consécutifs (51, 52, 53) comportant un patch métallique (25) et plusieurs fentes annulaires concentriques (54, 55, 56) pratiquées dans le patch métallique (25), et en ce que les fentes annulaires ont une longueur évolutive indépendamment ou simultanément d'un élément rayonnant (51) à un autre élément rayonnant (52) adjacent.
  8. Réseau réflecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins un élément rayonnant comporte une fente annulaire (24) ou plusieurs fentes annulaires concentriques (54, 55, 56) et au moins un moyen court-circuit (28) et/ou un moyen capacitif placé dans au moins une fente annulaire (24, 54, 55, 56), le moyen court-circuit et/ou le moyen capacitif faisant varier la longueur électrique de la fente.
  9. Réseau réflecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen court-circuit (28) est une métallisation sectionnant la fente (24) à un endroit et sur une longueur prédéterminés.
  10. Réseau réflecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen court-circuit est un micro-commutateur (85).
  11. Réseau réflecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque élément rayonnant du motif comporte au moins un micro-commutateur (85) et en ce que chaque micro-commutateur (85) est positionné dans une fente annulaire (24) à un endroit prédéterminé et dans un état ouvert ou fermé choisi, toutes les fentes annulaires ayant la même largeur.
  12. Réseau réflecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le motif comporte plusieurs éléments rayonnants consécutifs (90 à 99), chaque élément rayonnant comportant plusieurs fentes annulaires concentriques (81, 82, 83), tous les éléments rayonnants comportant un même nombre de micro-commutateurs (85) positionnés aux mêmes endroits dans les fentes annulaires, les micro-commutateurs de tous les éléments rayonnants du motif étant configurés dans des états différents, les états des micro-commutateurs variant progressivement d'un élément rayonnant (90) à un autre élément rayonnant adjacent (91).
  13. Réseau réflecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments rayonnants ont une forme géométrique choisie parmi une forme d'hexagone ou une forme de croix à deux branches perpendiculaires.
  14. Antenne réseau réflecteur, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un réseau réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes.
EP09171108.5A 2008-10-07 2009-09-23 Réseau réflecteur et antenne comportant un tel réseau réflecteur Active EP2175523B1 (fr)

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