EP3075031B1

EP3075031B1 - Arrangement of antenna structures for satellite telecommunications

Info

Publication number: EP3075031B1
Application number: EP14803174.3A
Authority: EP
Inventors: Friedman Tchoffo Talom
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2024-05-22
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: WO2015079037A3; FR3013908B1; WO2015079037A2; EP3075031A2; ES2984634T3; FR3013908A1

Description

La présente invention concerne un agencement de structures antennaires pour télécommunications, une plateforme comprenant l'agencement de structures antennaires et un procédé de communication par satellites entre deux stations utilisant au moins l'agencement de structures antennaires.The present invention relates to an arrangement of antenna structures for telecommunications, a platform comprising the arrangement of antenna structures and a method of satellite communication between two stations using at least the arrangement of antenna structures.

Dans le domaine des communications satellitaires haut débit (c'est-à-dire ne transmettant pas uniquement de la voix), l'obtention d'une communication de bonne qualité implique des performances particulières pour les ondes électromagnétiques produites par la structure antennaire utilisée dans la communication en termes de gain et de niveau des lobes secondaires (rapport entre l'intensité des lobes secondaires et l'intensité du lobe principal).In the field of high-speed satellite communications (i.e. not only transmitting voice), obtaining good quality communication implies particular performances for the electromagnetic waves produced by the antenna structure used in communication in terms of gain and sidelobe level (ratio between the intensity of the sidelobes and the intensity of the main lobe).

Pour cela, il est connu d'utiliser, par exemple, une structure antennaire de type parabolique comprenant une source produisant des ondes électromagnétiques et une parabole agencée pour focaliser les ondes électromagnétiques produites par la source. La source est positionnée à un point focal de la parabole.For this, it is known to use, for example, a parabolic type antenna structure comprising a source producing electromagnetic waves and a parabola arranged to focus the electromagnetic waves produced by the source. The source is positioned at a focal point of the dish.

Afin d'avoir les meilleures performances au regard des critères mentionnés précédemment en termes de gain et de niveau des lobes secondaires, la parabole doit présenter un diamètre d'au moins 40 centimètres pour éviter un masquage important de la source émettrice.In order to have the best performance with regard to the criteria mentioned above in terms of gain and level of the secondary lobes, the dish must have a diameter of at least 40 centimeters to avoid significant masking of the transmitting source.

Toutefois, dans le cas précédent, pour pointer le faisceau rayonné dans une direction particulière, deux motorisations sont nécessaires. Aussi, la structure antennaire peut présenter un encombrement gênant dans certaines applications impliquant notamment l'implantation de la structure antennaire sur une plateforme aérienne, par exemple, sur un hélicoptère.However, in the previous case, to point the radiated beam in a particular direction, two motors are necessary. Also, the antennal structure may present an annoying bulk in certain applications involving in particular the installation of the antennal structure on an aerial platform, for example, on a helicopter.

Il est également connu d'utiliser une structure antennaire à balayage électronique par déphasage. Une telle structure antennaire implique d'utiliser des sources élémentaires le plus souvent sous la forme de patchs (notamment superposés) pour obtenir une bande passante relativement large. La vérification du critère en terme de gain pour la structure antennaire impose, en outre, de recourir à la mise en réseau d'un certain nombre de sources élémentaires.It is also known to use an antenna structure with electronic phase shift scanning. Such an antenna structure involves using elementary sources most often in the form of patches (in particular superimposed) to obtain a relatively wide bandwidth. Verification of the criterion in terms of gain for the antenna structure also requires recourse to the networking of a certain number of elementary sources.

Mais, cela entraîne une augmentation de l'encombrement global de la structure antennaire. De plus, dans le cas où l'émission d'une polarisation circulaire est souhaitée, l'emploi d'une structure antennaire à balayage électronique peut impliquer d'employer un polariseur additionnel ou une structure à double alimentation couplée, ce qui peut dégrader légèrement le gain de la structure rayonnante comprenant la structure antennaire et le polariseur. En outre, pour pointer le faisceau dans une direction particulière, au moins une motorisation est indispensable.But, this leads to an increase in the overall size of the antennal structure. Furthermore, in the case where the emission of circular polarization is desired, the use of an electronically scanned antenna structure may involve using an additional polarizer or a coupled double-feed structure, which may slightly degrade the gain of the radiating structure comprising the structure antenna and polarizer. In addition, to point the beam in a particular direction, at least one motorization is essential.

En fonction de l'encombrement global de la structure antennaire, des contraintes fortes en terme de couple moteur sont nécessaires au niveau du dispositif de motorisation à utiliser.Depending on the overall size of the antenna structure, strong constraints in terms of motor torque are necessary at the level of the motorization device to be used.

Dans certains contextes applicatifs, comme les plate-formes sous-marines, le recours à une motorisation ou à des éléments actifs (amplificateur-déphaseur) pour orienter le faisceau rayonnant dans l'une ou l'autre des directions est peu envisageable. Des agencement de structures antennaires pour télécommunications comportant des réseaux d'antennes du type hélicoïdal sont connus de SAMBASIVA RAO V ET AL: "Génération of dual beams from spherical phased array antenna", ELECTRONIC LETTERS, THE INSTITUTION OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY, vol. 45, no. 9, 23 avril 2009 (2009-04-23), pages 441-442, ISSN: 1350-911X, DOI: 10.1049/EL:20090452 et GREGORWICH W ET AL: "An autonomous antenna for aerospace applications", AEROSPACE APPLICATIONS CONFERENCE, 1993. DIGEST., 1993 IEEE STEAMBOAT, CO, USA 31 JAN.-5 FEB. 1993, NEW YORK, NY, USA, IEEE, US, 31 janvier 1993 (1993-01-31), pages 99-108, DOI: 10.1109/AERO.1993.255329ISBN: 978-0-7803-0980-7 .In certain application contexts, such as underwater platforms, the use of motorization or active elements (amplifier-phase shifter) to direct the radiating beam in one or the other direction is hardly possible. Arrangements of antenna structures for telecommunications comprising helical type antenna arrays are known from SAMBASIVA RAO V ET AL: "Generation of dual beams from spherical phased array antenna", ELECTRONIC LETTERS, THE INSTITUTION OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY, vol. 45, no. 9, April 23, 2009 (2009-04-23), pages 441-442, ISSN: 1350-911X, DOI: 10.1049/EL:20090452 And GREGORWICH W ET AL: "An autonomous antenna for aerospace applications", AEROSPACE APPLICATIONS CONFERENCE, 1993. DIGEST., 1993 IEEE STEAMBOAT, CO, USA 31 JAN.-5 FEB. 1993, NEW YORK, NY, USA, IEEE, US, January 31, 1993 (1993-01-31), pages 99-108, DOI: 10.1109/AERO.1993.255329ISBN: 978-0-7803-0980-7 .

Il existe donc un besoin pour un agencement de structures antennaires pour télécommunications, en particulier satellitaires, présentant un encombrement réduit (c'est-à-dire de diamètre inférieur à 10 fois la longueur d'onde relative à la fréquence de fonctionnement) tout en permettant l'obtention d'une communication de bonne qualité, notamment en termes de gain et de réduction des lobes secondaires.There is therefore a need for an arrangement of antenna structures for telecommunications, in particular satellites, having a reduced bulk (that is to say with a diameter less than 10 times the wavelength relative to the operating frequency) while allowing good quality communication to be obtained, particularly in terms of gain and reduction of side lobes.

A cet effet, l'invention propose un agencement de structures antennaires pour télécommunications, notamment par satellite. Chaque structure antennaire comprend une surface d'émission-réception comportant un axe de symétrie et au moins une antenne élémentaire présentant une forme hélicoïdale et dimensionnée pour émettre et/ou recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence comprise entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku. Au moins deux axes de symétries sont concourants. Chaque surface d'émission-réception d'une structure antennaire est de forme générale circulaire, chaque antenne élémentaire de la structure antennaire s'étendant entre une première extrémité adjacente à la surface d'émission-réception et une deuxième extrémité distante de la surface d'émission-réception, chaque structure antennaire comprenant également deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires, les antennes élémentaires de chaque ensemble étant agencées le long d'un cercle de rayon propre de cet ensemble, tous lesdits cercles étant concentriques, le rapport entre les rayons des deux cercles étant de préférence inférieur à 25%.To this end, the invention proposes an arrangement of antenna structures for telecommunications, in particular by satellite. Each antenna structure comprises a transmission-reception surface comprising an axis of symmetry and at least one elementary antenna having a helical shape and dimensioned to transmit and/or receive at least one electromagnetic wave having a frequency greater than 4 GHz, preferably included between 4 GHz and 50 GHz, in particular included in a spectrum band chosen from the X band and the Ku band. At least two axes of symmetry are concurrent. Each transmission-reception surface of an antenna structure is of generally circular shape, each elementary antenna of the antenna structure extending between a first end adjacent to the transmission-reception surface and a second end distant from the surface d transmission-reception, each antenna structure also comprising two sets of a plurality of elementary antennas, the elementary antennas of each set being arranged along a circle of radius specific to this set, all said circles being concentric, the ratio between the radii of the two circles being preferably less than 25%.

Suivant des modes de réalisation particuliers, l'agencement de structures antennaires comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :

chaque surface d'émission-réception d'une structure antennaire est au moins contiguë à une surface d'émission-réception d'une autre structure antennaire ;
l'agencement de structures antennaires présente un axe de symétrie, l'axe de symétrie de chaque surface d'émission-réception de chaque structure antennaire de l'agencement formant un angle avec l'axe de symétrie de l'agencement de structures antennaires ;
les structures antennaires sont agencées en au moins trois groupes de structures antennaires comprenant une ou plusieurs structures antennaires, l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception des structures antennaires du premier groupe formant un angle compris entre 0° et 30° avec l'axe de symétrie de l'agencement de structures antennaires, l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception des structures antennaires du deuxième groupe formant un angle compris entre 30° et 60° avec l'axe de symétrie de l'agencement de structures antennaires et l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception des structures antennaires du troisième groupe formant un angle compris entre 30° et 90° avec l'axe de symétrie de l'agencement de structures antennaires ;
l'aire de la surface d'émission-réception de chaque structure antennaire est inférieure ou égale à 100*λ² où « * » désigne l'opération mathématique de multiplication, et λ désigne la longueur d'onde moyenne des différentes longueurs d'ondes des ondes électromagnétiques que les antennes élémentaires de la structure antennaire sont dimensionnées à émettre et/ou recevoir ;
l'agencement comporte un radôme recouvrant chaque surface d'émission-réception ;
chaque structure antennaire comprend en outre un boîtier dont la surface de base est la surface d'émission-réception, et les antennes élémentaires comprennent une tige d'insertion du champ électrique et un dispositif diélectrique d'isolation inséré entre la tige et le boîtier, le radôme étant propre à être fixé au boîtier et comportant une cavité de positionnement apte à recevoir le dispositif diélectrique dans une position insérée ;
le boîtier comporte une première paroi intérieure parallèle à la surface d'émission-réception, la surface d'émission-réception étant comprise entre la première paroi intérieure et le radôme, le dispositif diélectrique étant en appui contre la première paroi intérieure lorsque le radôme est fixé au boîtier et le dispositif diélectrique est dans sa position insérée ;
le dispositif diélectrique comporte une cavité de réception de la tige ;
la tige comporte une première partie rectiligne cylindrique à base circulaire, le dispositif diélectrique comporte une première partie d'extrémité et une deuxième partie d'extrémité cylindrique à base circulaire, et la cavité de réception comporte une cavité axiale propre à recevoir la première partie rectiligne, la première partie rectiligne présentant un quatrième diamètre, la deuxième partie d'extrémité présentant un sixième diamètre et la cavité axiale présentant une deuxième profondeur égale à la moitié de la somme du quatrième diamètre et du sixième diamètre ;
le dispositif diélectrique comporte une couronne cylindrique à base circulaire présentant un septième diamètre, la surface d'émission-réception comporte un orifice d'accès coaxial apte à recevoir le dispositif diélectrique, l'orifice d'accès coaxial étant cylindrique à base circulaire et présentant un premier diamètre, le premier diamètre étant supérieur au septième diamètre ;
les structures antennaires sont faites dans un matériau en plastique métallisé.

According to particular embodiments, the arrangement of antennal structures comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:

each transmission-reception surface of an antennal structure is at least contiguous to a transmission-reception surface of another antennal structure;
the arrangement of antennal structures has an axis of symmetry, the axis of symmetry of each transmission-reception surface of each antennal structure of the arrangement forming an angle with the axis of symmetry of the arrangement of antennal structures;
the antennal structures are arranged in at least three groups of antennal structures comprising one or more antennal structures, the axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces of the antennal structures of the first group forming an angle of between 0° and 30° with the axis of symmetry of the arrangement of antennal structures, the axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces of the antennal structures of the second group forming an angle between 30° and 60° with the axis of symmetry of the arrangement of antennal structures and the axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces of the antennal structures of the third group forming an angle between 30° and 90° ° with the axis of symmetry of the arrangement of antennal structures;
the area of the transmission-reception surface of each antenna structure is less than or equal to 100*λ ² where “*” designates the mathematical operation of multiplication, and λ designates the average wavelength of the different lengths of waves of electromagnetic waves that the elementary antennas of the antenna structure are sized to transmit and/or receive;
the arrangement comprises a radome covering each transmission-reception surface;
each antenna structure further comprises a housing whose base surface is the transmission-reception surface, and the elementary antennas comprise an electric field insertion rod and a dielectric insulation device inserted between the rod and the housing, the radome being capable of being fixed to the housing and comprising a positioning cavity capable of receiving the dielectric device in an inserted position;
the housing comprises a first interior wall parallel to the transmission-reception surface, the transmission-reception surface being between the first interior wall and the radome, the dielectric device bearing against the first interior wall when the radome is fixed to the housing and the dielectric device is in its inserted position;
the dielectric device comprises a cavity for receiving the rod;
the rod comprises a first rectilinear cylindrical part with a circular base, the dielectric device comprises a first end part and a second cylindrical end part with a circular base, and the receiving cavity comprises an axial cavity capable of receiving the first rectilinear part , the first rectilinear part having a fourth diameter, the second end part having a sixth diameter and the axial cavity having a second depth equal to half the sum of the fourth diameter and the sixth diameter;
the dielectric device comprises a cylindrical crown with a circular base having a seventh diameter, the transmission-reception surface comprises a coaxial access orifice capable of receiving the dielectric device, the coaxial access orifice being cylindrical with a circular base and having a first diameter, the first diameter being greater than the seventh diameter;
the antenna structures are made of a metallized plastic material.

En outre, l'invention se rapporte aussi à une plateforme, notamment aérienne, comprenant au moins un agencement de structures antennaires tel que décrit précédemment.Furthermore, the invention also relates to a platform, in particular aerial, comprising at least one arrangement of antennal structures as described above.

La présente invention a également pour objet un procédé de télécommunication, notamment par satellite, entre deux stations comprenant une étape d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku, par un agencement de structures antennaires tel que décrit précédemment.The present invention also relates to a telecommunications method, in particular by satellite, between two stations comprising a step of transmitting or receiving electromagnetic waves having a frequency greater than 4 GHz, preferably between 4 GHz and 50 GHz, in particular included in a spectrum band chosen from the X band and the Ku band, by an arrangement of antenna structures as described above.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui sont :

figures 1 à 3, des schémas d'une structure antennaire selon un premier mode de réalisation non couvert par le texte des revendications respectivement en vue de haut, en perspective et en vue de côté ;
figure 4, un graphique montrant l'évolution de l'adaptation de la structure antennaire du premier mode de réalisation en fonction de la fréquence (cas d'une structure adaptée par les bandes satellite en bande X) ;
figure 5, un diagramme de rayonnement en gain de la structure antennaire du premier mode de réalisation ;
figures 6 à 8, des schémas d'une structure antennaire selon un deuxième mode de réalisation en perspective, en vue de dessus et en vue de côté ;
figure 9, un diagramme de rayonnement en gain de la structure antennaire du deuxième mode de réalisation ;
figures 10 et 11, des vues partielles en coupe selon un plan transversal de la structure antennaire de la figure 1, la structure antennaire étant munie d'un dispositif diélectrique d'isolation apte à maintenir la rectitude de l'antenne élémentaire et à assurer les performances de rayonnement optimales.
figures 12 et 13, des schémas d'un agencement de structures antennaires selon l'invention en vue de dessus et en vue de côté, et
figure 14, un graphique montrant l'évolution du gain en fonction de l'angle d'émission considéré pour l'agencement de structures antennaires.

Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows, of embodiments of the invention, given by way of example only and with reference to the drawings which are:

figures 1 to 3 , diagrams of an antenna structure according to a first embodiment not covered by the text of the claims respectively in top view, perspective and side view;
figure 4 , a graph showing the evolution of the adaptation of the antennal structure of the first embodiment as a function of frequency (case of a structure adapted by the X-band satellite bands);
figure 5 , a gain radiation diagram of the antenna structure of the first embodiment;
figures 6 to 8 , diagrams of an antenna structure according to a second embodiment in perspective, top view and side view;
Figure 9 , a gain radiation diagram of the antenna structure of the second embodiment;
figures 10 And 11 , partial sectional views along a transverse plane of the antennal structure of the figure 1 , the antenna structure being provided with a dielectric insulation device capable of maintaining the straightness of the elementary antenna and ensuring optimal radiation performance.
figures 12 and 13 , diagrams of an arrangement of antennal structures according to the invention in top view and side view, and
Figure 14 , a graph showing the evolution of the gain as a function of the emission angle considered for the arrangement of antenna structures.

Une structure antennaire 10 pour télécommunications, notamment par satellite, est représentée sur la figure 1.An antenna structure 10 for telecommunications, in particular by satellite, is shown on the figure 1 .

La structure antennaire 10 comprend une antenne élémentaire 12, une surface d'émission-réception 14 et un radôme 16.The antenna structure 10 comprises an elementary antenna 12, a transmission-reception surface 14 and a radome 16.

L'antenne élémentaire 12 présente une forme hélicoïdale. Ainsi, l'antenne élémentaire 12 comporte une partie émissive constituée d'un fil métallique décrivant une spirale qui s'enroule autour d'un axe. En l'occurrence, cet axe est la normale à la surface d'émission-réception 14. La projection de la spirale sur la surface d'émission-réception 14 est un cercle dont le diamètre est noté D. De manière connue en soi, le diamètre de la projection de la spirale, le nombre de spires de la spirale, l'espacement entre ces spires permettent de déterminer la ou les fréquences que l'antenne élémentaire 12 est propre à émettre ou à recevoir.The elementary antenna 12 has a helical shape. Thus, the elementary antenna 12 comprises an emissive part consisting of a metal wire describing a spiral which winds around an axis. In this case, this axis is the normal to the transmission-reception surface 14. The projection of the spiral on the transmission-reception surface 14 is a circle whose diameter is denoted D. In a manner known per se, the diameter of the projection of the spiral, the number of turns of the spiral, the spacing between these turns make it possible to determine the frequency or frequencies that the elementary antenna 12 is capable of transmitting or receiving.

L'antenne élémentaire 12 peut être dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz pour des applications dans le contexte des communications satellitaires. Cela signifie qu'une telle antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z inférieure à 20 millimètres (mm) et un diamètre inférieur à 30 mm.The elementary antenna 12 can be dimensioned to transmit and/or receive an electromagnetic wave having a frequency greater than 4 GHz for applications in the context of satellite communications. This means that such an elementary antenna 12 has an extension along the Z direction of less than 20 millimeters (mm) and a diameter of less than 30 mm.

Avantageusement, l'antenne élémentaire 12 est dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise entre 4 GHz et 50 GHz. Cela signifie qu'une telle antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 1.5 mm et 20 mm et un diamètre compris entre 2 mm et 30 mm.Advantageously, the elementary antenna 12 is dimensioned to transmit and/or receive an electromagnetic wave having a frequency between 4 GHz and 50 GHz. This means that such an elementary antenna 12 has an extension along the Z direction of between 1.5 mm and 20 mm and a diameter of between 2 mm and 30 mm.

De préférence, l'antenne élémentaire 12 est dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku.Preferably, the elementary antenna 12 is dimensioned to transmit and/or receive an electromagnetic wave having a frequency included in a spectrum band chosen from the X band and the Ku band.

Par définition, une onde électromagnétique dans le domaine de communications satellitaires appartient à la bande X lorsque l'onde présente une fréquence comprise entre 7,2 GHz et 8,4 GHz. Ainsi, une antenne élémentaire 12 est propre à émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique appartenant à la bande X si l'antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 9 mm et 10 mm et un diamètre compris entre 14 mm et 15 mm.By definition, an electromagnetic wave in the field of satellite communications belongs to the X band when the wave has a frequency between 7.2 GHz and 8.4 GHz. Thus, an elementary antenna 12 is capable of transmitting and/or receiving an electromagnetic wave belonging to the X band if the elementary antenna 12 has an extension along the Z direction of between 9 mm and 10 mm and a diameter of between 14 mm and 15 mm.

Par définition, une onde électromagnétique dans le domaine des communications satellitaires appartient à la bande Ku lorsque l'onde présente une fréquence comprise entre 10,7 GHz et 14,25 GHz. Ainsi, une antenne élémentaire 12 est propre à émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique appartenant à la bande Ku si l'antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 6 mm et 8 mm et un diamètre compris entre 10 mm et 12 mm.By definition, an electromagnetic wave in the field of satellite communications belongs to the Ku band when the wave has a frequency between 10.7 GHz and 14.25 GHz. Thus, an elementary antenna 12 is capable of transmitting and/or receiving an electromagnetic wave belonging to the Ku band if the elementary antenna 12 has an extension along the Z direction of between 6 mm and 8 mm and a diameter of between 10 mm and 12 mm.

L'antenne élémentaire 12 s'étend entre une première extrémité 18 alimentée par un accès coaxial présent sur la surface d'émission-réception 14 et une deuxième extrémité 20 distante de la surface d'émission-réception 14. La première extrémité 18 est adjacente à la surface d'émission-réception 14. L'antenne élémentaire 12 fait ainsi saillie depuis la surface d'émission-réception 14.The elementary antenna 12 extends between a first end 18 supplied by a coaxial access present on the transmission-reception surface 14 and a second end 20 distant from the transmission-reception surface 14. The first end 18 is adjacent to the transmission-reception surface 14. The elementary antenna 12 thus projects from the transmission-reception surface 14.

La surface d'émission-réception 14 est de forme circulaire.The transmission-reception surface 14 is circular in shape.

La surface d'émission-réception 14 présente une aire A inférieure ou égale à 100*λ² où « * » désigne l'opération mathématique de multiplication, et λ désigne la longueur d'onde moyenne des différentes longueurs d'ondes des ondes que les antennes élémentaires 12 sont dimensionnées à émettre et/ou recevoir.The transmission-reception surface 14 has an area A less than or equal to 100*λ ² where “*” designates the mathematical operation of multiplication, and λ designates the average wavelength of the different wavelengths of the waves that the elementary antennas 12 are dimensioned to transmit and/or receive.

Par exemple, selon l'exemple de la figure 1, l'aire A est inférieure à 7600 mm².For example, according to the example of the figure 1 , the area A is less than 7600 mm ² .

La structure antennaire 10 comporte, en outre, un boîtier 22 cylindrique dont la surface de base est la surface d'émission-réception 14.The antenna structure 10 further comprises a cylindrical housing 22 whose base surface is the transmission-reception surface 14.

Le boîtier 22 délimite une cavité d'alimentation de l'antenne élémentaire 12 en ondes électromagnétiques agencée avec des orifices d'accès coaxiaux présents sur la surface d'émission-réception 14.The housing 22 delimits a cavity for supplying the elementary antenna 12 with electromagnetic waves arranged with coaxial access orifices present on the transmission-reception surface 14.

Le boîtier 22 comporte une entrée 24 d'injection d'une onde électromagnétique, le champ électrique de l'onde électromagnétique se propageant ensuite dans la cavité radiale.The housing 22 includes an inlet 24 for injecting an electromagnetic wave, the electric field of the electromagnetic wave then propagating in the radial cavity.

L'antenne élémentaire 12 est pourvue d'élément d'insertion du champ électrique. Cela signifie que l'antenne élémentaire 12 est dépourvue d'une boucle d'insertion du champ magnétique.The elementary antenna 12 is provided with an electric field insertion element. This means that the elementary antenna 12 does not have a magnetic field insertion loop.

Dans un exemple, l'élément d'insertion du champ électrique est une tige métallique pouvant être ou non en contact avec le boîtier 22. Dans le cas où il n'aurait pas de contact, un dispositif diélectrique d'isolation est inséré entre la tige et le boîtier 22 qui permet de maintenir la rectitude de la tige et incidemment de l'antenne élémentaire 12. Idéalement ce dispositif diélectrique présente des caractéristiques diélectriques inférieures à 4 afin de garantir des performances optimales de la structure antennaire.In one example, the electric field insertion element is a metal rod which may or may not be in contact with the housing 22. In the case where it has no contact, a dielectric insulation device is inserted between the rod and the housing 22 which makes it possible to maintain the straightness of the rod and incidentally of the elementary antenna 12. Ideally this dielectric device has dielectric characteristics lower than 4 in order to guarantee optimal performance of the antenna structure.

Le radôme 16 présente une forme cylindrique dont la base est la surface d'émission-réception 14.The radome 16 has a cylindrical shape whose base is the transmission-reception surface 14.

Le radôme 16 présente un diamètre inférieur à 50 millimètres (mm). Le radôme 16 présente une extension, le long de la direction Z, inférieure à 14 mm et est positionné à une distance supérieure à 1 mm des antennes élémentaires 22.The radome 16 has a diameter of less than 50 millimeters (mm). The radome 16 has an extension, along the Z direction, of less than 14 mm and is positioned at a distance greater than 1 mm from the elementary antennas 22.

La structure antennaire 10 peut être en plastique métallisé, notamment le boîtier 22 et l'antenne élémentaire 22 sont dans un tel matériau pour limiter son poids global. Mais idéalement, le matériau doit être un métal conducteur.The antenna structure 10 can be made of metallized plastic, in particular the housing 22 and the elementary antenna 22 are made of such a material to limit its overall weight. But ideally the material should be a conductive metal.

En fonctionnement, la structure antennaire 10 est alimentée par une onde électromagnétique. L'antenne élémentaire 12 capte le champ électrique issu de cette onde électromagnétique pour émettre une onde dans la bande de fréquence souhaitée.In operation, the antenna structure 10 is powered by an electromagnetic wave. The elementary antenna 12 captures the electric field resulting from this electromagnetic wave to emit a wave in the desired frequency band.

La figure 4 montre que sur toute la bande d'intérêt (dans ce cas, il s'agit de la bande X) l'adaptation est inférieure à -20 dB. Cela témoigne de la bonne adaptation de l'antenne en terme d'impédance pour un fonctionnement dans la bande X.There figure 4 shows that over the entire band of interest (in this case it is the X band) the adaptation is less than -20 dB. This demonstrates the good adaptation of the antenna in terms of impedance for operation in the X band.

Il apparaît sur la figure 5 que la structure antennaire 10 présente un gain de l'ordre de 13 dB.It appears on the Figure 5 that the antenna structure 10 has a gain of around 13 dB.

La source élémentaire hélicoïdale présente une large bande, soit une bande supérieure à 25% autour de la fréquence centrale de fonctionnement, à polarisation circulaire et une très bonne efficacité de rayonnement (notamment le rapport axial pour une aussi petite antenne est meilleur que dans l'état de la technique et apodisation de l'onde émise facilitée).The helical elementary source has a wide band, i.e. a band greater than 25% around the central operating frequency, with circular polarization and very good radiation efficiency (in particular the axial ratio for such a small antenna is better than in the state of the art and facilitated apodization of the emitted wave).

Il en résulte que la structure antennaire 10 présente des meilleures performances qu'une parabole de taille réduite, une meilleure compacité et un poids réduit (cet effet étant accentué dans le second mode de réalisation présenté ci-après). Ce poids réduit permet de réduire les contraintes notamment dans le cas où la structure antennaire 10 est accompagnée d'un positionneur mécanique. La structure antennaire 10 est capable d'émettre une onde polarisée circulaire sans utilisation d'un polariseur additionnel.As a result, the antenna structure 10 has better performance than a parabola of reduced size, better compactness and reduced weight (this effect being accentuated in the second embodiment presented below). This reduced weight makes it possible to reduce constraints, particularly in the case where the antenna structure 10 is accompanied by a mechanical positioner. The antenna structure 10 is capable of emitting a circular polarized wave without the use of an additional polarizer.

Les figures 6 à 8 illustrent un deuxième mode de réalisation de la structure antennaire 10 selon l'invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation non couvert par le texte des revendications de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.THE figures 6 to 8 illustrate a second embodiment of the antenna structure 10 according to the invention. Elements identical to the first embodiment not covered by the text of the claims of the figure 1 are not described again. Only the differences are highlighted.

Dans le deuxième mode de réalisation, au lieu d'une seule antenne élémentaire 12, la structure antennaire 10 comporte une pluralité d'antennes élémentaires 12.In the second embodiment, instead of a single elementary antenna 12, the antenna structure 10 comprises a plurality of elementary antennas 12.

Chaque antenne élémentaire 12 des figures 6 à 8 est identique à l'antenne élémentaire 12 décrite en référence à la figure 1.Each elementary antenna 12 of figures 6 to 8 is identical to the elementary antenna 12 described with reference to the figure 1 .

En variante, certaines antennes sont différentes.Alternatively, some antennas are different.

La structure antennaire 10 comprend au moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires 12. Selon l'exemple de la figure 6, la structure antennaire 10 comprend deux ensembles 30 et 32 de pluralité d'antennes élémentaires 12.The antenna structure 10 comprises at least two sets of a plurality of elementary antennas 12. According to the example of the Figure 6 , the antenna structure 10 comprises two sets 30 and 32 of a plurality of elementary antennas 12.

Les antennes élémentaires 12 de chaque ensemble 30, 32 sont agencées le long d'un cercle de rayon propre de cet ensemble 30, 32, tous lesdits cercles 30, 32 étant concentriques.The elementary antennas 12 of each set 30, 32 are arranged along a circle of specific radius of this set 30, 32, all said circles 30, 32 being concentric.

Ainsi, dans le cas de la figure 6, le premier ensemble 30 comprend six antennes élémentaires 12 agencées le long d'un premier cercle présentant un premier rayon R1 et le deuxième ensemble 32 comprend quatorze antennes élémentaires 12 agencées le long d'un deuxième cercle présentant un deuxième rayon R2. Les deux rayons R1 et R2 sont tels que le premier rayon R1 est inférieur au deuxième rayon R2.Thus, in the case of the Figure 6 , the first set 30 comprises six elementary antennas 12 arranged along a first circle having a first radius R1 and the second set 32 comprises fourteen elementary antennas 12 arranged along a second circle having a second radius R2. The two rays R1 and R2 are such that the first ray R1 is less than the second ray R2.

Selon l'invention, le rapport entre les deux rayons R1 et R2 est inférieur à 25%.According to the invention, the ratio between the two radii R1 and R2 is less than 25%.

Les antennes élémentaires 12 sont pourvues d'éléments d'insertion du champ électrique. Selon l'exemple représenté, les éléments d'insertion du champ électrique sont en forme de tiges métalliques. Cela signifie que les antennes élémentaires 12 sont dépourvues d'une boucle d'insertion du champ magnétique.The elementary antennas 12 are provided with electric field insertion elements. According to the example shown, the electric field insertion elements are in the form of metal rods. This means that the elementary antennas 12 do not have a magnetic field insertion loop.

Les tiges alimentant les antennes élémentaires 12 peuvent être ou non en contact avec le boîtier 22. Dans le cas où il n'y aurait pas de contact, un dispositif diélectrique d'isolation est inséré entre la tige et le boîtier 22 qui permet de maintenir la rectitude de la tige et incidemment de l'antenne élémentaire 12.The rods supplying the elementary antennas 12 may or may not be in contact with the housing 22. In the event that there is no contact, a dielectric insulation device is inserted between the rod and the housing 22 which makes it possible to maintain the straightness of the rod and incidentally of the elementary antenna 12.

Le boîtier 22 délimite une cavité d'alimentation des antennes élémentaires 12 en ondes électromagnétiques agencée en contact avec la surface d'émission-réception 14.The housing 22 delimits a cavity for supplying the elementary antennas 12 with electromagnetic waves arranged in contact with the transmission-reception surface 14.

Le radôme 16 présente un diamètre inférieur à 120 mm et une hauteur inférieure à 30 mm.The radome 16 has a diameter of less than 120 mm and a height of less than 30 mm.

Le fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le deuxième mode de réalisation est similaire au fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le premier mode de réalisation.The operation of the antennal structure 10 according to the second embodiment is similar to the operation of the antennal structure 10 according to the first embodiment.

Il apparaît sur la figure 9 que la structure antennaire 10 présente un gain de l'ordre de 20 dB. En outre, l'ouverture à -3dB du lobe principal est de l'ordre de 19°.It appears on the Figure 9 that the antenna structure 10 has a gain of the order of 20 dB. In addition, the opening at -3dB of the main lobe is around 19°.

Dans le cas du mode de réalisation avec une cavité radiale pour l'alimentation (surface d'émission-réception 14 en format circulaire), la réalisation de la structure antennaire 10 est simplifiée puisque la cavité d'alimentation est peu complexe.In the case of the embodiment with a radial cavity for the feed (transmission-reception surface 14 in circular format), the production of the antenna structure 10 is simplified since the feed cavity is not very complex.

En outre, la structure antennaire 10 présente une large bande, supérieure à 10 % autour de la fréquence centrale de fonctionnement et une très bonne efficacité de rayonnement (meilleure que 70 %) avec des pertes faibles.In addition, the antenna structure 10 has a wide band, greater than 10% around the central operating frequency and very good radiation efficiency (better than 70%) with low losses.

L'optimisation de la structure antennaire 10 pour améliorer la réduction des lobes secondaires est également facile à mettre en oeuvre puisque ceux-ci dépendent uniquement de la position et de l'orientation des antennes élémentaires 12.The optimization of the antenna structure 10 to improve the reduction of the secondary lobes is also easy to implement since these depend solely on the position and orientation of the elementary antennas 12.

La taille de la structure antennaire 10 est réduite, notamment dans la direction Z. Il en résulte une meilleure compacité de la structure antennaire 10.The size of the antennal structure 10 is reduced, particularly in the Z direction. This results in better compactness of the antennal structure 10.

Le gain de la structure antennaire 10 est aisément contrôlable puisque l'augmentation du nombre d'antennes élémentaires 12 entraîne une augmentation du gain de la structure antennaire 10.The gain of the antennal structure 10 is easily controllable since the increase in the number of elementary antennas 12 leads to an increase in the gain of the antennal structure 10.

La structure antennaire 10 présente une masse plus faible que la parabole d'une structure antennaire 10 parabolique dont la source est déportée, notamment si la matière est du plastique métallisé.The antenna structure 10 has a lower mass than the parabola of a parabolic antenna structure 10 whose source is offset, particularly if the material is metallized plastic.

De plus, dans le cas où la structure antennaire 10 est réalisée en plastique métallisé, ceci peut conduire à des baisses du coût de fabrication de la structure antennaire 10.Furthermore, in the case where the antennal structure 10 is made of metallized plastic, this can lead to reductions in the manufacturing cost of the antennal structure 10.

La figure 10 illustre un troisième mode de réalisation de la structure antennaire 10 selon l'invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation non couvert par le texte des revendications de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.There Figure 10 illustrates a third embodiment of the antenna structure 10 according to the invention. Elements identical to the first embodiment not covered by the text of the claims of the figure 1 are not described again. Only the differences are highlighted.

Dans la suite de cette description, il est utilisé le repère défini dans la figure 1, dans lequel la direction Z est la normale à la surface d'émission-réception 14.In the remainder of this description, the reference defined in the figure 1 , in which the direction Z is the normal to the transmission-reception surface 14.

Dans le troisième mode de réalisation, l'antenne élémentaire 12 comporte un élément d'insertion du champ électrique 100.In the third embodiment, the elementary antenna 12 comprises an electric field insertion element 100.

Le boîtier 22 présente une première paroi intérieure 102 et une deuxième paroi intérieure 104 qui délimitent selon la direction Z la cavité d'alimentation en ondes électromagnétiques.The housing 22 has a first interior wall 102 and a second interior wall 104 which delimit in the direction Z the electromagnetic wave supply cavity.

Au moins un orifice d'accès coaxial 106 est ménagé dans la surface d'émission-réception 14.At least one coaxial access port 106 is provided in the transmission-reception surface 14.

Le radôme 16 comprend une troisième paroi intérieure 108 et une cavité de positionnement 110. Le radôme 16 est configuré pour être fixé au boîtier 22.The radome 16 includes a third interior wall 108 and a positioning cavity 110. The radome 16 is configured to be attached to the housing 22.

Un dispositif diélectrique 112 est inséré entre la tige et le boîtier 22. Le dispositif diélectrique 112 est prévu pour maintenir la rectitude de l'antenne élémentaire 12. Le dispositif diélectrique 13 permet également d'empêcher le contact entre l'antenne élémentaire 12 et le boîtier 22.A dielectric device 112 is inserted between the rod and the housing 22. The dielectric device 112 is provided to maintain the straightness of the elementary antenna 12. The dielectric device 13 also makes it possible to prevent contact between the elementary antenna 12 and the housing 22.

Selon l'exemple de la figure 10, l'élément d'insertion du champ électrique 100 est une tige. En outre, la tige 100 est réalisée en métal.According to the example of the Figure 10 , the electric field insertion element 100 is a rod. In addition, the rod 100 is made of metal.

Dans le cas de la figure 10, la tige 100 est coudée de sorte que la tige 100 comporte deux parties rectilignes 114, 116 reliées par un coude 118.In the case of the Figure 10 , the rod 100 is bent so that the rod 100 comprises two rectilinear parts 114, 116 connected by an elbow 118.

La première paroi intérieure 102 est parallèle à la surface d'émission-réception 14. Sur la figure 10, la première paroi intérieure 102 est en forme d'un disque. La première paroi inférieure 102 est distante, selon la direction Z, d'une première distance H1 de la surface d'émission-réception 14.The first interior wall 102 is parallel to the transmission-reception surface 14. On the Figure 10 , the first interior wall 102 is in the shape of a disc. The first lower wall 102 is distant, in the direction Z, by a first distance H1 from the transmission-reception surface 14.

La deuxième paroi intérieure 104 est parallèle à la surface d'émission-réception 14. La deuxième paroi intérieure 104 est portée par la même pièce que la surface d'émission-réception 14. Sur la figure 10, la deuxième paroi intérieure 104 est en forme d'un disque.The second interior wall 104 is parallel to the transmission-reception surface 14. The second interior wall 104 is carried by the same part as the transmission-reception surface 14. On the Figure 10 , the second interior wall 104 is in the shape of a disc.

L'orifice d'accès coaxial 106 est délimité selon la direction Z par la surface d'émission-réception 14 et la première surface intérieure 100. L'orifice d'accès coaxial 106 est cylindrique à base circulaire, d'axe Z. L'orifice d'accès cylindrique 106 a un premier diamètre D1.The coaxial access port 106 is delimited in the direction Z by the transmission-reception surface 14 and the first interior surface 100. The coaxial access port 106 is cylindrical with a circular base, of axis Z. L The cylindrical access port 106 has a first diameter D1.

La troisième paroi intérieure 108 fait face à la surface d'émission-réception 14. Selon la direction Z, la troisième paroi intérieure 108 est distante d'une deuxième distance H2 de la deuxième paroi intérieure 104.The third interior wall 108 faces the transmission-reception surface 14. In the direction Z, the third interior wall 108 is spaced a second distance H2 from the second interior wall 104.

La cavité de positionnement 110 est configurée pour recevoir le dispositif diélectrique 112 dans une position insérée. Sur la figure 10, la cavité de positionnement 110 est cylindrique à base circulaire. La cavité de positionnement 110 présente un deuxième diamètre D2. La cavité de positionnement 110 présente une première profondeur P1.The positioning cavity 110 is configured to receive the dielectric device 112 in an inserted position. On the Figure 10 , the positioning cavity 110 is cylindrical with a circular base. The positioning cavity 110 has a second diameter D2. The positioning cavity 110 has a first depth P1.

Le dispositif diélectrique 112 comporte une première extrémité 120, une deuxième extrémité 122, une surface latérale 124 et une cavité 126 de réception de l'antenne élémentaire 12.The dielectric device 112 comprises a first end 120, a second end 122, a lateral surface 124 and a cavity 126 for receiving the elementary antenna 12.

La première partie rectiligne 114 s'étend le long de la direction Z tandis que la deuxième partie rectiligne 116 s'étend le long de la direction Y.The first rectilinear part 114 extends along the Z direction while the second rectilinear part 116 extends along the Y direction.

La première partie rectiligne 114 présente une première longueur L1 le long de la direction Z. La première partie rectiligne 114 est cylindrique, d'axe Z La première partie rectiligne 114 est cylindrique à base circulaire. La première partie rectiligne 114 présente un troisième diamètre D3.The first rectilinear part 114 has a first length L1 along the direction Z. The first rectilinear part 114 is cylindrical, with axis Z. The first rectilinear part 114 is cylindrical with a circular base. The first rectilinear part 114 has a third diameter D3.

La deuxième partie rectiligne 116 présente une deuxième longueur L2 le long de la direction X. La deuxième partie rectiligne 116 est cylindrique d'axe X. La deuxième partie rectiligne 116 présente un quatrième diamètre D4. Sur la figure 11, le quatrième diamètre D4 est égal au troisième diamètre D3.The second rectilinear part 116 has a second length L2 along the direction X. The second rectilinear part 116 is cylindrical with axis X. The second part rectilinear 116 has a fourth diameter D4. On the Figure 11 , the fourth diameter D4 is equal to the third diameter D3.

La première longueur L1 est supérieure à la deuxième longueur L2. Selon l'exemple de la figure 11, la première longueur L1 est supérieure au double de la deuxième longueur L2.The first length L1 is greater than the second length L2. According to the example of the Figure 11 , the first length L1 is greater than twice the second length L2.

La première extrémité 120 est apte à être insérée dans la cavité de positionnement 110. La première extrémité 120 est plane. La première extrémité 120 est perpendiculaire à la direction Z. La première extrémité 120 est cylindrique à base circulaire, et présente un cinquième diamètre D5. Le cinquième diamètre D5 est inférieur ou égal au deuxième diamètre D2.The first end 120 is capable of being inserted into the positioning cavity 110. The first end 120 is flat. The first end 120 is perpendicular to the direction Z. The first end 120 is cylindrical with a circular base, and has a fifth diameter D5. The fifth diameter D5 is less than or equal to the second diameter D2.

La deuxième extrémité 122 est parallèle à la première extrémité 120. La deuxième extrémité 122 est plane. La deuxième extrémité 122 est cylindrique à base circulaire, et présente un sixième diamètre D6. Le sixième diamètre D6 est supérieur ou égal au cinquième diamètre D5. Le sixième diamètre D6 est inférieur ou égal au premier diamètre D1.The second end 122 is parallel to the first end 120. The second end 122 is planar. The second end 122 is cylindrical with a circular base, and has a sixth diameter D6. The sixth diameter D6 is greater than or equal to the fifth diameter D5. The sixth diameter D6 is less than or equal to the first diameter D1.

La surface latérale 124 présente une symétrie de révolution autour de l'axe Z. La surface latérale 124 comporte une première partie d'extrémité 128, une deuxième partie d'extrémité 130 et une partie médiane 132.The side surface 124 has a symmetry of revolution around the axis Z. The side surface 124 comprises a first end part 128, a second end part 130 and a middle part 132.

La cavité de réception 126 est configurée pour recevoir la tige 100. La cavité de réception 126 est apte à maintenir la tige 100 en position par rapport au dispositif diélectrique 112. La cavité de réception 126 est formée par la réunion d'une cavité axiale 134 et d'une cavité latérale 136.The receiving cavity 126 is configured to receive the rod 100. The receiving cavity 126 is capable of holding the rod 100 in position relative to the dielectric device 112. The receiving cavity 126 is formed by the union of an axial cavity 134 and a lateral cavity 136.

La première partie d'extrémité 128 est située entre la partie médiane 132 de la surface latérale 124 et la première extrémité 120. La première partie d'extrémité 128 comporte un premier épaulement 137, une première portion 138 délimitée selon la direction Z par l'épaulement 137 et la première extrémité 120, et une deuxième portion 139 délimitée selon la direction Z par l'épaulement 137 et la partie médiane 132.The first end part 128 is located between the middle part 132 of the lateral surface 124 and the first end 120. The first end part 128 comprises a first shoulder 137, a first portion 138 delimited in the direction Z by the shoulder 137 and the first end 120, and a second portion 139 delimited in the direction Z by the shoulder 137 and the middle part 132.

Le premier épaulement 137 est situé à une troisième distance H3 de la première extrémité 120. La troisième distance H3 est inférieure ou égale à la profondeur P1. Le premier épaulement 137 est situé à une quatrième distance H4 de la deuxième extrémité 122. Sur la figure 10, la quatrième distance H4 est égale à la deuxième distance H2.The first shoulder 137 is located at a third distance H3 from the first end 120. The third distance H3 is less than or equal to the depth P1. The first shoulder 137 is located at a fourth distance H4 from the second end 122. On the Figure 10 , the fourth distance H4 is equal to the second distance H2.

La première portion 138 est complémentaire de la cavité de positionnement 110. Sur la figure 10, la première portion 138 est cylindrique d'axe Z. La première portion 138 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la première portion 138 est égal au cinquième diamètre D5. De préférence, la première portion 138 est apte à être montée serrée dans la cavité de positionnement 110. Par exemple, le cinquième diamètre D5 est égal au deuxième diamètre D2.The first portion 138 is complementary to the positioning cavity 110. On the Figure 10 , the first portion 138 is cylindrical with axis Z. The first portion 138 is cylindrical with a circular base. The diameter of the first portion 138 is equal to the fifth diameter D5. Preferably, the first portion 138 is capable of being mounted clamped in the positioning cavity 110. For example, the fifth diameter D5 is equal to the second diameter D2.

La deuxième portion 139 est cylindrique d'axe Z. La deuxième portion 139 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la deuxième portion 139 est égal au sixième diamètre D6. La deuxième partie d'extrémité 130 est située entre la partie médiane 132 de la surface latérale 124 et la deuxième extrémité 122. La deuxième partie d'extrémité 120 est cylindrique à d'axe Z. La deuxième partie d'extrémité 130 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la deuxième partie d'extrémité 130 est égal au sixième diamètre D6.The second portion 139 is cylindrical with axis Z. The second portion 139 is cylindrical with a circular base. The diameter of the second portion 139 is equal to the sixth diameter D6. The second end part 130 is located between the middle part 132 of the side surface 124 and the second end 122. The second end part 120 is cylindrical with axis Z. The second end part 130 is cylindrical with circular base. The diameter of the second end part 130 is equal to the sixth diameter D6.

La partie médiane 132 est située entre la première partie d'extrémité 128 et la deuxième partie d'extrémité 130. La partie médiane 132 est délimitée selon la direction Z par un deuxième épaulement 140 et un troisième épaulement 142. La partie médiane 132 comporte, en outre, une couronne 144.The middle part 132 is located between the first end part 128 and the second end part 130. The middle part 132 is delimited in the direction Z by a second shoulder 140 and a third shoulder 142. The middle part 132 comprises, in addition, a crown 144.

Le deuxième épaulement 140 est compris, selon la direction Z, entre la couronne 144 et la première extrémité 120. Le troisième épaulement 142 est compris, selon la direction Z, entre la couronne 144 et la deuxième extrémité 122. Selon la direction Z, le troisième épaulement 142 est situé à une quatrième distance H4 de la deuxième extrémité 122. Sur la figure 11, la quatrième distance H4 est égale à la première distance H1.The second shoulder 140 is included, in the direction Z, between the crown 144 and the first end 120. The third shoulder 142 is included, in the direction Z, between the crown 144 and the second end 122. In the direction Z, the third shoulder 142 is located at a fourth distance H4 from the second end 122. On the Figure 11 , the fourth distance H4 is equal to the first distance H1.

La cavité axiale 134 s'étend entre la deuxième extrémité 122 et le premier épaulement 142. La cavité axiale 134 est apte à recevoir la première partie rectiligne 114 par une translation selon la direction Y. Par exemple, la cavité axiale 134 est parallélépipédique. Sur la figure 11, les trois paires de côtés de la cavité axiale 134 sont respectivement perpendiculaires aux directions X, Y et Z. Selon la direction X, la cavité axiale 134 présente une première largeur I1 supérieure ou égale au troisième diamètre D3. Sur la figure 11, la première largeur I1 est égale au troisième diamètre D3.The axial cavity 134 extends between the second end 122 and the first shoulder 142. The axial cavity 134 is capable of receiving the first rectilinear part 114 by a translation in the direction Y. For example, the axial cavity 134 is parallelepiped. On the Figure 11 , the three pairs of sides of the axial cavity 134 are respectively perpendicular to the directions X, Y and Z. In the direction X, the axial cavity 134 has a first width I1 greater than or equal to the third diameter D3. On the Figure 11 , the first width I1 is equal to the third diameter D3.

La cavité axiale 134 est configurée de telle sorte que, lorsque la première partie rectiligne 114 est insérée dans la cavité axiale 134, l'axe de révolution de la première partie rectiligne 114 est confondu avec l'axe de révolution de la surface latérale 124. Selon la direction Y, la cavité axiale 134 présente une deuxième profondeur P2 égale à la moitié de la somme entre le sixième diamètre D6 et le troisième diamètre D3. En d'autres termes, on a mathématiquement P2=(D6+D3)/2.The axial cavity 134 is configured such that, when the first rectilinear part 114 is inserted into the axial cavity 134, the axis of revolution of the first rectilinear part 114 coincides with the axis of revolution of the lateral surface 124. In the direction Y, the axial cavity 134 has a second depth P2 equal to half the sum between the sixth diameter D6 and the third diameter D3. In other words, we mathematically have P2=(D6+D3)/2.

La cavité latérale 136 est comprise entre le deuxième épaulement 142 et le troisième épaulement 144. La cavité latérale 136 est apte à recevoir la deuxième partie rectiligne 116 par une translation selon la direction Y. Par exemple, la cavité latérale 136 est parallélépipédique. Sur la figure 10, les trois paires de côtés de la cavité axiale 134 sont respectivement perpendiculaires aux directions X, Y et Z. Selon la direction Z, la cavité latérale 136 présente une deuxième largeur I2 supérieure ou égale au quatrième diamètre D4. Sur la figure 10, la deuxième largeur I2 est égale au quatrième diamètre D4.The lateral cavity 136 is included between the second shoulder 142 and the third shoulder 144. The lateral cavity 136 is capable of receiving the second rectilinear part 116 by a translation in the direction Y. For example, the lateral cavity 136 is parallelepiped. On the Figure 10 , the three pairs of sides of the axial cavity 134 are respectively perpendicular to the directions X, Y and Z. In the direction Z, the lateral cavity 136 has a second width I2 greater than or equal to the fourth diameter D4. On the Figure 10 , the second width I2 is equal to the fourth diameter D4.

La couronne 144 est cylindrique à base circulaire, d'axe Z. La couronne 144 présente un septième diamètre D7. Le septième diamètre D7 est supérieur ou égal au sixième diamètre D6. Sur la figure 11, le septième diamètre D7 est inférieur au premier diamètre D1.The crown 144 is cylindrical with a circular base, of axis Z. The crown 144 has a seventh diameter D7. The seventh diameter D7 is greater than or equal to the sixth diameter D6. On the Figure 11 , the seventh diameter D7 is less than the first diameter D1.

Selon la direction Y, la cavité latérale 136 présente une troisième profondeur P3 égale à la moitié de la somme entre le septième diamètre D7 et le troisième diamètre D4. En d'autres termes, on a mathématiquement P3 = (D7+D4)/2.In the direction Y, the lateral cavity 136 has a third depth P3 equal to half the sum between the seventh diameter D7 and the third diameter D4. In other words, we mathematically have P3 = (D7+D4)/2.

La couronne 144 est délimitée selon la direction Z par le deuxième épaulement 142 et le troisième épaulement 144.The crown 144 is delimited in the direction Z by the second shoulder 142 and the third shoulder 144.

Selon la direction Z, la couronne 144 présente une troisième largeur L3. La troisième largeur L3 est supérieure au quatrième diamètre D4.In the direction Z, the crown 144 has a third width L3. The third width L3 is greater than the fourth diameter D4.

Le fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le troisième mode de réalisation est similaire au fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le premier mode de réalisation.The operation of the antennal structure 10 according to the third embodiment is similar to the operation of the antennal structure 10 according to the first embodiment.

Une fois inséré dans la cavité de positionnement 110, la rectitude du dispositif diélectrique 112 est fixée par la construction du radôme 16 et de la cavité de positionnement 110. Aucun outil spécifique n'est donc employé pour fixer la rectitude du dispositif diélectrique 112. Lorsque le dispositif diélectrique 112 est dans sa position insérée, le dispositif diélectrique est fixe par rapport au radôme 16, en l'absence d'une force exercée par un opérateur. Cela signifie que, lorsque le dispositif diélectrique 112 est dans sa position insérée, la cavité de positionnement 110 exerce sur le dispositif diélectrique une force de serrage supérieure à la somme des poids du dispositif diélectrique 112 et de l'antenne élémentaire 12.Once inserted into the positioning cavity 110, the straightness of the dielectric device 112 is fixed by the construction of the radome 16 and the positioning cavity 110. No specific tool is therefore used to fix the straightness of the dielectric device 112. When the dielectric device 112 is in its inserted position, the dielectric device is fixed relative to the radome 16, in the absence of a force exerted by an operator. This means that, when the dielectric device 112 is in its inserted position, the positioning cavity 110 exerts on the dielectric device a clamping force greater than the sum of the weights of the dielectric device 112 and the elementary antenna 12.

De plus, il est possible de pré-assembler une pluralité d'antennes élémentaires 12 et de dispositifs diélectriques 112 au radôme 16 avant de fixer le radôme 16 au boîtier 22. Chacune des antennes élémentaires 12 peut être retirée ou remplacée aisément. Le montage de la structure antennaire 10 est ainsi simplifié. Lors du montage de la structure antennaire 10, l'antenne élémentaire 12 est insérée dans le dispositif diélectrique 112. Le dispositif diélectrique 112 est ensuite inséré dans la cavité de positionnement 110, puis le radôme 16 est fixé au boîtier 22. Le dispositif diélectrique 112 s'étend alors à travers l'orifice d'accès coaxial 106 sans être en contact avec la surface d'émission-réception 14.In addition, it is possible to pre-assemble a plurality of elementary antennas 12 and dielectric devices 112 to the radome 16 before fixing the radome 16 to the housing 22. Each of the elementary antennas 12 can be removed or replaced easily. The assembly of the antenna structure 10 is thus simplified. When mounting the antenna structure 10, the elementary antenna 12 is inserted into the dielectric device 112. The dielectric device 112 is then inserted into the positioning cavity 110, then the radome 16 is fixed to the housing 22. The dielectric device 112 then extends through the coaxial access port 106 without being in contact with the transmission-reception surface 14.

Les figures 12 et 13 présentent un agencement 200 de structures antennaires 10 dans lequel les structures antennaires 10 sont toutes des structures antennaires 10 selon le deuxième mode de réalisation. Il est entendu par « agencement » un ensemble d'une pluralité de structures antennaires 10 indépendantes, chaque structure antennaire 10 occupant une position respective déterminée.THE figures 12 and 13 present an arrangement 200 of antennal structures 10 in which the antennal structures 10 are all antennal structures 10 according to the second embodiment. By “arrangement” is meant a set of a plurality of independent antennal structures 10, each antennal structure 10 occupying a respective determined position.

Chaque structure antennaire 10 est propre à être commandée indépendamment de chacune des autres structures antennaires 10. Par exemple, l'entrée 24 de chaque structure antennaire 10 est connectée à une source d'ondes électromagnétiques respective (non représentée).Each antenna structure 10 is capable of being controlled independently of each of the other antenna structures 10. For example, the input 24 of each antenna structure 10 is connected to a respective source of electromagnetic waves (not shown).

Le fonctionnement de chacune des structures antennaires 10 de l'agencement 200 est identique au fonctionnement d'une structure antennaire 10 qui ne fait pas partie de l'agencement 100. En variante, les structures antennaires 10 de l'agencement 200 sont des structures antennaires 10 selon le premier mode de réalisation.The operation of each of the antennal structures 10 of the arrangement 200 is identical to the operation of an antennal structure 10 which is not part of the arrangement 100. Alternatively, the antennal structures 10 of the arrangement 200 are antennal structures 10 according to the first embodiment.

Selon une autre variante, les structures antennaires 10 de l'agencement 200 ne sont pas toutes identiques.According to another variant, the antennal structures 10 of the arrangement 200 are not all identical.

Les structures antennaires 10 utilisées pour l'agencement 200 sont telles que leur surface d'émission-réception 14 comprenne un axe de symétrie.The antenna structures 10 used for the arrangement 200 are such that their transmission-reception surface 14 includes an axis of symmetry.

Dans le cas de l'agencement 200, au moins deux axes de symétries des surfaces d'émission-réception 14 sont concourants puisque tous les axes de symétries des surfaces d'émission-réception 14 des structures antennaires 10 ont au moins un point commun avec un autre axe de symétrie d'une surface d'émission-réception 14 d'une autre structure antennaire 10.In the case of the arrangement 200, at least two axes of symmetry of the transmission-reception surfaces 14 are concurrent since all the axes of symmetry of the transmission-reception surfaces 14 of the antenna structures 10 have at least one point in common with another axis of symmetry of a transmission-reception surface 14 of another antenna structure 10.

Plus précisément, selon l'exemple de la figure 13, l'agencement 200 comprend un axe de symétrie noté D200.More precisely, according to the example of the Figure 13 , the arrangement 200 includes an axis of symmetry denoted D200.

En outre, les structures antennaires 10 sont agencées selon quatre groupes 202, 204, 206, 208 de structures antennaires 10. Le premier groupe 202 regroupe six structures antennaires 10 ; le deuxième groupe 204 regroupe onze structures antennaires 10 ; le troisième groupe 206 regroupe quinze structures antennaires 10 et le quatrième groupe 208 regroupe une seule structure antennaire 10.In addition, the antennal structures 10 are arranged in four groups 202, 204, 206, 208 of antennal structures 10. The first group 202 groups together six antennal structures 10; the second group 204 brings together eleven antennal structures 10; the third group 206 brings together fifteen antennal structures 10 and the fourth group 208 brings together a single antennal structure 10.

Chaque groupe 202, 204, 206, 208 regroupe des structures antennaires 10 dont l'axe de symétrie avec la surface d'émission-réception 14 fait le même angle avec l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200.Each group 202, 204, 206, 208 groups together antennal structures 10 whose axis of symmetry with the transmission-reception surface 14 makes the same angle with the axis of symmetry D200 of the arrangement 200.

Plus précisément, l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception 14 des structures antennaires 10 du premier groupe 202 forme un angle α1 compris entre 0° et 30° avec l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200 de structures antennaires. En l'occurrence, α1 est égal à 30°.More precisely, the axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces 14 of the antenna structures 10 of the first group 202 forms an angle α1 of between 0° and 30° with the axis of symmetry D200 of the arrangement 200 of antennal structures. In this case, α1 is equal to 30°.

L'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception 14 des structures antennaires 10 du deuxième groupe 204 forme un angle α2 compris entre 30° et 60° avec l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200 de structures antennaires. En l'occurrence, α2 est égal à 60°.The axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces 14 of the antennal structures 10 of the second group 204 forms an angle α2 of between 30° and 60° with the axis of symmetry D200 of the arrangement 200 of antennal structures. In this case, α2 is equal to 60°.

L'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception 14 des structures antennaires 10 du troisième groupe 206 forme un angle α3 compris entre 60° et 90° avec l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200 de structures antennaires. En l'occurrence, α3 est égal à 90°.The axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces 14 of the antennal structures 10 of the third group 206 forms an angle α3 of between 60° and 90° with the axis of symmetry D200 of the arrangement 200 of antennal structures. In this case, α3 is equal to 90°.

En outre, la structure antennaire 10 du quatrième groupe 208 présente une surface d'émission-réception normale à l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200 de structures antennaires.In addition, the antenna structure 10 of the fourth group 208 has a transmission-reception surface normal to the axis of symmetry D200 of the arrangement 200 of antenna structures.

D'autres répartitions des structures antennaires 10 sont possibles, le nombre de groupes n'étant pas imposé. En outre, le nombre de structures antennaires 10 par groupes est également libre. De préférence, le nombre de groupe et de structures antennaires 10 est choisi pour que l'agencement 200 présente un bon recouvrement dans le demi-espace. Il est entendu par l'expression « un bon recouvrement » que l'angle pour lequel un gain d'au moins 10 dB est obtenu pour l'agencement 200 est supérieur à 120°. En ce sens, l'agencement 200 peut être qualifié de réseau facetté.Other distributions of the antennal structures 10 are possible, the number of groups not being imposed. In addition, the number of antennal structures 10 per group is also free. Preferably, the number of groups and antenna structures 10 is chosen so that the arrangement 200 has good overlap in the half-space. It is understood by the expression “good coverage” that the angle for which a gain of at least 10 dB is obtained for the arrangement 200 is greater than 120°. In this sense, the arrangement 200 can be described as a faceted network.

Les performances obtenues par l'agencement 200 proposé sont illustrées par le graphique de la figure 14. Ces performances sont telles qu'un bon recouvrement dans le demi-espace au sens de la définition précédente est effectivement obtenu.The performances obtained by the proposed arrangement 200 are illustrated by the graph of the Figure 14 . These performances are such that good overlap in the half-space within the meaning of the previous definition is actually obtained.

L'agencement 200 proposé permet d'assurer les fonctions de plusieurs structures antennaires 10 dans les bandes X et Ku des télécommunications par satellites, en l'absence de motorisation avec un bon recouvrement, un agencement compact et une bonne efficacité du fait des performances des structures antennaires 10 utilisées. En outre, il est possible de ne pas utiliser de polariseur puisque la structure antennaire 10 est polarisée.The proposed arrangement 200 makes it possible to ensure the functions of several antenna structures 10 in the X and Ku bands of satellite telecommunications, in the absence of motorization with good coverage, a compact arrangement and good efficiency due to the performance of the antennal structures 10 used. Furthermore, it is possible not to use a polarizer since the antenna structure 10 is polarized.

Ainsi, l'agencement 200 proposé est utilisable en substitution d'une antenne parabolique de petite dimension et/ou d'une antenne à balayage pour des applications de télécommunications entre deux stations, notamment par satellite. Il est à noter que dans ce cas, le diagramme de rayonnement de la structure antennaire 10 ainsi réalisée est conforme aux gabarits spécifiés pour être utilisé avec certains satellites.Thus, the proposed arrangement 200 can be used as a substitute for a small parabolic antenna and/or a scanning antenna for telecommunications applications between two stations, in particular by satellite. It should be noted that in this case, the radiation pattern of the antenna structure 10 thus produced complies with the templates specified for use with certain satellites.

Un tel agencement 200 est avantageusement utilisable dans une plateforme, notamment aérienne. Dans le cadre de cette utilisation, la compacité de l'agencement 200 permet de réduire les contraintes sur les implantations d'équipements dans la plateforme.Such an arrangement 200 can advantageously be used in a platform, particularly an aerial platform. In the context of this use, the compactness of the arrangement 200 makes it possible to reduce the constraints on the installation of equipment in the platform.

Un tel agencement 200 est également avantageusement utilisable dans un contexte sous-marin : l'agencement 200 est émergé et en liaison filaire avec une plateforme sous-marine immergée. La plateforme sous-marine est alors capable de communiquer avec l'extérieur via l'agencement 200.Such an arrangement 200 can also advantageously be used in an underwater context: the arrangement 200 is emerged and in wire connection with a submerged underwater platform. The underwater platform is then capable of communicating with the outside via the arrangement 200.

Claims

An arrangement (200) of antenna structures (10) for telecommunications, in particular by satellite, in which each antenna structure (10) comprises a transmission-reception surface (14) having an axis of symmetry and at least one elementary antenna (12) having a helical shape and dimensioned to transmit and/or receive at least one electromagnetic wave having a frequency greater than 4 GHz, preferably between 4 GHz and 50 GHz, in particular in a spectrum band chosen from the X band and the Ku band, and in that at least two axes of symmetry are concurrent, characterised in that each transmission-reception surface (14) of an antenna structure (10) is generally circular in shape, each elementary antenna (12) of the antenna structure (10) extending between a first end (18) adjacent to the transmit-receive surface (14) and a second end (20) remote from the transmit-receive surface (14), each antenna structure (10) also comprising two sets of a plurality of elementary antennas (12), the elementary antennae (12) of each assembly (30, 32) being arranged along a circle of its own radius (R1, R2) of this assembly (30, 32), all the said circles being concentric, the ratio between the radii of the two circles preferably being less than 25%.
An arrangement of antenna structures as claimed in claim 1, wherein each transmit-receive surface (14) of one antenna structure (10) is at least contiguous with a transmit-receive surface (14) of another antenna structure (10).
An arrangement of antenna structures according to claim 1 or 2, having an axis of symmetry (D200), the axis of symmetry of each transmitting-receiving surface (14) of each antenna structure (10) of the arrangement (200) forming an angle with the axis of symmetry (D200) of the arrangement (200) of antenna structures.
An arrangement (200) of antenna structures according to claim 3, in which the antenna structures (10) are arranged in at least three groups of antenna structures (10) comprising one or more antenna structures (10), the axis of symmetry of each of the transmit-receive surfaces (14) of the antenna structures (10) of the first group forming an angle of between 0° and 30° with the axis of symmetry (D200) of the arrangement (200) of antenna structures, the axis of symmetry of each of the transmit-receive surfaces (14) of the antenna structures (10) of the second group forming an angle of between 30° and 60° with the axis of symmetry (D200) of the arrangement (200) of antenna structures and the axis of symmetry of each of the transmit-receive surfaces (14) of the antenna structures (10) of the third group forming an angle of between 30° and 90° with the axis of symmetry (D200) of the arrangement (200) of antenna structures.
An arrangement of antenna structures according to any one of claims 1 to 4, wherein the area (A) of the transmit-receive surface (14) of each antenna structure (10) is less than or equal to 100*λ² where:
- "*" refers to the mathematical operation of multiplication, and

- λ denotes the average wavelength of the various wavelengths of the electromagnetic waves that the elementary antennae (12) of the antenna structure (10) are designed to transmit and/or receive
An arrangement of antenna structures according to any one of claims 1 to 5, wherein the arrangement comprises a radome (16) covering each transmitting-receiving surface (14).
An arrangement as claimed in claim 6, in which each antenna structure (10) further comprises a housing (22) whose base surface is the transmitting-receiving surface (14), and the elementary antennas (12) comprise a rod (100) for inserting the electric field and a dielectric insulation device (112) inserted between the rod (100) and the housing (22), the radome (16) being suitable for being fixed to the housing (22) and having a positioning cavity (110) able to receive the dielectric insulation device (112) in an inserted position.
An arrangement according to claim 7, wherein the housing (22) comprises a first inner wall (102) parallel to the transmitting-receiving surface (14), the transmitting-receiving surface (14) being between the first inner wall (102) and the radome (16), the dielectric device (112) bearing against the first inner wall (102) when the radome (16) is attached to the housing (22) and the dielectric device (112) is in its inserted position.
An arrangement according to claim 7 or 8, in which the dielectric device (112) comprises a cavity (126) for receiving the rod (100).
An arrangement according to claim 9, in which the rod (100) comprises a first rectilinear portion (114) cylindrical with a circular base, the dielectric device (112) comprises a first end portion (128) and a second circular cylindrical end portion (130), and the receiving cavity (126) comprises an axial cavity (134) adapted to receive the first rectilinear portion (114),
the first straight portion (114) having a fourth diameter (D4), the second end portion (130) having a sixth diameter (D6) and the axial cavity (134) having a second depth (P2) equal to half the sum of the fourth diameter (D4) and the sixth diameter (D6).
An arrangement according to any one of claims 7 to 10, in which the dielectric device (112) comprises a circular-based cylindrical ring (144) having a seventh diameter (D7), the transceiver surface (14) comprises a coaxial access orifice (106) capable of receiving the dielectric device (112), the coaxial access orifice (106) being circular-based cylindrical and having a first diameter (D1), the first diameter (D1) being greater than the seventh diameter (D7).
An arrangement of antenna structures according to any one of claims 1 to 11, wherein the antenna structures are made of a metallised plastic material.
Platform, in particular an overhead platform, comprising at least one arrangement (200) of antenna structures according to any one of claims 1 to 12.
A method of telecommunications, in particular by satellite, between two stations, comprising a step of transmitting or receiving electromagnetic waves having a frequency greater than 4 GHz, preferably between 4 GHz and 50 GHz, particularly in a spectrum band chosen from the X band and the Ku band, by an arrangement (200) of antenna structures according to any one of claims 1 to 12.