La présente invention concerne un répartiteur d'alimentation d'une antenneThe present invention relates to a power distributor of an antenna
à balayage électronique en hyperfréquences, ainsi qu'un ensemble de communications en hyperfréquences, comprenant un tel répartiteur. microwave scanning electron, as well as a set of microwave communications, including such a splitter.
L'invention concerne le domaine des communications sans fil point à point, qui s'étend à diverses applications. On décrit l'invention dans son application aux communications sans fil point à point entre des navires. Dans cette application, il faut non seulement que l'antenne de communica-tions soit dégagée, mais aussi que le système continue à fonctionner normalement malgré les déplacements en roulis et tangage des navires. On connaît déjà un répartiteur destiné à une telle application et qui comprend deux plans conducteurs entre lesquels sont disposés deux réseaux circulaires d'éléments rayonnants répartis à intervalles réguliers, près du centre et près du bord respectivement. Dans un tel système, un élément du réseau intérieur crée un champ vers les éléments du réseau extérieur, entre les deux plans conducteurs. The invention relates to the field of point-to-point wireless communications, which extends to various applications. The invention is described in its application to point-to-point wireless communications between ships. In this application, it is necessary not only that the communication antenna be cleared, but also that the system continues to operate normally despite the movements in roll and pitch of the ships. A distributor for such an application is already known and comprises two conductive planes between which are arranged two circular arrays of radiating elements distributed at regular intervals, near the center and near the edge respectively. In such a system, an element of the internal network creates a field towards the elements of the external network, between the two conducting planes.
L'espace compris entre ces deux plans doit donc être libre pour la formation du champ. Un tel répartiteur ne peut donc être placé qu'en tête de mât puisqu'il ne peut avoir qu'un orifice central inexistant ou très réduit. En pratique, les mâts sont installés sur des navires pour remplir une fonction particulière, en général pour le support de radars en tête de mât. Un problème se pose donc, puisqu'il serait excessivement onéreux d'ajouter un mât uniquement pour l'antenne de communications. Le document FR-2 874 748 décrit un répartiteur d'ali- mentation d'une antenne à balayage électronique en hyperfréquences, qui comprend un guide d'onde en anneau de section rectangulaire, muni d'entrées connectées à une première face correspondant à un côté de la section du rectangle, et de sorties connectées à une seconde face correspondant à un autre côté de la section du rectangle. L'élément essentiel de ce répartiteur est donc un guide d'onde. Par exemple, les dimensions de hauteur et de largeur de la section du guide d'onde sont toutes deux de l'ordre de la longueur d'onde ou plus petite. On s'est rendu compte en pratique qu'un tel répartiteur d'alimentation, bien qu'il possède toutes les propriétés nécessaires, ne fonctionne que dans une étroite bande de fréquences. En outre, il nécessite l'utilisation d'éléments de commutation à chaque guide d'onde d'entrée ; de tels éléments, par exemple des commutateurs à diodes PIN, sont coûteux. L'invention a pour objet de résoudre les problèmes précités par réalisation d'un répartiteur qui n'impose pas un passage dans un guide d'onde entre une entrée et plu-sieurs sorties, qui donne une large bande de fréquences et qui ne nécessite pas de dispositif d'obturation de guide d'onde d'entrée. Plus précisément, selon l'invention, le répartiteur ne comporte pas de guide d'onde, mais simplement un corps creux délimitant une cavité de propagation entre deux parois cylindriques, la section de la cavité étant un rectangle allongé dont une dimension est très supérieure à la longueur d'onde des hyperfréquences utilisées. En conséquence, le mode de propagation des ondes est un mode TEM, comme en espace libre. Ainsi, un répartiteur et un ensemble de communications selon l'invention dégagent un espace central suffisamment important pour pouvoir être placés autour d'un mât au- dessous de la tête de celui-ci, tout en permettant un balayage dans une large bande de fréquences. Plus précisément, selon l'invention, le problème pré-cité est résolu par l'utilisation d'un répartiteur comportant un corps creux en anneau délimitant. une cavité de section rectangulaire allongée dont une dimension est très supérieure à la longueur d'onde des hyperfréquences utilisées, le corps étant muni d'entrées connectées à proximité d'un petit côté de la section du rectangle, et de sorties connectées à proximité du second petit côté de la section du rectangle. De préférence, la cavité contient un matériau absorbant les hyperfréquences, placé à proximité du petit côté proche des entrées. The space between these two planes must therefore be free for the formation of the field. Such a distributor can therefore be placed at the masthead since it can have a central hole that does not exist or is very small. In practice, the masts are installed on ships to perform a particular function, generally for the support of radar at the masthead. A problem therefore arises, since it would be excessively expensive to add a mast only for the communications antenna. Document FR-2 874 748 discloses a power distributor of a microwave scanning electron antenna, which comprises a ring waveguide of rectangular section, provided with inputs connected to a first face corresponding to a side of the rectangle section, and outputs connected to a second side corresponding to another side of the rectangle section. The essential element of this splitter is therefore a waveguide. For example, the height and width dimensions of the section of the waveguide are both of the order of the wavelength or smaller. It has been found in practice that such a power splitter, although having all the necessary properties, operates only in a narrow frequency band. In addition, it requires the use of switching elements at each input waveguide; such elements, for example PIN diode switches, are expensive. The object of the invention is to solve the aforementioned problems by making a splitter that does not impose a passage in a waveguide between an input and several outputs, which gives a wide frequency band and which does not require no input waveguide shutter device. More precisely, according to the invention, the distributor does not comprise a waveguide, but simply a hollow body delimiting a propagation cavity between two cylindrical walls, the section of the cavity being an elongated rectangle of which a dimension is much greater than the wavelength of the microwaves used. As a result, the propagation mode of the waves is a TEM mode, as in free space. Thus, a splitter and a set of communications according to the invention provide a central space large enough to be placed around a mast below the head of the latter, while allowing scanning in a wide frequency band . More precisely, according to the invention, the aforementioned problem is solved by the use of a splitter comprising a delimited ring hollow body. an elongated rectangular section cavity of which a dimension is much greater than the wavelength of the microwaves used, the body being provided with inputs connected near a small side of the section of the rectangle, and outputs connected in proximity to the second small side of the rectangle section. Preferably, the cavity contains a microwave absorbing material placed near the short side near the inputs.
Dans un mode de réalisation, les entrées et/ou les sorties sont formées par des connecteurs coaxiaux. Par exemple, le connecteur coaxial comporte un conducteur central qui pénètre partiellement dans le corps en anneau. In one embodiment, the inputs and / or the outputs are formed by coaxial connectors. For example, the coaxial connector has a central conductor that partially penetrates the ring body.
Dans un autre mode de réalisation, les entrées et/ou les sorties sont formées par des guides d'onde. De préférence, le nombre d'entrées est compris entre quatre et seize (4 et 16), et le nombre de sorties est compris entre trente-deux et cent-vingt-huit (32 et 128). In another embodiment, the inputs and / or outputs are formed by waveguides. Preferably, the number of entries is between four and sixteen (4 and 16), and the number of exits is between thirty-two and one hundred and twenty-eight (32 and 128).
De préférence, la longueur d'onde correspond à une fréquence comprise dans la bande de 4,4 à 5 GHz, et le trou central de l'anneau du guide d'onde en anneau a un diamètre supérieur à 500 mm. L'invention concerne aussi un ensemble de communica- tions en hyperfréquences, du type qui comprend un dispositif électronique de commande, un dispositif de commutation, un répartiteur, un dispositif de déphasage, et une antenne possédant des éléments rayonnants, et tel que le répartiteur est tel que défini dans les paragraphes précédents. Preferably, the wavelength corresponds to a frequency in the range of 4.4 to 5 GHz, and the central hole of the annular waveguide ring has a diameter greater than 500 mm. The invention also relates to a set of microwave communications, of the type which comprises an electronic control device, a switching device, a splitter, a phase shifter, and an antenna having radiating elements, and such that the splitter is as defined in the preceding paragraphs.
De préférence, le répartiteur et l'antenne ont un même axe pratiquement, et l'antenne a au moins deux parties séparées dans la direction de l'axe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels . la figure 1 est une vue schématique en perspective, avec des parties arrachées, d'un répartiteur selon l'invention, avec une partie d'antenne à balayage ; la figure 2 est une coupe transversale d'une partie du corps creux du répartiteur de la figure 1 ; la figure 3 est un schéma illustrant le fonctionnement du répartiteur des figures 1 et 2 ; la figure 4 représente schématiquement un exemple de sélection des entrées à l'aide d'un commutateur ; et les figures 5 et 6 sont des exemples d'entrées coaxiale et à guide d'onde de modes de réalisation différents de répartiteur selon l'invention. Preferably, the splitter and the antenna have a substantially same axis, and the antenna has at least two separate parts in the direction of the axis. Other features and advantages of the invention will be better understood on reading the following description of an exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a schematic perspective view, with torn parts, of a splitter according to the invention, with a scanning antenna part; Figure 2 is a cross section of a portion of the hollow body of the distributor of Figure 1; Figure 3 is a diagram illustrating the operation of the distributor of Figures 1 and 2; FIG. 4 schematically represents an example of selecting the inputs using a switch; and FIGS. 5 and 6 are examples of coaxial and waveguide inputs of different embodiments of the splitter according to the invention.
La figure 1 représente un répartiteur 10 selon l'invention associé à une antenne 12. Le répartiteur 10 comporte un corps creux 14 ayant une paroi intérieure 16, une paroi extérieure 18, les deux parois 16 et 18 étant cylindriques, et des parois d'extrémité supérieure 20 et inférieure 22. Le corps creux est donc un anneau creux délimitant une cavité de section rectangulaire allongée. Des entrées 24 sont représentées à la partie supérieure interne du corps et des sorties 26 à sa partie inférieure externe. Bien qu'on ait représenté les entrées à l'intérieur et les sorties à l'extérieur, les positions des entrées et des sorties peuvent être changées. Ainsi, les entrées et sorties peuvent être placées à l'une ou l'autre des parois 16, 18. Lorsque les entrées et/ou les sorties sont du type à guide d'onde, elles sont placées à une paroi d'extrémité 20, 22, comme décrit dans la suite en référence aux figures 5 et 6. Dans le mode de réalisation représenté, le corps creux 14 possède huit entrées 24 et soixante-douze sorties 26. FIG. 1 represents a distributor 10 according to the invention associated with an antenna 12. The distributor 10 comprises a hollow body 14 having an inner wall 16, an outer wall 18, the two walls 16 and 18 being cylindrical, and walls of upper end 20 and lower 22. The hollow body is a hollow ring defining a cavity of rectangular section elongated. Inputs 24 are shown at the inner upper part of the body and the outlets 26 at its outer lower part. Although indoor inputs and outputs are shown externally, the positions of the inputs and outputs can be changed. Thus, the inputs and outputs can be placed at one or the other of the walls 16, 18. When the inputs and / or the outputs are of the waveguide type, they are placed at an end wall 20 , 22, as described in the following with reference to FIGS. 5 and 6. In the embodiment shown, the hollow body 14 has eight inputs 24 and seventy-two outputs 26.
Chaque sortie 26 est reliée par un déphaseur 28 à un élément rayonnant 30 de l'antenne 12. Bien qu'on ait représenté une antenne 12 en une seule partie en direction axiale, l'antenne peut comporter au moins deux parties séparées dans la direction de l'axe (mode de réalisation non représenté). La figure 3 illustre la propagation des ondes dans le corps creux. L'entrée excitée 24 projette des ondes qui se propagent vers les sorties 26 qui transmettent l'énergie reçue. L'énergie qui peut être réfléchie par la paroi infé- rieure 22 du corps creux peut être avantageusement absorbée par un organe absorbant placé à la paroi supérieure 20. Ainsi, le passage de l'énergie en hyperfréquences entre une entrée 24 et des sorties 26 s'effectue par propagation directe, sans effet de guidage d'onde. Each output 26 is connected by a phase-shifter 28 to a radiating element 30 of the antenna 12. Although an antenna 12 has been shown in a single part in the axial direction, the antenna may comprise at least two separate parts in the direction of the axis (embodiment not shown). Figure 3 illustrates the wave propagation in the hollow body. The excited input 24 projects waves that propagate to the outputs 26 which transmit the received energy. The energy that can be reflected by the lower wall 22 of the hollow body can be advantageously absorbed by an absorbent member placed at the upper wall 20. Thus, the passage of microwave energy between an input 24 and outputs 26 is carried out by direct propagation, without waveguiding effect.
La figure 4 indique comment les différentes entrées 24 peuvent être alimentées à l'aide d'un commutateur 32. Les figures 5 indique l'utilisation d'un exemple d'entrée coaxiale 24, ayant une tige 34, qui pénètre partiellement entre les parois 16, 18 du corps et forme un plongeur monopole placé au quart de la longueur d'onde environ de la paroi 20. La figure 6 indique l'utilisation d'un guide d'onde 36 comme entrée débouchant dans la paroi 20, vers la cavité formée entre les parois cylindriques 16 et 18. Bien qu'on ait indiqué que les entrées pouvaient être coaxiales ou en guide d'onde, les sorties peuvent aussi être coaxiales ou en guide d'onde. FIG. 4 shows how the various inputs 24 can be powered by means of a switch 32. FIG. 5 indicates the use of an example of a coaxial input 24, having a rod 34, which penetrates partially between the walls 16, 18 of the body and forms a monopole plunger placed at a quarter of the wavelength approximately of the wall 20. FIG. 6 indicates the use of a waveguide 36 as an inlet opening into the wall 20, towards the cavity formed between the cylindrical walls 16 and 18. Although it has been indicated that the inputs could be coaxial or waveguide, the outputs can also be coaxial or waveguide.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, chaque entrée donne accès à un secteur différent de l'antenne. Ce secteur correspond environ au tiers de la circonférence. La sélection parmi les huit entrées permet d'orienter le secteur utile avec un pas de 45 grâce au commutateur 32. Comme le secteur utile est orienté avec un pas de 45`, le balayage électronique commandé par les déphaseurs 28 s'effectue sur une plage de 22,5`. Il est ainsi possible de couvrir toute l'étendue de 360 Bien entendu, au cours du balayage, la loi de phase nécessaire à la refo-calisation et au dépointage tient compte de la phase avec laquelle les éléments rayonnants sont alimentés. Les valeurs indiquées permettent des communications avec plusieurs correspondants par commutation très rapide de la direction de pointage. In the embodiment shown in the figures, each input gives access to a different sector of the antenna. This area is about one-third of the circumference. The selection among the eight inputs makes it possible to orient the useful sector with a step of 45 thanks to the switch 32. As the useful sector is oriented with a step of 45`, the electronic scanning controlled by the phase-shifters 28 is carried out on a range 22.5`. It is thus possible to cover the entire range of 360. Of course, during the sweeping, the phase law necessary for the re-calibration and the misalignment takes into account the phase with which the radiating elements are fed. The indicated values allow communication with several correspondents by very fast switching of the pointing direction.
Dans un exemple de répartiteur et d'antenne destinés à être utilisés en bande C (fréquence comprise entre 4,4 et 5 GHz), le répartiteur peut avoir un diamètre interne de 660 mm et un diamètre externe de 700 mm. La cavité de propagation du champ électromagnétique a donc une épaisseur d'environ 20 mm. Les entrées 24 peuvent être constituées de connecteurs de type SMA. Les sorties 26, au nombre de soixante-douze, sont disposées avec un pas de 5', et sont séparées par une distance d'environ 30,5 mm, cette valeur étant voisine d'une demi- longueur d'onde en bande C. Dans l'exemple représenté, les sorties 26 ont aussi des connec- teurs de type SMA. Les parois supérieure et inférieure 20 et 22 du répartiteur permettent la formation de plans de courts-circuits à 15 mm environ des éléments coaxiaux (distance de l'ordre du quart de la longueur d'onde). La hauteur de l'antenne, entre les parois 20 et 22, est de l'ordre de 250 mm. Bien qu'on ait représenté un répartiteur ayant huit entrées et soixante-douze sorties, le nombre d'entrées peut être réduit à six ou même quatre. Cependant, un répartiteur à quatre entrées seulement donne un dépointage de 45* dont le résultat est de créer des pertes élevées. Il est aussi possible d'utiliser un nombre d'entrées supérieur à huit, mais le commutateur est alors compliqué et augmente les pertes. Par contre, les pertes de dépointage sont déjà très faibles avec huit entrées seulement. Il n'est donc pas nécessaire d'utiliser plus de huit entrées. Le nombre de sorties est directement lié au diamètre de l'antenne ou du mât, car le pas de celles-ci doit rester voisin d'une demi-longueur d'onde. Dans le répartiteur selon l'invention, les sorties sont éclairées simultanément, et le diagramme de rayonnement donne une amplitude pratiquement gaussienne facile à régler et ayant une large bande. Grâce à cette disposition de propagation, les entrées inutilisées ne perturbent pas le fonctionnement de l'entrée utilisée. Il n'est donc pas nécessaire d'introduire un dis-positif quelconque pour supprimer leur influence. In an exemplary splitter and antenna for use in the C band (frequency between 4.4 and 5 GHz), the splitter can have an internal diameter of 660 mm and an outer diameter of 700 mm. The propagation cavity of the electromagnetic field therefore has a thickness of about 20 mm. The inputs 24 may consist of SMA type connectors. The outlets, numbering seventy-two, are arranged in a pitch of 5 ', and are separated by a distance of approximately 30.5 mm, this value being close to half a wavelength in the C band. In the example shown, the outputs 26 also have SMA connectors. The upper and lower walls 20 and 22 of the splitter allow the formation of short-circuit planes to about 15 mm coaxial elements (distance of the order of a quarter of the wavelength). The height of the antenna, between the walls 20 and 22, is of the order of 250 mm. Although a splitter with eight inputs and seventy-two outputs has been shown, the number of inputs can be reduced to six or even four. However, a four-input splitter only gives a 45 * misalignment, the result of which is to create high losses. It is also possible to use more than eight inputs, but the switch is complicated and increases the losses. On the other hand, misalignment losses are already very low with only eight entries. It is therefore not necessary to use more than eight entries. The number of outputs is directly related to the diameter of the antenna or mast, because the pitch of these must remain close to half a wavelength. In the splitter according to the invention, the outputs are illuminated simultaneously, and the radiation pattern gives a substantially Gaussian amplitude easy to adjust and having a wide band. Thanks to this propagation arrangement, the unused inputs do not disturb the operation of the input used. It is therefore not necessary to introduce any dis-positive to suppress their influence.
On a indiqué qu'il était avantageux de placer un absorbant au niveau de la paroi d'extrémité proche des entrées. Le rôle de cet absorbant est de supprimer la plus grande partie des réflexions dues aux déphaseurs et aux éléments rayonnants ainsi qu'à leur couplage. Le diagramme de rayon-nement a alors des lobes secondaires parasites réduits. Bien qu'on ait représenté des éléments rayonnants 30 sous forme de circuits imprimés, d'autres types d'éléments peuvent être utilisés. Bien qu'on ait décrit l'invention lors d'une utili- sation en bande C (4,4 à 5 GHz), il est bien entendu qu'elle s'applique à d'autres bandes de fréquences, les dimensions étant modifiées proportionnellement à la longueur d'onde. It has been indicated that it is advantageous to place an absorbent at the end wall near the inlets. The role of this absorbent is to remove most of the reflections due to phase shifters and radiators and their coupling. The radiation pattern then has reduced parasitic side lobes. Although radiating elements 30 have been shown in the form of printed circuits, other types of elements may be used. Although the invention has been described when used in the C band (4.4 to 5 GHz), it is understood that it applies to other frequency bands, the dimensions being modified. proportionally to the wavelength.
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| FR0602995AFR2899727B1 (en) | 2006-04-05 | 2006-04-05 | MICROWAVE FREQUENCY SCANNING ANTENNA POWER DISTRIBUTOR, AND COMMUNICATION ASSEMBLY |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4489325A (en)* | 1983-09-02 | 1984-12-18 | Bauck Jerald L | Electronically scanned space fed antenna system and method of operation thereof |
| US4558324A (en)* | 1983-07-07 | 1985-12-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Multibeam lens antennas |
| FR2874748A1 (en)* | 2004-09-02 | 2006-03-03 | Amp C3C Sa | Hyper frequency splitter for feeding electronically scanned antenna, has ring wave guide with rectangular section and with inlets connected to side that corresponds to side of section |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Publication date |
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| FR2899727B1 (en) | 2008-06-27 |
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