Titre : ANTENNE-RESEAU

Domaine technique

[0001] La présente description concerne une antenne-réseau, qui peut être particulièrement adaptée pour établir une liaison radio dans l’une au moins des bandes de fréquence Ku et Ka, entre un porteur mobile et un satellite géostationnaire.

Technique antérieure

[0002] Les systèmes de communication désignés par «SATCOM On-The-Move» permettent d’établir une liaison de communication de type radio entre un porteur mobile et un satellite géostationnaire. Le porteur mobile peut être un véhicule terrestre, un navire maritime ou un aéronef, notamment un avion ou un drone. Pour des applications civiles, un tel système peut permettre de procurer une liaison internet à des passagers du porteur, y compris l’accès à des services de messagerie, des services télévisuels, etc. Pour des applications militaires, il peut procurer une liaison continue de communication entre un aéronef et des troupes au sol, ou entre un aéronef et un poste de contrôle de mission opérationnelle.

[0003] L’utilisation des bandes de fréquence Ku, entre 12 GHz (gigahertz) 18 GHz, et Ka, entre 26,5 GHz et 40 GHz, pour de tels systèmes procure des débits de liaison de communication qui sont supérieurs, par rapport à d’autres bandes de fréquence utilisées antérieurement. Toutefois, les bandes de fréquence Ku et Ka nécessitent que les antennes qui sont utilisées à bord des porteurs aient des gains suffisamment élevés, notamment des valeurs de gain qui soient supérieures à 30 dBi, où dBi désigne l’unité de gain, en décibels par rapport à une antenne qui rayonnerait uniformément dans toutes les directions de l’espace, ou «décibels relative to isotropie» en anglais.

[0004] Par ailleurs, le porteur qui est équipé de l’antenne étant mobile, il est nécessaire que l’antenne puisse produire un dépointage en azimut de 0° (degré) à 360°, et un dépointage en élévation suffisamment important, par exemple de 0° à 60°. De tels dépointages sont mesurés par rapport à une direction de référence de l’antenne qui peut être destinée à être sensiblement parallèle à la direction verticale du lieu où se trouve le porteur, l’azimut concernant une rotation autour de la direction de référence, et l’élévation un angle qui est mesuré à partir de cette direction de référence dans un plan méridien.

[0005] En outre, il peut être utile qu’une telle antenne soit sélective en fonction de la polarisation du rayonnement émis ou reçu. Pour cela, le gain de l’antenne doit posséder des valeurs différentes en fonction de la polarisation, avec un taux de réjection qui est suffisamment élevé pour la polarisation orthogonale à celle utilisée pour effectuer une liaison de communication. Les polarisations de rayonnement concernées peuvent être, par exemple, les polarisations circulaires droite et gauche, ou deux polarisations linéaires qui sont orientées perpendiculairement l’une à l’autre.

[0006] Enfin, pour certaines applications, l’épaisseur de l’antenne est une contrainte supplémentaire, notamment lorsque l’antenne est destinée à être fixée sur le fuselage d’un avion, afin de réduire des perturbations d’écoulement aéraulique que peut provoquer l’antenne. Typiquement, des valeurs d’épaisseur qui sont inférieures à quelques centimètres sont requises pour de telles applications à bord d’un avion.

[0007] De nombreux types d’antennes ont déjà été proposés, y compris des antennes à dépointage entièrement mécanique, des antennes à dépointage mixte, c’est-à-dire partiellement par mouvement d’orientation et partiellement par effet de réseau à déphasage variable, des antennes à réseau bidimensionnel d’éléments rayonnants, des antennes à réseau d’éléments réfléchissants, des antennes à matériaux reconfigurables, par exemple à base de ferrites ou de cristaux liquides, etc. Mais toutes ces antennes ne répondent que partiellement à l’ensemble des contraintes existantes, y compris des contraintes de fragilité, notamment lorsque l’antenne possède des parties mobiles, des contraintes d’encombrement, des contraintes de gain qui soit suffisamment élevé, des contraintes de coût, des contraintes de température de fonctionnement, etc.

Problème technique

[0008] A partir de cette situation, un but de la présente invention est de proposer une nouvelle antenne qui satisfasse l’une au moins des contraintes précitées dans une mesure améliorée, ou qui procure un compromis entre certaines de ces contraintes qui soit amélioré par rapport aux antennes existantes. En particulier, l’invention peut viser à proposer une telle antenne qui soit appropriée pour fournir des liaisons de communication radio dans la (les) bande(s) de fréquence Ku et/ou Ka, entre un porteur mobile et un satellite géostationnaire.

Résumé de l’invention

[0009] Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose une antenne-réseau qui comprend :

- au moins une ligne d’éléments rayonnants, chaque élément rayonnant étant adapté pour produire individuellement une radiation d’émission à partir d’un signal électrique d’excitation qui est reçu par cet élément rayonnant ;

- une unité de contrôle faisant fonction de formateur de faisceau ;

- au moins une ligne à retard, qui est constituée par un assemblage en série de motifs de ligne, chaque motif de ligne étant adapté pour retransmettre un signal électromagnétique qui est reçu en entrée par ce motif de ligne, avec un retard variable au motif de ligne suivant à l’intérieur de la ligne à retard, de sorte que le signal électromagnétique constitue une onde progressive guidée qui se propage le long de la ligne à retard à partir d’une extrémité d’alimentation de cette ligne à retard, et chaque motif de ligne étant pourvu d’au moins une entrée de commande permettant de varier le retard qui est produit par ce motif de ligne pour le signal électromagnétique ; et

- des liaisons d’excitation, couplant un-à-un chaque motif de ligne de la ligne à retard à un des éléments rayonnants de la ligne des éléments rayonnants, chaque liaison d’excitation étant adaptée pour transmettre à l’élément rayonnant correspondant, en tant que signal électrique d’excitation pour cet élément rayonnant, un signal électrique qui correspond à une phase de l’onde progressive guidée telle qu’existant au niveau du motif de ligne qui est couplé par la liaison d’excitation, la ligne d’éléments rayonnants et la ligne à retard ainsi couplées l’une à l’autre formant une ligne d’antenne.

[0010] En outre, l'unité de contrôle est adaptée pour transmettre à l’au moins une entrée de commande de chaque motif de ligne, une commande individuelle qui détermine une valeur du retard qui est produit par ce motif de ligne pour le signal électromagnétique, de sorte que l’unité de contrôle détermine, par l’intermédiaire des commandes individuelles, une direction d’émission de rayonnement par l’antenne-réseau. [0011] Dans l’antenne-réseau de l’invention, chaque motif de ligne comprend au moins une unité de cellule à retard, cette unité de cellule à retard comprenant au moins un premier condensateur à capacité variable, et au moins un méandre de piste conductrice qui est combiné avec un second condensateur à capacité variable pour produire une valeur variable d’inductance. Alors, le motif de ligne est agencé de sorte que la commande individuelle qui est transmise par l’unité de contrôle à l’entrée de commande de ce motif de ligne détermine des valeurs de capacité des premier et second condensateurs.

[0012] Ainsi, l’antenne qui est proposée par l’invention est de type antenne-réseau, dont la direction d’émission ou de réception est sélectionnée par la commande individuelle qui est transmise par l’unité de contrôle à chaque motif de ligne à retard. L’antenne peut donc ne posséder aucune partie mobile, et peut en outre être particulièrement mince, notamment avec une épaisseur de quelques centimètres ou moins. Par ailleurs, une antenne conforme à l’invention peut être fabriquée en utilisant des technologies connues, fiables et peu onéreuses, telles que des technologies de circuit imprimé, ou PCB pour «printed circuit board» en anglais. En particulier, la technologie de circuit imprimé coplanaire, où une surface métallisée qui sert de plan de masse est coplanaire avec des portions métallisées qui sont destinées à transmettre des signaux utiles, peut être utilisée. Enfin, l’absence de matériaux reconfigurables tels que des ferrites ou des cristaux liquides, et l’absence de parties mobiles dans l’antenne assurent qu’elle soit fonctionnelle dans un large domaine de température.

[0013] Enfin, l’architecture de l’antenne, à base d’au moins une ligne à retard pour laquelle les retards qui sont produits par les motifs de ligne sont variables, met en œuvre une structure d’adressage des signaux électromagnétiques aux éléments rayonnants qui est simple.

[0014] Selon l’invention, l’antenne-réseau comprend en outre une structure de blindage qui est disposée à proximité de la ligne à retard, de façon à occulter au moins partiellement des rayonnements qui sont produits par les motifs de ligne de celle-ci, sans occulter significativement les radiations d’émission qui sont produites par les éléments rayonnants couplés aux motifs de ligne. Ainsi, des contributions parasites aux signaux radio émis par l’antenne-réseau, qui seraient produites par les motifs de ligne de chaque ligne à retard, sont réduits. De cette façon, la qualité des signaux de communication qui sont émis et/ou reçus par l’antenne-réseau est supérieure. Pour cela, chaque liaison d’excitation peut s’étendre à travers une ouverture de la structure de blindage, cette ouverture étant située entre le motif de ligne et l’élément rayonnant qui sont couplés l’un à l’autre par la liaison d’excitation correspondante.

[0015] Pour obtenir une directivité d’émission-réception pour l’antenne-réseau en azimut et en élévation, l’antenne-réseau peut comprendre plusieurs lignes juxtaposées d’éléments rayonnants, de façon à former une matrice d’éléments rayonnants, chaque ligne d’éléments rayonnants étant associée avec au moins une ligne à retard qui est dédiée à cette ligne d’éléments rayonnants de façon à former une ligne d’antenne séparée des autres lignes d’antenne. Dans ce cas, l’antenne-réseau comprend en outre un ensemble déphaseur qui est adapté pour transmettre un même signal à émettre aux extrémités d’alimentation de toutes les lignes à retard, conformément à des valeurs variables de déphasage qui sont affectées individuellement aux lignes à retard par l’unité de contrôle.

[0016] Dans des modes préférés de réalisation de l’invention, l’une au moins des caractéristiques additionnelles suivantes peut être reproduite optionnellement, seule ou en combinaison de plusieurs d’entre elles :

- la ligne à retard peut être formée dans au moins une surface métallisée d’un support de circuit imprimé, ou «PCB», notamment par une technologie coplanaire de circuit imprimé selon laquelle une piste de transport de signal électrique et une piste de masse électrique sont formées dans une même surface métallisée. Dans ce cas, l’antenne-réseau ainsi constituée peut avoir une épaisseur qui est inférieure à 10 cm, de préférence inférieure à 5 cm, mesurée perpendiculairement au support de circuit imprimé. En outre, des configurations particulièrement robustes et compactes peuvent être obtenues pour l’antenne-réseau, lorsque les éléments rayonnants qui sont connectés aux motifs de ligne de la ligne à retard par les liaisons d’excitation, sont portés par le même support de circuit imprimé que celui de la ligne à retard;

- certaines au moins des liaisons d’excitation peuvent comporter chacune au moins un élément de couplage variable, cet élément de couplage variable ayant une entrée de commande adaptée pour recevoir un signal d’intensité de couplage qui est délivré par l’unité de contrôle. L’élément de couplage variable est alors agencé pour varier une intensité du signal électrique d’excitation tel que reçu par l’élément rayonnant qui est couplé par la liaison d’excitation, par rapport au signal électromagnétique tel que transmis dans la ligne à retard par le motif de ligne qui couplé par la même liaison d’excitation ;

- chaque motif de ligne peut comprendre plusieurs unités de cellule à retard, par exemple quatre unités de cellule à retard, qui sont assemblées en série. Alors, la liaison d’excitation qui est couplée à ce motif de ligne peut être connectée électriquement à la ligne à retard entre deux des unités de cellule à retard qui sont successives dans le motif de ligne, ou entre la dernière des unités de cellule à retard du motif de ligne et la première des unités de cellule à retard du motif de ligne suivant dans la ligne à retard ;

- chaque élément rayonnant peut comprendre au moins un élément de surface, aussi appelé pastille ou «pad» en anglais, qui est métallisé ou métallique, et qui est couplé par liaison électrique continue ou couplé à distance par interaction électromagnétique au motif de ligne correspondant, de façon à former la liaison d’excitation entre cet élément rayonnant et ce motif de ligne. Eventuellement, chaque élément rayonnant peut comprendre plusieurs éléments de surface métallisés ou métalliques, qui sont superposés et tous couplés à la ligne d’excitation de cet élément rayonnant, et qui ont des dimensions différentes de façon à produire des efficacités d’émission de rayonnement qui sont maximales pour des valeurs de fréquence du rayonnement qui sont différentes entre au moins deux des éléments de surface d’un même élément rayonnant;

- une même ligne d’éléments rayonnants peut être associée à deux lignes à retard, de sorte que chaque élément rayonnant de la ligne des éléments rayonnants soit couplé pour recevoir un premier signal électrique d’excitation de la part d’un motif de ligne qui appartient à une première des deux lignes à retard, et pour recevoir simultanément un second signal électrique d’excitation de la part d’un autre motif de ligne qui appartient à l’autre des deux lignes à retard. Ainsi, une différence de phase entre les premier et second signaux électriques d’excitation qui sont reçus par le même élément rayonnant détermine une polarisation de la radiation d’émission qui est produite par cet élément rayonnant ;

- une longueur de pas des éléments rayonnants, mesurée entre deux éléments rayonnants quelconques qui sont voisins à l’intérieur de l’antenne-réseau, peut être inférieure ou égale à une valeur de longueur d’onde la plus petite dans une bande de transmission de l’antenne-réseau, divisée par le terme (1+sin(0max)), où 0max est une valeur maximale d’angle d’élévation du pointage de l’antenne. Le signal d’émission radio qui est produit par l’antenne-réseau possède alors une bonne homogénéité, sans lobes de réseau qui seraient dus à des repliements de spectre ; et

- chaque ligne à retard peut s’étendre entre son extrémité d’alimentation et une extrémité terminale de cette ligne à retard, l’extrémité d’alimentation étant pourvue d’une cellule d’adaptation d’impédance, et l’extrémité terminale étant pourvue d’une cellule de terminaison qui possède une valeur d’impédance sensiblement égale à une valeur d’impédance caractéristique de la ligne à retard. Dans ce cas, et lorsque qu’une technologie de circuit imprimé est utilisée pour fabriquer l’antenne-réseau, la cellule d’adaptation d’impédance et la cellule de terminaison de chaque ligne à retard peuvent être formées dans la même surface métallisée de circuit imprimé que les motifs de ligne de cette ligne à retard.

[0017] Enfin, un second aspect de l’invention concerne un véhicule qui comprend une antenne-réseau conforme au premier aspect de l’invention, cette antenne-réseau étant installée à bord du véhicule. Un tel véhicule peut être, en particulier, un véhicule terrestre, un navire ou un aéronef, notamment un avion, un hélicoptère ou un drone, y compris un drone à voilure portante fixe ou un drone de type multicoptère.

Brève description des figures

[0018] Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

[0019] [Fig. 1] est une vue en plan simplifiée d’une antenne-réseau conforme à l’invention ;

[0020] [Fig. 2] est une vue en plan d’une unité de cellule à retard qui peut être utilisée dans une antenne-réseau conforme à l’invention, avec le schéma électrique qui est équivalent à cette cellule ;

[0021] [Fig. 3a] est une vue en plan d’un mode de réalisation possible pour une liaison d’excitation et un élément rayonnant, destinés à être couplés à une unité de cellule à retard conforme à [Fig. 2] ;

[0022] [Fig. 3b] correspond à [Fig. 3a] pour une variante de réalisation ; [0023] [Fig. 4] est une vue en perspective d’une ligne d’antenne faisant partie d’une antenne-réseau conforme à [Fig. 1]-[Fig. 3b] ;

[0024] [Fig. 5] est une vue en perspective d’un élément rayonnant composite qui peut être utilisé dans l’antenne-réseau de [Fig. 1] ; [0025] [Fig. 6a] montre un mode de connexion possible pour l’alimentation en signal électromagnétique des lignes à retard d’une antenne-réseau conforme à l’invention ;

[0026] [Fig. 6b] montre un autre mode de connexion aussi possible pour l’alimentation en signal électromagnétique des lignes à retard d’une antenne-réseau conforme à l’invention ; [0027] [Fig. 7a] montre une autre configuration qui peut être utilisée pour l’antenne- réseau de [Fig. 1], afin d’obtenir une émission de rayonnement qui soit sélective en fonction de la polarisation, pour le mode de réalisation des liaisons d’excitation de [Fig. 3a] ;

[0028] [Fig. 7b] correspond à [Fig. 7a], pour le mode de réalisation des liaisons d’excitation de [Fig. 3b] ;

[0029] [Fig. 8] est un diagramme de rayonnement obtenu pour une antenne-réseau conforme à l’invention ; et

[0030] [Fig. 9] illustre une utilisation possible d’une antenne-réseau conforme à l’invention. Description détaillée de l’invention

[0031] Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, certains de ces éléments ne sont représentés que symboliquement, et des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.

[0032] L’invention est maintenant décrite en référence à une réalisation de celle-ci en technologie de circuit imprimé coplanaire, étant entendu qu’une technologie de circuit imprimé à microbande, ou «microstrip» en anglais, peut aussi être utilisée. Bien que l’utilisation de telles technologies de circuit imprimé soit particulièrement adaptée et économique, d’autres technologies de fabrication peuvent encore être utilisées alternativement.

[0033] L’antenne-réseau de l’invention, désignée par la référence 100, est formée à partir d’au moins une, mais de préférence plusieurs lignes d’antenne qui sont juxtaposées parallèlement les unes aux autres à l’intérieur d’un plan de l’antenne. Chaque ligne d’antenne est formée à partir d’une ligne à retard, cette dernière étant constituée d’une chaîne rectiligne de motifs de ligne, tous identiques à l’intérieur d’une même ligne à retard et aussi identiques entre toutes les lignes d’antenne. Les motifs de ligne sont agencés dans le plan d’antenne selon une matrice bidimensionnelle, de préférence carrée, dont une direction est la direction de longueur des lignes d’antenne, et l’autre direction est celle de juxtaposition des lignes d’antenne. [Fig. 1] est une vue en plan d’une telle structure d’antenne-réseau conforme à l’invention. Dans cette figure, L1, L2, L3 et L4 désignent quatre lignes à retard qui sont voisines dans l’antenne-réseau 100, M11, M12 et M13 désignent trois premiers motifs de ligne successifs de la ligne à retard L1, M21, M22 et M23 désignent trois premiers motifs de ligne successifs de la ligne à retard L2, M31, M32 et M33 désignent trois premiers motifs de ligne successifs de la ligne à retard L3, et M41, M42 et M43 désignent trois premiers motifs de ligne successifs de la ligne à retard L4. Par exemple, chaque ligne à retard peut contenir 41 motifs de ligne, et l’antenne-réseau 100 peut contenir 42 lignes à retard.

[0034] Chaque ligne à retard est associée à une ligne d’éléments rayonnants pour former une ligne d’antenne, avec un élément rayonnant séparé qui est associé à chaque motif de ligne de la ligne à retard. Ainsi, de façon générale, l’élément rayonnant Eij est alimenté en signal d’excitation à partir du motif de ligne Mij, où i est un indice entier qui identifie la ligne à retard, c’est-à-dire Li, et j est un autre indice entier qui est égal au numéro d’ordre du motif de ligne Mij à l’intérieur de la ligne à retard Li. Une liaison d’excitation Lij connecte alors un côté de sortie du motif de ligne Mij à l’élément rayonnant Eij, pour transmettre à ce dernier le signal d’excitation qui est issu du motif de ligne Mij. Tous les éléments rayonnants Eij peuvent être identiques entre eux, de même que toutes les liaisons d’excitation Lij.

[0035] On décrit maintenant des modes de réalisation possibles pour les composants de l’antenne-réseau 100 qui viennent d’être introduits : une structure possible de motif de ligne, plusieurs modèles possibles d’élément rayonnant, puis deux modèles possibles de liaison d’excitation.

[0036] La partie supérieure de [Fig. 2] montre une unité de cellule à retard, et la partie inférieure de la même figure montre le schéma électrique qui est équivalent à cette unité de cellule à retard. Sur un substrat de circuit imprimé de technologie coplanaire, M1 et M2 désignent deux portions métallisées qui sont connectées électriquement l’une à l’autre et à une masse électrique de l’antenne-réseau 100. Les portions M1 et M2 sont disposées sur des côtés opposées de portions métallisées P1, P2 et P2’, tout en étant isolées électriquement de celles-ci. Les portions P1, P2 et P2’ sont destinées à transmettre un signal électromagnétique entre les bords gauche et droit de [Fig. 2], en appliquant un retard de transmission à ce signal. Ainsi, le signal électromagnétique se propage le long de la ligne à retard qui est constituée par l’enchaînement des unités de cellule à retard. La portion P2’ qui est sur le bord droit de l’unité de cellule à retard représentée se prolonge continûment en la portion P2 qui est sur le bord gauche de l’unité de cellule à retard suivante selon la direction de ligne L. Alternativement, la portion P2’ se prolonge continûment au bord gauche d’un segment de la ligne à retard qui est dédié à la connexion d’une des liaisons d’excitation à la sortie de l’unité de cellule à retard représentée.

[0037] De façon connue, les intervalles d’isolation entre les portions M1, M2 d’une part et les portions P1, P2 d’autre part, ainsi que l’intervalle d’isolation entre les portions P1 et P2, de même que celui entre les portions P1 et P2’, avec la forme de ces intervalles, déterminent les caractéristiques électriques de l’unité de cellule à retard, et par suite la valeur du retard que produit de cette unité de cellule à retard lorsqu’elle transmet le signal électromagnétique de son bord gauche à son bord droit. Plus précisément, la largeur S de l’intervalle d’isolation entre chacune des portions P1 et P2 d’une part et chacune des portions M1 et M2 d’autre part, et la largeur de piste W, déterminent l’impédance caractéristique de tronçons de lignes de transmission T de l’unité de cellule à retard. Les longueurs correspondantes d’intervalles d’isolation entre les portions M1/M2 et P1/P2, ou P1/P2’, déterminent les variations de phase à produire de façon équivalente par les tronçons de lignes de transmission T, et par suite les valeurs de longueur à attribuer à ces tronçons T. Par ailleurs, la largeur g des intervalles d’isolation entre les portions P1 et P2/P2’, ainsi que leur longueur W, déterminent des valeurs de capacités C _se . En outre, la longueur l _s de méandres de la portion P1 en saillance dans les portions M1, M2, et la largeur S _s de l’intervalle d’isolation dans ces méandres, déterminent une valeur d’inductance L _S h. Les liaisons de court-circuit m1 et m2 assurent une continuité de fonction de masse électrique aux portions métallisées M1 et M2 à travers les méandres qui constituent l’inductance L _S h. Pour rendre variables et contrôlables les valeurs des capacités C _se , des varactors V1 et V2 peuvent être disposés pour créer des ponts entre les portions P1 et P2/P2’. De même, des varactors V3 et V4 permettent de rendre variable et contrôlable la valeur de l’inductance L _S h. Le fonctionnement des composants varactors étant bien connu, leurs connexions et dispositifs de contrôle ne sont pas représentés. Typiquement, la valeur des capacités Cse d’une unité de cellule à retard qui est ainsi constituée peut être variée par une unité de contrôle 1, notée CTRL dans [Fig. 1], entre 0,3 pF (picofarad) et 1,2 pF, et la valeur de l’inductance L _S h peut être variée par l’unité de contrôle 1 entre 0,11 nH (nanohenry) et 0,33 nH. Dans le schéma électrique équivalent à l’unité de cellule à retard qui vient d’être décrite, les tronçons de lignes de transmission T, les capacités de valeur Cse et l’inductance de valeur L _S h sont connectées électriquement comme cela apparaît dans la partie inférieure de [Fig. 2] Dans la littérature, une telle unité de cellule à retard est couramment appelé cellule CRLH, pour «Composite Right Left Handed» en anglais. Son principe de fonctionnement électrique est très connu, si bien qu’il n’est pas nécessaire de le décrire plus ici. La longueur de chaque cellule CRLH selon la direction L peut être de 2,7 mm (millimètre), par exemple.

[0038] Pour obtenir une amplitude de variation de +/-60 ⁰ pour la direction d’émission de l’antenne-réseau 100, dans un plan qui contient la direction L et qui est perpendiculaire au plan de l’antenne, pour une fréquence du rayonnement émis qui est égale à 14 GHz dans la bande Ku, le retard maximal qui est nécessaire entre les signaux d’excitation qui sont transmis à deux éléments rayonnants successifs Eij et Ei j+1 peut être obtenu à partir de quatre cellules CRLH telles que décrites précédemment. Ces quatre unités de cellule à retard sont agencées en série au sein de la ligne à retard Li, pour former le motif de ligne Mij tel que considéré plus haut. Un tel motif de ligne Mij qui est constitué de plusieurs unités de cellule à retard peut aussi être appelé macrocellule de la ligne à retard. Une seule des unités de cellule à retard de chaque motif de ligne est couplée à un élément rayonnant par la ligne d’excitation qui est dédiée à ce motif de ligne. La longueur de chaque motif de ligne à quatre cellules CRLH, selon la direction L, est alors 4 x 2,7 mm = 10,8 mm. Une condition d’homogénéité de chaque ligne à retard est que la longueur de chaque unité de cellule à retard dans cette ligne à retard soit inférieure au quart de la longueur d’onde du rayonnement émis. Une telle condition est vérifiée pour les valeurs numériques de l’exemple décrit, la longueur d’onde associée à la fréquence de 14 GHz étant égale à 21 ,4 mm.

[0039] [Fig. 3a] montre un autre circuit imprimé de technologie coplanaire, qui constitue l’élément rayonnant Eij et la liaison d’excitation Lij. Dans une réalisation simple de l’élément rayonnant Eij, celui-ci peut être constitué par une pastille métallisée, ou «pad» en anglais, par exemple en forme de disque de 3 mm de diamètre. De façon générale, le diamètre de la pastille métallisée peut être compris entre 0,25·l/h et 0,50·l/h, où l désigne la longueur d’onde du rayonnement émis, et n est l’indice de réfraction du matériau diélectrique du circuit imprimé. Si la fréquence du rayonnement émis est 14 GHz, et la valeur de l’indice de réfraction n du matériau diélectrique est égale à 6,15 ^1/2 , alors la valeur de 3 mm pour le diamètre de la pastille métallisée correspond à 0,347·l/h. Alternativement, la pastille métallisée peut aussi être en forme de carré, par exemple de 3 mm de côté encore pour la valeur de 14 GHz de la fréquence du rayonnement émis. Les portions métallisées Q1 et Q2 sont disposées en série, la portion Q2 étant intermédiaire entre la portion Q1 et l’élément rayonnant Eij et continue avec ce dernier, pour constituer la liaison d’excitation Lij. La portion métallisée M entoure latéralement les portions Q1 et Q2. Un circuit imprimé du type illustré par [Fig. 3a] est alors destiné à être fixé sur le circuit imprimé de la ligne à retard, entre deux unités de cellule à retard qui sont successives, par des connexions conductrices électriquement X1-X5, sélectivement après celle des unités de cellule à retard dont le signal électromagnétique est destiné à être transmis à l’élément rayonnant concerné. Par exemple, les deux circuits imprimés de [Fig. 2] et [Fig. 3a] peuvent être tournés dans un même sens, de sorte que le substrat du circuit imprimé de [Fig. 3a] soit intermédiaire entre ses portions métallisées et celles du circuit imprimé de [Fig. 2] Alors la connexion conductrice X1 relie la portion métallisée Q1 à la portion métallisée P2’. Simultanément, les connexions conductrices X2 et X5 relient la portion métallisée M à la portion métallisée M1, et les connexions conductrices X3 et X4 relient la portion métallisée M à la portion métallisée M2. Un autre varactor, désigné par V5, peut connecter l’une à l’autre les portions métallisées Q1 et Q2 au sein de la liaison d’excitation Lij pour ajuster une amplitude du signal d’excitation qui est transmis à partir du motif de ligne Mij à l'élément rayonnant Eij. Chaque varactor V5 possède un dispositif de commande approprié, et est connecté pour que sa valeur de capacité soit ajustée par l’unité de contrôle 1.

[0040] [Fig. 4] montre schématiquement la ligne d’antenne qui est ainsi constituée à partir de la ligne à retard L1. La référence 2 désigne le substrat diélectrique du circuit imprimé dans lequel sont formés les motifs de ligne, par exemple de la façon illustrée par [Fig. 1] et lorsque chaque motif de ligne est constitué par quatre cellules CRLH et un segment de connexion à une liaison d’excitation. Les motifs de ligne M11, M12 et M13 sont indiqués, avec les éléments rayonnants associés E11, E12 et E13. Une bande du circuit imprimé qui contient la ligne à retard L1 peut être enfermée dans un coffrage conducteur électrique, pour faire écran à du rayonnement que pourrait émettre la ligne à retard L1. Par exemple, le coffrage conducteur de la ligne à retard L1 peut être composé de deux parties de coffrage, une partie de coffrage 21 qui est agencée sur le substrat 2, et une partie de coffrage 22 qui est agencée sous le substrat 2, en alignement avec la partie de coffrage 21. Les éléments rayonnants sont situés en dehors de ces parties de coffrage 21 et 22, de sorte que le rayonnement qui est émis par ces éléments rayonnants ne soit pas occulté. Les parties de coffrage 21 et 22 forment ainsi une structure de blindage qui est effective sélectivement pour la ligne à retard L1. Des ouvertures peuvent être prévues dans la partie de coffrage 21, spécialement pour que la structure de blindage n’entrave pas le fonctionnement électrique des liaisons d’excitation : l’ouverture 011 est dédiée à la liaison d’excitation L11, l’ouverture 012 à la liaison d’excitation L12, l’ouverture 013 à la liaison d’excitation L13... Les parties de coffrage 21 et 22 peuvent être avantageusement connectées électriquement à la masse électrique de l’antenne-réseau 100, et notamment la partie de coffrage 21 peut être en contact direct avec les portions métallisées M1 , M2 et M. Possiblement, les parties de coffrage 21 et 22 peuvent être en cuivre, et être aussi réalisées à base de circuits imprimés. Dans ce cas, des substrats de circuit imprimé additionnels qui sont dédiés aux parties de coffrage 21 et 22 peuvent être disposés de part et d’autre du substrat 2, en formant un empilement compact. Des bandes métallisées peuvent notamment former les surfaces des parties de coffrage 21 et 22 qui sont parallèles aux substrats, et des plots métalliques qui sont disposés à travers les substrats peuvent faire fonction de surfaces orientées perpendiculairement aux substrats pour les parties de coffrage 21 et 22. Les contours qui sont indiqués en traits interrompus dans [Fig. 4] montrent les emplacements des structures de blindage qui sont dédiées aux lignes à retard L2 et L3.

[0041] Pour un mode de réalisation alternatif des liaisons d’excitation Lij et des éléments rayonnants Eij, ces derniers peuvent être réalisés sous forme de pastilles métallisées qui sont situées sur la même face du substrat de circuit imprimé 2 que les motifs de ligne Mij des lignes à retard Li. Ces pastilles sont alignées selon la direction L, avec une ligne de pastilles entre deux lignes à retard Li qui sont voisines. Les pastilles sont isolées électriquement les unes des autres, et isolées électriquement de toutes les portions métallisées qui constituent les lignes à retard (P1 et P2/P2’ dans [Fig. 2]) ainsi que des portions métallisées de masse électrique (M1 et M2 dans [Fig. 2]). [Fig. 3b] montre une adaptation possible de la liaison d’excitation Lij, qui est appropriée lorsque les éléments rayonnants Eij sont ainsi constitués de pastilles métallisées isolées et portées par le substrat 2. La portion métallisée Q2 de [Fig. 3a] peut être prolongée sous forme d’une ligne métallisée QL2, jusqu’à dépasser en projection le bord de la pastille métallisée de l’élément rayonnant Eij. L’assemblage décrit antérieurement du substrat de [Fig. 2] avec celui de [Fig. 3a] peut être repris pour le substrat de [Fig. 3b], de sorte que la ligne métallisée QL2 influence à distance, par interaction électromagnétique à travers le substrat du circuit imprimé de la liaison d’excitation Lij (celui de [Fig. 3b]), la pastille de l’élément rayonnant Eij. La position de la pastille de l’élément rayonnant Eij, telle qu’effective lorsque les substrats sont assemblés par les connexions X1-X5, par rapport à la ligne métallisée QL2, est indiquée en traits interrompus dans [Fig. 3b].

[0042] D’autres modes de réalisation peuvent encore être utilisés pour réaliser les liaisons d’excitation Eij. En particulier, chaque portion métallisée Q1 peut être connectée à l’une des portions métallisées P1 ou P2/P2’ par une connexion électrique qui traverse le substrat de circuit imprimé 2, ou par l’intermédiaire d’une connexion électrique filaire et d’une piste métallisée qui sont ajoutées pour passer au-dessus de l’une des portions métallisées M1 et M2. De tels modes de connexion sont couramment désignés par «back biased circuit» en anglais et «top biased circuit», respectivement.

[0043] Possiblement, chaque élément rayonnant Eij peut être constitué par plusieurs pastilles métallisées de tailles différentes, par exemple cinq pastilles Eij ⁰ à Eij ⁴ , qui sont superposées à partir de l’une d’elles formant pastille métallisée de base, comme représenté dans [Fig. 5]. Toutes les pastilles métallisées de chaque élément rayonnant Eij peuvent être isolées électriquement les unes des autres. La pastille de base, Eij ⁰ , peut être couplée par la liaison d’excitation Lij au motif de ligne Mij de l’une des façons illustrées par [Fig. 3a] et [Fig. 3b]. Les pastilles supérieures, Eij ¹ à Eij ⁴ dans l’exemple représenté, peuvent être alimentées en signal d’excitation à partir de la pastille de base Eij ⁰ , à distance par interaction électromagnétique. Les différentes pastilles du même élément rayonnant Eij ont des fréquences de résonance qui sont différentes, du fait de leurs tailles respectives différentes, si bien que chaque élément rayonnant composite qui est ainsi constitué peut être efficace pour émettre dans une bande de fréquence élargie. Par exemple, chaque pastille peut être réalisée à la surface d’un substrat différent de circuit imprimé, et tous les substrats sont empilés les uns sur les autres de façon à superposer les pastilles selon la direction perpendiculaire aux substrats. De tels empilements dédiés à former les éléments rayonnants Eij peuvent être logés entre les parties de coffrage 21 qui sont dédiées à des lignes à retard Li qui sont voisines. Pour l’exemple illustré par [Fig. 5], la pastille Eij ⁰ est en forme de disque et portée par le substrat 2, la pastille Eij ¹ , aussi en forme de disque, est portée par le substrat 21 , la pastille Eij ² , encore en forme de disque, est portée par le substrat 22, la pastille Eij ³ , encore en forme de disque, est portée par le substrat 23, et enfin la pastille Eij ⁴ , encore en forme de disque, est portée par le substrat 24. Les diamètres respectifs de toutes ces pastilles Eij°-Eij ⁴ peuvent être compris entre 0,25·l/h et 0,50·l/h. Dans [Fig. 5], chaque pastille métallisée et le bord de celle des surfaces de circuits imprimés dans laquelle elle se trouve sont représentés avec les traits d’un même type.

[0044] [Fig. 6a] et [Fig. 6b] montrent deux architectures possibles pour l’alimentation en signal des lignes à retard par l’unité de contrôle 1. Une extrémité d’alimentation de chaque ligne à retard est connectée par un ensemble déphaseur 3 à une sortie de signal de l’unité de contrôle 1. Dans les deux figures, y désigne la phase du signal électromagnétique tel qu’il parvient à l’entrée de cet ensemble déphaseur 3. [Fig. 6a] correspond à une architecture du type parallèle pour l’ensemble déphaseur 3, afin d’appliquer un déphasage identique Df entre deux quelconques des lignes à retard Li qui sont voisines dans l’antenne-réseau 100. De façon connue, la valeur de déphasage Df détermine le dépointage du rayonnement qui est émis par l’antenne-réseau 100 dans un plan qui est perpendiculaire aux lignes d’éléments rayonnants. Pour raison de simplicité, [Fig. 6a] est présentée pour quatre lignes à retard voisines, mais l’Homme du métier sait généraliser l’architecture parallèle de déphaseurs qui est montrée dans cette figure au nombre réel de lignes d’antenne de l’antenne-réseau 100. Les mentions 0, Df et 2·Df désignent des déphaseurs qui sont commandés pour appliquer des retards respectivement égaux à 0, Df et 2·Df à la partie du signal qu’ils transmettent chacun. [Fig. 6b] correspond à [Fig. 6a] en remplaçant l’architecture parallèle de l’ensemble déphaseur 3 par une architecture série. En outre, pour permettre une transmission efficace du signal entre les déphaseurs et les lignes à retard, chaque ligne à retard Li peut être pourvue à son extrémité d’alimentation d’une cellule d’adaptation d’impédance notée MiO, pour i = 1, 2, 3,... L’utilisation d’une telle cellule d’adaptation d’impédance est connue de l’Homme du métier, si bien qu’il n’est pas nécessaire d’en répéter le principe ici. Avantageusement, chaque cellule d’adaptation d’impédance MiO peut être réalisée avec la même technologie que celle utilisée pour les motifs de ligne Mij, mais en adaptant de façon appropriée les paramètres électriques de cette cellule MiO par rapport à ceux des motifs de ligne Mij. Par exemple, pour chaque ligne à retard Li, la cellule d’adaptation d’impédance MiO et tous les motifs de ligne Mij, j ¹ 0, peuvent être réalisés simultanément sur un même substrat de circuit imprimé. Possiblement, la cellule d’adaptation d’impédance MiO peut avoir une structure de même type que les cellules CRLH, mais avec des dimensions de portions métallisées et des largeurs d’intervalles entre ces portions qui sont différentes.

[0045] Enfin, pour éviter un brouillage du signal radio émis par l’antenne-réseau 100, qui serait causé par une réflexion du signal électromagnétique transmis le long de chaque ligne à retard sur l’extrémité de celle-ci qui est opposée à son extrémité d’alimentation, chaque ligne à retard Li peut être terminée par une cellule finale MiC. De façon connue, cette cellule finale MiC est adaptée pour posséder une impédance d’entrée qui est égale à l’impédance caractéristique de la chaîne des motifs de ligne Mij. Comme pour les cellules d’adaptation d’impédance MiO, les cellules finales MiC peuvent avantageusement être réalisées avec la même technologie que celle utilisée pour les motifs de ligne Mij, mais en adaptant de façon appropriée les paramètres électriques de cette cellule MiC par rapport à ceux des motifs de ligne Mij. [0046] Les modes de réalisation de [Fig. 7a] et [Fig. 7b] permettent d’émettre et de détecter du rayonnement de façon sélective par rapport à une polarisation de ce rayonnement qui est circulaire gauche ou circulaire droite. Pour cela, chaque ligne d’antenne est constituée par deux lignes à retard qui sont associées à la même ligne d’éléments rayonnants. Ainsi, les éléments rayonnants Eij sont alimentés simultanément en signal d’excitation à partir des deux lignes à retard Li et Li’. Pour le mode de réalisation de [Fig. 7a], chaque élément rayonnant Eij est connecté au motif de ligne Mij de la ligne à retard Li par la liaison d’excitation Lij, et aussi connecté au motif de ligne Mij’ de la ligne à retard Li’ par la liaison d’excitation Lij’. L’élément rayonnant Eij peut être constitué par au moins une pastille métallisée en forme de disque, et les liaisons d’excitation Lij et Lij’ parviennent à la circonférence du disque à deux endroits qui sont écartés angulairement par rapport au centre du disque. Alors, des signaux d’excitation qui sont transmis respectivement par les liaisons d’excitation Lij et Lij’, et qui sont identiques tout en étant déphasés d’un angle commandé par l’unité de contrôle 1, provoquent une émission de rayonnement qui est répartie entre les deux polarisations circulaires gauche et droite. Notamment, il est possible de produire le rayonnement exclusivement avec une polarisation circulaire gauche ou droite, lorsque l’angle de déphasage est égal à l’angle entre les liaisons d’excitation Lij et Lij’ au niveau du bord du disque de l’élément rayonnant Eij, ou égal à l’opposé de cet angle. En fait, l’angle de déphasage qui est commandé par l’unité de contrôle 1 est appliqué entre les signaux qui sont transmis aux lignes à retard Li et Li’, au niveau des extrémités d’alimentation de celles-ci. Ces lignes à retard Li et Li’ peuvent être disposées de part et d’autre de la ligne des éléments rayonnants Eij, comme représenté dans [Fig. 7a] et [Fig. 7b]. Alternativement, elles peuvent être superposées l’une à l’autre sur un même côté de la ligne des éléments rayonnants Eij. Dans les deux cas, les lignes à retard Li et Li’ sont logées de préférence séparément dans des structures de blindage respectives. [Fig. 7b] est équivalente à [Fig. 7a], pour le mode de réalisation des liaisons d’excitation de [Fig. 3b].

[0047] [Fig. 8] est un diagramme qui montre les variations de la densité de puissance qui est rayonnée par l’antenne-réseau 100 dans un plan méridien, pour deux valeurs d’élévation de la direction d’émission-réception : 0° (courbe en trait fin) et -60° (courbe en traits épais). L’axe horizontal repère les valeurs de l’angle d’élévation, noté Q et mesuré par rapport à la direction perpendiculaire au plan d’antenne, et l’axe vertical repère les valeurs de la densité de puissance rayonnée, notée D et exprimée en dB (décibel). Les deux courbes montrent qu’une valeur de directivité d’au moins 33 dBi est obtenue dans chaque cas. De façon connue, la directivité est définie comme la valeur maximale de densité de puissance d’émission par unité d’angle solide, correspondant à la direction de pointage de l’antenne-réseau 100, divisée par la valeur moyenne de cette densité de puissance d’émission sur tout l’intervalle complet d’angle solide, c’est-à-dire sur 4·p stéradians.

[0048] Enfin, [Fig. 9] montre l’antenne-réseau 100 fixée sur le fuselage d’un avion 101, avec le substrat de circuit imprimé 2 qui est parallèle à la surface externe du fuselage à l’endroit de l’antenne-réseau 100. L’antenne-réseau 100 peut alors servir à des liaisons de données entre l’avion 101 et un satellite de communication radio 102, notamment pour établir des liaisons de communication internet. En particulier, une telle liaison de données peut être conforme au système de communication qui est connu sous l’appellation «SATCOM On-The-Move». [0049] Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de réalisation qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Notamment, les modes de réalisation alternatifs qui ont été décrits pour certains composants d’une antenne-réseau conforme à l’invention, peuvent être combinés entre eux de multiples façons entre des composants différents. En outre, toutes les valeurs numériques qui ont été citées ne l’ont été qu’à titre d’illustration, et peuvent être changées en fonction de l’application considérée. En particulier, elles peuvent être adaptées sans difficulté pour un fonctionnement de l’antenne dans la bande de fréquence Ka.