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Réflecteurs servant à la radiation électromagnétique.
L'invention concerne des réflecteurs servant à la radia- ti.on électromagnétique, et en particulier un dispositif servant à incliner et à faire tourner rapidement le faisceau d'ondes radio- électriques à ultra haute fréquence émis par un réflecteur de pré- férence parabolique.
Pour certaines applications,il est nécessaine de pouvoir émettre un faisceau presque cylindrique d'énergie radiante, de pré- férence du type d'ondes radioélectriques à ultra haute fréquence et de faire varier périodiquement la direction du faisceau, souvent à une vitesse assez grande, Un exemple est donné par des systèmes dans lesquels un faisceau d'énergie radiante à onde courte est émis et dont la direction est variée dans un angle limité, de sorte que, lorsque ce faisceau est réfléchi par un corps métallique quelconque
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tel qu'un avion qui approche ou un navire, les ondes réfléchies peuvent être captées par un dispositif récepteur placé convena- blement près de l'émetteur et qu'ainsi le corps réflecteur peut être découvert.
Jusqu'ici divers dispositifs ont été employés pour tour- ner ou faire changer de direction le faisceau de manière à ce qu' il explore une surface importante. Un tel mouvement du faisceau est souvent dénomme "commutation en forme de lobe". Un de ces dispositifs antérieurs fait tourner la source première de la ra- diation dans un cercle ou autre ligne fermée entourant le foyer d' un réflecteur parabolique employé pour concentrer le faisceau.
Lorsque les dimensions linéaires de la source radiante ne sont pas trop grandes par rapport à la distance focale du réflecteur, on pourra émettre autour de l'axe du paraboloïde un faisceau pra- tique:nent cylindrique. Si la source radiante se déplace mainte- nant d'un côté du foyer, il en résulte que le faisceau, quoique toujours de forme à peu près cylindrique, a son axe déplacé dans la direction opposée par rapport à l'axe du paraboloïde. Par con- séquent, si la source radiante est déplacée périodiquement sui- tant une ligne fermée, un mouvement d'inclinaison ou de rotation du faisceau est obtenu.
Dans la plupart des cas cependant, il faut en pratique employer une ligne coaxiale de transmission pour transporter le courant à ultra haute fréquence vers la source ra- diante qui est constituée en gênerai d'un petit dio8le radiant, et cela provoque de sérieuses difficultés, car il faut réaliser une solution de continuité, dans la ligne coaxiale de transmission, qui tourne à grande vitesse.
Dans un autre dispositif antérieur, le dipôle est fixe, mais le réflecteur parabolique tourne autour du dipôle qui s'é- carte lui-même de l'axe du paraboloïde. Cette disposition provoque en pratique de grandes difficultés, dues au dispositif de rotation du réflecteur.
L'invention a pour but de créer un dispositif qui supprime.
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les difficultés rencontrées dans les réalisations antérieures.
L'invention résulte de la constatation qu'il est possible de produire un mouvement semblable de rotation ou d'inclinaison du faisceau du réflecteur en maintenant fixes le dipôle et le ré- flecteur l'un par rapport à l'autre, en employant un corps dié- lectrique de forme appropriée placé sur le chemin de l'énergie rayonnante et mû périodiquement de la manière voulue dans le.but d'incliner périodiquement le faisceau suivant la courbe désirée.
L'invention ressortira clairenent de la description dé- taillée ci-dessous de plusieurs formesdd'exécution préférées,re- présentées à titre d'exemple dans le dessin annexé, dont
La figure 1 est un schéma employé pour expliquer les principes de l'invention.
La figure :2 est une vue, partiellement en élévation et partiellement en coupe, d'un système réflecteur illustrant une forme d'exécution de l'invention; et
La figure 3 est une vue similaire d'un système réflec- teur montrant une autre forme d'exécution de l'invention.
Sur la figure 1, une surface de réflexion 1 ayant la for- me d'un paraboloïde de révolution autour de son axe central 2 a son foyer au point'3. Si de l'énergie radiante est émise du point 3, elle sera réfléchie par la surface 1 sous la forme d'un faisceau pratiquement cylindrique dont la section transversale est égal,e à celle de l'ouverture de la surface 1. On peut démontrer que l'ori- fice plan du paraboloide est traversé en tous ses points par une radiation de phase uniforme à chaque instant. Si le radiateur est maintenant déplacé vers le haut de la distance d, un changement de phase se produira dans la radiation aux différents points du plan de l'orifice; la variation de phase se fait suivant une pro- gression uniforme de point 'en point.
L'importance du changement de phase en un point particulier peut être calculée en déterminant le changement de longueur du chemin parcouru par la radiation, quand
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celle-ci va du radiateur au réflecteur et du réflecteur au point particulier considéré de l'orifice plan. Considérant donc une quan- tité élémentaire d'énergie fadiante partant du foyer 3, celle-ci suit un chemin incliné d'un angle A sur l'axe 2 et d'un angle B sur l'axe vertical 4. Cette radiation traversera l'orifice plan au point 5 et constituera toute l'énergie radiante en ce point. On peut démontrer mathématiquement que la longueur du chemin parcou- ru du point 3 au point 5 de l'orifice plan est indépendante des valeurs de A et B, et donc, comme il a été dit plus haut, la phase de la radiation est uniforme dans tous les plans de l'orifice.
Si maintenant la source est déplacée, comme il a été indiqué ci-des- sus, dans le plan focal du foyer 3 à une distance d, on peut dé- montrer immédiatement que la longueur du chemin allant du radia- teur au réflecteur et de celui-ci au plan de l'orifice sera diffé- rente de celle calculée à l'instante et que la grandeur de cette différence dépendra des valeurs de A et B. Le calcul montre que là où la distance 51 est petite par ra.pport à la distance focale du réflecteurla variation de la longueur du chemin est approxi- mativement : -d sin A cos B, de quoi il résulte que le changement de phase de la radiation arrivée à hauteur de l'orifice plan sera: 2d (#/#) sin A cos B, où # est la longueur d'onde de la radia- tion.
Cette quantité varie de façon évidente avec les valeurs de A et B. Il est à, noter que l'écartement de la source de radiation ponctuelle du foyer inclinera l'axe du faisceau par rapport à l' axe du réflecteur d'un angle de 1'ordre de : tang 1 (d/f ), où f est la distance focale du réflecteur. On peut admettre que l' angle d'inclinaison dans lequel l'axe du faisceau doit se déplacer par rapport à l'axe du réflecteur- est habituellement très petit.
On peut donc admettre l'hypothèse faite ci-dessus que d est petit par rapport à f.
Comme l'on sait maintenant que le déplacement transversal de la source par rapport à l'axe du réflecteur incline le faisceau réfléchie et qu'il produit un changement de phase.dans l'énergie
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radiée à l'endroit de l'orifice plan, il est juste de considérer que l'inclinaison du faisceau est le résultat du déphasage calcu- lé ci-d.essus de l'énergie radiante à l'endroit de l'orifice plan.
On peut en conclure que n'importe quel autre moyen qui réalise le même déphasage dans l'énergie radiante à l'endroit de l'orifice plan provoquera la même inclinaison du faisceau réfléchi.
Lorsqu'une onde d'énergie radiante traverse un diélec- trique d'épaisseur !. et de constante diélectrique n, elle subit un déphasage 2 (#/#) t ( n - 1 ) par rapport à la phase qu'elle avait dans l'air avant que celui-ci ait été remplacé par ce nou- veau diélectrique. Il s'ensuit donc qu'il est possible, en plaçant une matière diélectrique de constante et d'épaisseur appropries .sur tou¯te la section transversale du chemin parcouru par les.ra- diations sortant de l'orifice du réflecteur' de provoquer la même inclinaison du faisceau que celle qui aurait été obtenue en écar- tant la source de 'radiations du foyer du réflecteur.
Les figures 2 et 3 présentent des dispositions différentes pour placer un dié- lectrique d'épaisseur voulue sur le chemin de l'énergie radiante.
En se reportant à la figure-,2,'un réflecteur 1 portant un dipôle.2-' fixé au foyer 3 est pourvu d'un couvercle 6 en matière diélectrique telle que le polystyrène, le verre, la cire, le bois, etc... qui couvre l'orifice.. circulaire et qui varie en épaisseur de point en point de la surface de la manière qui sera exposée ma.intenant.
Si l'on considère un point'quelconque semblable au point 5 de la figure 1,.1-'énergie radiante qui y passe peut être considérée comme émanant du oyer 3 sous un angle A par rapport à l'axe du réflecteur et sous un angle B par rapport au plan vertical 4.' Il a été démontré à l'instant qu'il existe une épaisseur t de diélectrique qui amènera un changement de phase dans l'énergie ra- diante sortant du radiateur égal à celui que provoquerait un dépla- cement de la source d'énergie d'une distance d dans le sens verti.- cal au départ du foyer 3.
Cette épaisseur est donnée en égalant l'
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expression qui donne le changement de phase en fonction du dépla- cement d à l'expression qui donne le changement de phase dû à la présence d'un corps diélectrique d'épaisseur t; c'est-à-dire : 2#( n-1 t = 2#d sin A cos B, ce qui donne pour l'épaisseur du # # diélectrique à un point 5 quelconque : t = d sin A cos B. En cal- n-1 culant les valeurs de A et B correspondant à. un point 5 quelconque de l'orifice plan, ce qui peut se faire par des procédés mathéma- tiques bien connus, il est donc possible de calculer l'épaisseur du corps diélectrique 6 pour chaque point de l'orifice*.
Il est à noter que l'on peut employer un corps diélectri- que d'épaisseur constante t mais de constante diélectrique n va- riant de point en point, ou un corps dans lequel n et 1: varient tous deux, aussi longtemps que l'équation ci-dessus est satisfaite.
Si l'on donne à une de ces 2 quantités une valeur arbitraire, on peut tirer de l'équation une expression de l'autre.
La valeur de d dans l'équation précédente est facilement définie si l'on connaît l'inclinaison du faisceau par rapport à l' axe central du réflecteur, puisque d = f tang -1C = fC approximati- vement, où C est l'angle d'inclinaison désiré du faisceau réfléchi sur l'axe du réflecteur.
Il est à noter que puisque B passera en gênerai par tou- tes les valeurs de 0 à 560 , cos B sera négatif à certains moments, et par conséquent l'épaisseur t du diélectrique aura des valeurs négatives. Cette difficulté peut être vaincue en ajoutant à l'épais- seur du corps diélectrique un supplément d'éoaisseur uniforme sur toute sa surface et tel que t n'aura jamais de valeur négative.
Ce procède va simplement changer la phase de la radiation d'une quantité uniforme sur toute la section du faisceau sans changer l' inclinaison du faisceau. En conséquence, l'expression correcte donnant l'épaisseur du corps diélectrique 6 est : t = fC (1+sin A n-1 cos B).
En faisant tourner la pièce diélectrique.6 autour de 1' axe du réflecteur, le faisceau peut être amené à tourner de la
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même façon autour de l'axe. du réflecteur, et l'extrémité du fais- ceau parcourra donc un chemin circulaire. Le diélectrique 6 peut être entraîné au moyen d'un dispositif quelconque, par exemple une jante 7 pourvue à certains endroits de petits axes 8 pouvant por- ter des roulettes 9. Celles-ci portent à leur tour sur un chemin de roulement circulaire 11 formé derrière le rebord du réflecteur 1.
Ce dernier dispositif a pour effet de faire décrire à 1' extrémité du faisceau un chemin circulaire. Il est évident qu'en employant des dispositifs plus complexes, lé centre du corps dié- lectriques 6 peut être amené à se déplacer suivant une ligne fer- mée ou toute autre forme, et ceci aura pour résultat de faire dé- crire à l'extrémité du faisceau une ligne fermée de forme analo- gue.
Dans le dispositif de la figure 2 le diélectrique 6 est intercalé sur le chemin de la radiation immédiatement après que celle-ci a quitté l'orifice du réflecteur 1. Il est cependant in- différent à quel endroit du chemin de la radiation, le diélectri- que est interposé et la figure 3 représente un dispositif dans le- quel le diélectrique est intercalé dans le chemin suivi par la ra- diation avant d'atteindre le réflecteur 1.
Dans la figure 3,.le dipôle radiant 2' est placé au foyer 3 du réflecteur 1 et est alimenté par une ligne coaxiale 14 d'une forme bien connue et placée dans le prolongement de l'axe du ré- flecteur. Entourant la ligne 14 un manchon creux 15 porte à son extrémité intérieure un corps diélectrique 16. L'épaisseur du corps diélectrique 16 varie en chaque point de passage d'une quan- tité élémentaire d'énergie radiante émise par la source au point 3 suivant la dernière formule donnée ci-dessus, les valeurs de A et B pouvant évidemment être déterminées de la même façon qu'à la fi- gure 2. Le manchon 15 passe par un trou du sommet du réflecteur 1 et porte dans un coussinet fixé au réflecteur 1.
Le manchon 15 peut être pourvu d'un dispositif de rotation quelconque le faisant
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tourner dans le coussinet 17 ; il peut être pourvu,par exemple, d' un pignon 18 qui engrène une roue dentée 19 tenue dans un coussi- net 21 fixé au réflecteur 1.
Quoique l'invention est décrite en se reportant à un ré- flecteur parabolique servant à donner un faisceau pratiquement cylindrique, il est à noter que cette invention concerne le place- ment, et si on le désire, la rotation de corps dislectriques sur le chemin de radiations allant de sources radiantes, en général, aux réflecteurs de formes géométriques autres que des paraboloi- des; par exemple, ellipses, hyperboloïdes et sphères.
REVENDICATIONS
1.- Dispositif de radiation d'énergie électromagnétique dans un faisceau mobile au moyen d'un réflecteur et une source d' énergie rayonnante placée pratiquement au point focal du dit ré- flectuur, caractérisé par le fait qu'une pièce en matière diélec- trique est intercalée de façon mobile sur le chemin de la radia- tion.