CA1338792C - Dephaseur hyperfrequence a microruban et dielectrique suspendu, et application a des reseaux d'antennes a balayage de lobe - Google Patents
Dephaseur hyperfrequence a microruban et dielectrique suspendu, et application a des reseaux d'antennes a balayage de lobeInfo
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- CA1338792C CA1338792C CA000541311A CA541311A CA1338792C CA 1338792 C CA1338792 C CA 1338792C CA 000541311 A CA000541311 A CA 000541311A CA 541311 A CA541311 A CA 541311A CA 1338792 C CA1338792 C CA 1338792C
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Abstract
Un déphaseur hyperfréquence (1) comprend des plaques conductrice (10") et diélectrique (11) superposées, et un ruban conducteur (13) supporté par la plaque diélectrique (11). Il comprend des moyens, tels qu'un bilame piézoélectrique (171, 172) pour déplacer l'une des plaques (10", 11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b) d'une lame d'air (12) entre les plaques et par suite, modifier la constante de phase du déphaseur. Le déphaseur peut comprendre au moins un transformateur d'impédance (3b) à microruban pour adaptation à une ligne hyperfréquence. Lorsque des éléments rayonnants sont reliés le long du ruban conducteur, le déphaseur constitue une antenne réseau à balayage de lobe.
Description
Déphaseur ~yper~réquence à m;croruban et ~;électr;que suspQndu, et applicat;on à des réseaux d'~ntennes à halaya~e de lobe La présente invention concerne en général un élément déphaseur hyperfréquence ayant une structure du type microruban et pouvant être intégré dans une antenne réseau.
Une telle structure comprend une plaque conductrice de masse, une plaque diélectrique superposée et sensiblement parallèle à la plaque conductrice, et un ruban conducteur supporté par une grande face de la plaque diélectrique.
De tels déphaseurs connus sont des déphaseurs à
ferrite incluant une plaque de ferrite entre les plaques conductrice et diélectrique. Un déphaseur à fer~ite en microruban a le mérite de pouvoir être intégré dans une antenne réseau en microélectronique hybride.
Cependant, un déphaseur à ferrite en microruban présente des performances encore assez limitées. Les inconvénients d'un déphaseur à ferrite sont essentiellement les suivants:
- pertes d'insertion relativement élevées, typiquement supérieures à 1 dB pour une fréquence de fonctionnement voisine de 10 GHz pour obtenir un déphasage de 360;
- consommation en puissance relativement élevée, de l'ordre de quelques centaines de milliwatts;
- utilisation limitée en fréquence, typiquement à
des fréquences inférieures à 20 GHz environ;
- nécessité d'une correction de la loi de commande en courant quand la température de fonctionnement varie, en raison de la sensibilité en température des caractéristiques magnétiques du ferrite; et - tenue en puissance crête relativement limitée pour éviter une augmentation de pertes d'insertion du déphaseur.
La présente invention vise à fournir un élément ~r ~ ` 2 1338792 déphaseur réciproque à structure microruban tel que défini dans l'entrée en matière, utilisable en micro-ondes aussi bien dans la gamme des ondes centimétriques que millimétriques et donc pouvant offrir une grande bande passante, de plusieurs octaves, et également présentant des performances radioélectriques meilleures que les déphaseurs à ferrite à
microruban, une très faible consommation de puissance de commande de l'ordre de quelques milliwatts, un poids et un encombrement très réduits, et une compatibilité pour des applications à des réseaux d'antennes à balayage de lobe à
deux plans.
A ces fins, un élément déphaseur conforme à
l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une lame d'air ayant une épaisseur variable entre la plaque diélectrique et la plaque conductrice, et des moyens pour déplacer l'une des plaques par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur de la lame d'air.
Selon une réalisation préférée présentant une compacité élevée, un poids très réduit et l'avantage d'une commande électronique, les moyens pour déplacer sont des moyens piézoélectriques supportant la plaque déplaçable et déformables par alimentation d'une tension de commande variable, et sont constitués par un bilame en matériau piézoélectrique. La plaque diélectrique est stationnaire.
Le bilame supporte la plaque conductrice et la déplace entre une première position éloignée de la plaque diélectrique et une seconde position sensiblement en contact avec la plaque diélectrique.
L'élément déphaseur présente ainsi les avantages suivants:
- Déphaseur parfaitement réciproque et donc adapté
aux applications en émission-réception;
- Performances radioélectriques meilleures que tout autre type de déphaseur:
* efficacité élevée: très grand déphasage par unité
de longueur, et 2a 1338792 * facteur de mérite élevé: très faible pertes d'insertion, typiquement inférieures à 0,5 dB.
- Très large bande de fréquence; en effet, l'élément déphaseur fonctionne en mode TEM et n'a en principe pas de fréquence de coupure; vers les gammes de fréquence élevée, l'élément déphaseur peut comprendre des moyens pour diminuer des pertes par rayonnement de manière à former une structure performantes du type "stripline" à diélectrique suspendu (dénomination anglosaxone "suspended stripline"); l'élément dephaseur est utilisable jusqu~à 150 GHz et ;
~9 ,.
- En principe, peu sensible à la température; en effet, il existe des matériaux piézoélectriques dont le coefficient de charge d33 reste constant sur une large gamme de température;
- Puissance de commande, dans le cas d'un élément déphaseur incluant des moyens piézoélectriques pour déplacer, presque nulle en régime continu, relativement faible en régime commuté;
- Structure microélectronique bien adapté au circuit lo intégré hybride;
- Simplicité de la mise en oeuvre:
* structure hyperfréquence à microruban très simple à réaliser et donc de faible coût, * montage relativement simple, * circuit de commande des moyens pour déplacer géométriquement découplé du circuit hyperfréquence;
- Encombrement réduit, compatible avec les applications en antenne réseau à balayage électronique deux plans.
De préférence, selon une première application, l'élément déphaseur selon l'invention est inclus dans un dispositif déphaseur hyperfréquence insérable dans un circuit hyperfréquence. Un dispositif déphaseur selon l'invention comprend un élément déphaseur selon l'invention et au moins un moyen de transformation d'impédance relié à
l'une des extrémités du ruban conducteur et de la plaque conductrice, pour adapter l'impédance caractéristique de l'élément déphaseur à celle de moyens hyperfréquence extérieurs. Le moyen de transformation a également une structure du type à microruban hyper~réquence comprenant un ruban conducteur relié à une extrémité du ruban conducteur de l'élément déphaseur et ayant une largeur diminuant continûment ou discrètement par palier à partir, au plus, de ladite extrémité.
De préférence, selon une seconde application, un élément déphaseur comporte un ruban conducteur relié à des éléments conducteurs rayonnants supportés par la plaque ~' a - A
diélectrique et espacés le long du ruban conducteur, afin de constituer une antenne réseau dont le balayage de lobe est commandé par déplacement de la plaque conductrice dans l'élément déphaseur.
De préférence, selon une troisième application, un premier élément déphaseur selon l'invention comprend plusieurs rubans conducteurs parallèles supportés par la grande face de la plaque diélectrique, et des éléments conducteurs rayonnants reliés respectivement aux premiers rubans conducteurs, supportés par la plaque diélectrique et espacés le long des rubans conducteurs, pour constituer un réseau d'antennes à balayage de lobe dans un plan parallèle aux rubans conducteurs et perpendiculaire aux plaques diélectrique et conductrice.
De préférence, pour réaliser un réseau d'antenne à
balayage de lobe dans deux plans, il est adjoint au réseau d'antennes défini précédemment des moyens de balayage de lobe de chacune des antennes constituées par les premiers rubans conducteurs, dans un plan perpendiculaire aux premiers rubans conducteurs.
De préférence, selon une première réalisation, les moyens de balayage de lobe comprennent un second élément déphaseur selon l'invention, et plusieurs rubans conducteurs parallèles supportés par la grande face de la plaque diélectrique du second élément déphaseur et respectivement reliés à des extrémités des premiers rubans conducteurs. La plaque conductrice du second élément déphaseur comprend des tronçons de différentes longueurs respectivement en regard des seconds rubans conducteurs.
Dans ce cas, le réseau d'antennes comprend des moyens à
structure microruban hyperfréquence pour répartir la puissance à partir d'un ruban conducteur d'entrée arborescent vers les seconds rubans conducteurs.
De préférence selon une seconde réalisation qui offre une compacité élevée, les moyens de balayage de lobe comprennent un second élément déphaseur selon l'invention, le ruban conducteur du second élément déphaseur est relié
d- .~
4a 1 33 8792 perpendiculairement aux premier rubans conducteurs, et la plaque conductrice du second élément déphaseur est juxtaposée sous le ruban conducteur du second élément déphaseur et mobile dans une lumière pratiquée dans la plaque conductrice du premier élément déphaseur.
De préférence, dans les premières et secondes réalisations, les moyens pour déplacer les plaques conductrices dans les premier et second éléments déphaseurs sont comm~ndes indépend~mment les uns des autres.
~-.,` t ~
... 1~
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels:
- la Fig. 1 est une vue en perspective schématique d'un élément déphaseur à microruban et diélectrique suspendu selon l'invention;
- la Fig. 2 est une vue analogue à celle de la Fig.
1, montrant un ruban conducteur en méandres dans un élément déphaseur;
- la Fig. 3 est une vue en perspective schématique d'un élément déphaseur à structure "stripline" et guide d'onde rectangulaire;
- la Fig. 4 montre deux courbes de variation de constante de phase en fonction d'épaisseur de lame d'air pour deux éléments déphaseurs, tels que celui montré à la Fig. 1, ayant des largeurs de ruban conducteur différentes, respectivement;
- la Fig. 5 montre trois courbes de variation de constante de phase en fonction de fréquence de fonctionnement pour t~ois éléments déphaseurs, tels que celui montré à la Fig. 1, ayant des permittivités relatives de matériau diélectrique différentes, respectivement;
- les Figs. 6A et 6B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un élément déphaseur ayant des moyens mécaniques pour déplacer une plaque conductrice, respectivement;
- la Fig. 7 est une vue longitudinale en coupe d'un élément déphaseur ayant des moyens électromécaniques pour déplacer une plaque conductrice;
- la Fig. 8 est une vue en perspective d'un élément déphaseur ayant des moyens piézoélectriques pour déplacer une plaque conductrice;
- les Figs. 9A, 9B et 9C sont des vues schématiques longitudinales en coupe d'un bilame piézoélectrique pour déplacer une plaque conductrice, le bilame étant au repos et sous des tensions positive et négative, respectivement;
- les Figs. lOA et loB sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un élément déphaseur ayant un bilame piézoélectrique pour déplacer une plaque conductrice, respectivement;
- la Fig. llA est analogue à la Fig. loB, la plaque conductrice étant une couche métallique déposée sur le bilame;
- la Fig. 1 lB est une vue d'une variante de réalisation de l'élément déphaseur mettant en oeuvre un microruban supporté par une plaque diélectrique, une plaque de ferrite et des céramiques piézoélectriques métallisées pour faire varier l'épaisseur de la lame d'air;
- la Fig. 12 montre un bloc-diagramme schématique d'un dispositif déphaseur complet selon l'invention;
- les Figs. 1 3A et 1 3B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance sans lame d'air, respectivement;
- les Figs. 14A et 14B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance ayant une lame d'air à épaisseur diminuant continûment longitudinalement, respectivement;
- la Fig. 14C est une vue longitudinale en coupe combinée avec la Fig. 14A montrant un transformateur d'impédance ayant une plaque diélectrique à épaisseur diminuant continûment longitudinalement;
- les Figs. lSA et 15B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance ayant un ruban conducteur et une lame d'air à largeur et épaisseur diminuant discrètement longitudinalement, respectivement;
- les Figs. 16A et 16B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur incluant un bilame et deux transformateurs à épaisseur de lame d'air diminuant continûment, respectivement;
- les Figs. 17A et 17B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur incluant un ~r .
` ` 7 1~38792 bilame et deux transformateurs d'impédance à largeur de ruban conducteur et épaisseur de lame d'air diminuant discrètement, respectivement;
- les Figs. 18A et 18B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur à structure guide d'onde rectangulaire incluant un bilame et deux transformateurs d'impédance à épaisseur de lame d'air uniforme, respectivement;
- la Fig. 19 est une vue en perspective d'une antenne réseau selon l'invention, incluant un élément déphaseur à bilame piézoélectrique;
- la Fig. 20 est une vue en perspective d'un premier réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux plans selon l'invention, incluant deux éléments déphaseurs à plusieurs rubans conducteurs juxtaposés longitudinalement, respective-ment; et - les Figs. 21A et 21B sont une vue de dessus et en coupe prise le long de la ligne XXI-XXI de la Fig. 21A, d'un second réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux plans selon l'invention, incluant un premier élément déphaseur à
plusieurs rubans conducteurs parallèles et un second élément déphaseur ayant un ruban conducteur central et médiateur du premier élément déphaseur, respectivement.
Comme montré schématiquement à la Fig. 1, un élément déphaseur 1 selon l'invention est constitué par une ligne de transmission hyperfréquence, du type microruban dit également "microstrip".
L'élément 1 comprend une plaque conductrice métallique plane 10, constituant un plan de masse, et un substrat sous forme de plaque diélectrique 11 ayant une section rectangulaire de faible épaisseur et suspendue parallèlement au-dessus de la plaque 10. La plaque 11 est séparée de la plaque 10 par une lame d'air 12 ayant une épaisseur variable k du même ordre de grandeur, quelques dixième de millimètres, que celle e du substrat 11. Un ruban conducteur rectiligne mince plat 1 est fixé ou imprimé
centralement et longitudinalement sur une grande face du substrat 11 opposée à la lame d'air. Le ruban conducteur 13 supporté par la plaque 11 a une largeur W petite par rapport à la largeur de la plaque 11 et une longueur Q sur la plaque 11 en regard de la plaque 10.
On rappelle que, bien qu'il existe des formulations empiriques pour déterminer précisément la constante de phase ~ et l'impédance caractéristique ZO d'une ligne microruban, il est connu d'utiliser les formules simples suivantes en approximant le mode de propagation dans la ligne à un mode TEM:
~ = (2nf/c)(eff)l/2 ZO = (1/cK)(eff)1/2 où f désigne la fréquence de fonctionnement, e la vitesse de la lumière dans le vide, K la capacité linéique de la ligne, et eff la permittivité effective de la ligne qui est égale au rapport Ao/A de la largeur d'onde dans l'air Ao~
c'est-à-dire pour une ligne identique mais sans matériau diélectrique, et de la longueur d'onde A guidée dans la ligne.
La permittivité effective dépend de la permittivité relative r du substrat 11 et des dimensions géométriques de la ligne microruban.
En particulier, la permittivité effective est pratiquement inversement proportionnelle à l'épaisseur b de la lame d'air 12, et par suite, la constante de phase croît et l'impédance caractéristique décroît lorsque l'épaisseur b augmente. En effet, comme déjà dit, l'invention met en oeuvre une variation de l'épaisseur b afin de réaliser un déphaseur en hyperfréquence.
Ainsi, lorsque l'épaisseur b de la lame d'air 12 varie de b = 0 à une valeur maximale bm~ la variation de la constante de phase est donnée par:
(b=O) - ~(b=bm)l=(2nf/c)1(eff(b=o))l/2-(eff(b=bm))l/21 Pour une longueur prédéterminée Q du ruban conducteur 13 sur le substrat, correspondant ici à celle de la lame d'air 12 d'épaisseur variable, la variation totale de ..~
la constante de phase de la ligne est donnée par:
.e = (2~f/c) .e I (~eff(b=o))l/2 - (eff(b=bm))l/
Quant à l'impédance caractéristique, on a pour b = 0 ZO = (l/(C K(b=o)))(eff(b=o))l/2~ et pour b = bm: Zo = (l/(C K(bm)))(eff(bm)) / -Pour évaluer l'ordre de grandeur des deux caractéristiques ~ er ZOr deux exemples pratiques faciles à
réaliser sont considérés ci-après.
F.X~ PT.F~ 1 Soit une première ligne microruban à substrat diélectrique suspendu ayant les caractéristiques suivantes:
- Substrat 11 en alumine de permittivité relative r = 10 et d'épaisseur e = 0,635 mm;
- Ruban conducteur central 13 offrant une impédance caractéristique ZO (b=bm) = 50 Ohm, quand la lame d'air 12 a une épaisseur bm = 0,3 mm, ce qui définit une largeur W du ruban 13 telle que W = 2,07 mm. Quand l'épaisseur de la lame d'air b varie de bm = 0,3 mm à b = 0, la variation de la constante de phase de la première ligne est:
Q~(en /cm) = 12,5 x f(en GHz) Soit: 125/cm pour 10 GHz et 200/cm pour 16 GHz, et l'impédance caractéristique de la première ligne à lame d'air variable passe de:
ZC(b=0,3 mm) = 50 Ohm ZC(b=0) ~ 25 ohm ~X~PT.~. 2 Soit une seconde ligne microruban à substrat diélectrique suspendu ayant des caractéristiques dimen-sionnelles analogues à celles selon l'exemple 1, excepté la nature du matériau diélectrique:
r lo 1338792 - Substrat 11 en titanate de magnésium (MgTi) de permittivité relative r = 13 et d'épaisseur e = 0,635 mm;
- Ruban conducteur central 13 offrant une impédance caractéristique ZO (b=bm) = 50 Ohm quand la lame d'air 12 a une épaisseur bm = 0,3 mm ce qui définit une largeur W du ruban 13 telle que W = 1,87 mm. Quand l'épaisseur b de la lame d'air varie de bm = 0,3 mm à b = 0, la variation de la constante de phase de la seconde ligne est ~(en /cm) = 15,3 x f(en GHz) Soit: 153/cm pour 10 GHz et 245/cm pour 16 GHz, et l'impédance caractéristique de la seconde ligne varie de:
ZC(b=0,3 mm) = 50 Ohm à ZC(b=0) ~ 24 Ohm Ces deux exemples, faciles à réaliser en pratique, montrent qu'une efficacité de déphasage A~ extrêmement élevée peut être obtenue. En effet, la variable ~ est une fonction croissante de la permittivité du matériau diélectrique utilisé
et de la fréquence de fonctionnement. A titre de comparaison, il est à noter qu'un déphaseur à ferrite ayant une structure du type ligne microruban, c'est-à-dire ayant un substrat en ferrite à la place de la lame d'air 12, présente une efficacité de l'ordre de 40 à 50/cm, pour des fréquences de déphasages voisines de 10 GHz.
Il est à souligner également que pour un déphaseur selon l'invention, l'efficacité ~ est proportionnelle à la fréquence, alors que pour un déphaseur à ferrite, l'efficacité
~ diminue avec la fréquence ~ cause de la dépendance en fréquence dù tenseur de perméabilité du ferrite.
En pratique, il convient de choisir le matériau diélectrique ainsi que son épaisseur e suivant la gamme de fréquences d'utilisation.
Pour des applications à large bande correspondant à des fréquences supérieures à 20 GHz est recommandé l'emploi 11 133879~
d'un substrat diélectrique ayant une permittivité relativement faible, par exemple en quartz ayant une permittivité relative r = 3,8. Ce choix s'impose si on veut éviter une certaine dispersion des caractéristiques et obtenir des pertes d'insertion minimales.
Pour des applications avec des fréquences relativement basses, par exemple inférieures à 2 GHz, pour réaliser des déphaseurs ayant une longueur acceptable, il est préférable d'utiliser un substrat diélectrique ayant une permittivité relative élevée et de prévoir un ruban conducteur 13' ayant une longueur relativement grande et réalisé sous forme compacte tel qu'en méandres supportés par le substrat 11. Comme montré à la Fig. 2, un tel ruban conducteur 13' comprend par exemple trois tron~ons longitudinaux parallèles 131 raccordés par deux coudes à 180 132 et est symétrique par rapport à un point médian sur le tronçon intermédiaire. Cette réalisation est possible car le déphasage est ainsi parfaitement réciproque, chacune des extrémités du ruban conducteur pouvant être utilisée soit en entrée pour une réception de signaux, soit en sortie pour une transmission de signaux. En outre, pour des fréquences aussi basses, les pertes d'insertion, incluant les pertes diélectriques et conductrices, d'une ligne microruban sont relativement faibles, ce qui permet d'envisager une longueur importante de l'élément déphaseur.
; Pour des applications avec des gammes de fréquences relativement élevées correspondant aux ondes millimétriques, il est préférable pour obtenir des pertes par insertion faibles, de mettre en oeuvre les techniques suivantes qui servent essentiellement à:
1) Eviter et donc diminuer les pertes par rayonnement. Le substrat diélectrique 11 avec le ruban conducteur central 13 est "suspendu" parallèlement entre deux plaques de masse 10', afin de former une ligne de transmission du type triplaque, ou est "suspendu" et positionné
longitudinalement dans un troncon de guide d'onde ~r ` 12 1338792 rectangulaire et parallèlement entre deux grandes parois 10' du guide et est encadré par deux petites parois 101 et 102 du guide, comme montré à la Fig. 3. Les dimensions du guide d'onde sont choisies en fonction de la gamme de fréquence de fonctionnement. Selon une autre variante, deux rubans conducteurs centraux superposés et parallèles 13 et 135 sont fixés ou imprimés respectivement sur les grandes faces supérieure et inférieure de la plaque diélectrique ll pour constituer un élément déphaseur du type "double microruban"
ou "stripline".
Une telle structure comprend une plaque conductrice de masse, une plaque diélectrique superposée et sensiblement parallèle à la plaque conductrice, et un ruban conducteur supporté par une grande face de la plaque diélectrique.
De tels déphaseurs connus sont des déphaseurs à
ferrite incluant une plaque de ferrite entre les plaques conductrice et diélectrique. Un déphaseur à fer~ite en microruban a le mérite de pouvoir être intégré dans une antenne réseau en microélectronique hybride.
Cependant, un déphaseur à ferrite en microruban présente des performances encore assez limitées. Les inconvénients d'un déphaseur à ferrite sont essentiellement les suivants:
- pertes d'insertion relativement élevées, typiquement supérieures à 1 dB pour une fréquence de fonctionnement voisine de 10 GHz pour obtenir un déphasage de 360;
- consommation en puissance relativement élevée, de l'ordre de quelques centaines de milliwatts;
- utilisation limitée en fréquence, typiquement à
des fréquences inférieures à 20 GHz environ;
- nécessité d'une correction de la loi de commande en courant quand la température de fonctionnement varie, en raison de la sensibilité en température des caractéristiques magnétiques du ferrite; et - tenue en puissance crête relativement limitée pour éviter une augmentation de pertes d'insertion du déphaseur.
La présente invention vise à fournir un élément ~r ~ ` 2 1338792 déphaseur réciproque à structure microruban tel que défini dans l'entrée en matière, utilisable en micro-ondes aussi bien dans la gamme des ondes centimétriques que millimétriques et donc pouvant offrir une grande bande passante, de plusieurs octaves, et également présentant des performances radioélectriques meilleures que les déphaseurs à ferrite à
microruban, une très faible consommation de puissance de commande de l'ordre de quelques milliwatts, un poids et un encombrement très réduits, et une compatibilité pour des applications à des réseaux d'antennes à balayage de lobe à
deux plans.
A ces fins, un élément déphaseur conforme à
l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une lame d'air ayant une épaisseur variable entre la plaque diélectrique et la plaque conductrice, et des moyens pour déplacer l'une des plaques par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur de la lame d'air.
Selon une réalisation préférée présentant une compacité élevée, un poids très réduit et l'avantage d'une commande électronique, les moyens pour déplacer sont des moyens piézoélectriques supportant la plaque déplaçable et déformables par alimentation d'une tension de commande variable, et sont constitués par un bilame en matériau piézoélectrique. La plaque diélectrique est stationnaire.
Le bilame supporte la plaque conductrice et la déplace entre une première position éloignée de la plaque diélectrique et une seconde position sensiblement en contact avec la plaque diélectrique.
L'élément déphaseur présente ainsi les avantages suivants:
- Déphaseur parfaitement réciproque et donc adapté
aux applications en émission-réception;
- Performances radioélectriques meilleures que tout autre type de déphaseur:
* efficacité élevée: très grand déphasage par unité
de longueur, et 2a 1338792 * facteur de mérite élevé: très faible pertes d'insertion, typiquement inférieures à 0,5 dB.
- Très large bande de fréquence; en effet, l'élément déphaseur fonctionne en mode TEM et n'a en principe pas de fréquence de coupure; vers les gammes de fréquence élevée, l'élément déphaseur peut comprendre des moyens pour diminuer des pertes par rayonnement de manière à former une structure performantes du type "stripline" à diélectrique suspendu (dénomination anglosaxone "suspended stripline"); l'élément dephaseur est utilisable jusqu~à 150 GHz et ;
~9 ,.
- En principe, peu sensible à la température; en effet, il existe des matériaux piézoélectriques dont le coefficient de charge d33 reste constant sur une large gamme de température;
- Puissance de commande, dans le cas d'un élément déphaseur incluant des moyens piézoélectriques pour déplacer, presque nulle en régime continu, relativement faible en régime commuté;
- Structure microélectronique bien adapté au circuit lo intégré hybride;
- Simplicité de la mise en oeuvre:
* structure hyperfréquence à microruban très simple à réaliser et donc de faible coût, * montage relativement simple, * circuit de commande des moyens pour déplacer géométriquement découplé du circuit hyperfréquence;
- Encombrement réduit, compatible avec les applications en antenne réseau à balayage électronique deux plans.
De préférence, selon une première application, l'élément déphaseur selon l'invention est inclus dans un dispositif déphaseur hyperfréquence insérable dans un circuit hyperfréquence. Un dispositif déphaseur selon l'invention comprend un élément déphaseur selon l'invention et au moins un moyen de transformation d'impédance relié à
l'une des extrémités du ruban conducteur et de la plaque conductrice, pour adapter l'impédance caractéristique de l'élément déphaseur à celle de moyens hyperfréquence extérieurs. Le moyen de transformation a également une structure du type à microruban hyper~réquence comprenant un ruban conducteur relié à une extrémité du ruban conducteur de l'élément déphaseur et ayant une largeur diminuant continûment ou discrètement par palier à partir, au plus, de ladite extrémité.
De préférence, selon une seconde application, un élément déphaseur comporte un ruban conducteur relié à des éléments conducteurs rayonnants supportés par la plaque ~' a - A
diélectrique et espacés le long du ruban conducteur, afin de constituer une antenne réseau dont le balayage de lobe est commandé par déplacement de la plaque conductrice dans l'élément déphaseur.
De préférence, selon une troisième application, un premier élément déphaseur selon l'invention comprend plusieurs rubans conducteurs parallèles supportés par la grande face de la plaque diélectrique, et des éléments conducteurs rayonnants reliés respectivement aux premiers rubans conducteurs, supportés par la plaque diélectrique et espacés le long des rubans conducteurs, pour constituer un réseau d'antennes à balayage de lobe dans un plan parallèle aux rubans conducteurs et perpendiculaire aux plaques diélectrique et conductrice.
De préférence, pour réaliser un réseau d'antenne à
balayage de lobe dans deux plans, il est adjoint au réseau d'antennes défini précédemment des moyens de balayage de lobe de chacune des antennes constituées par les premiers rubans conducteurs, dans un plan perpendiculaire aux premiers rubans conducteurs.
De préférence, selon une première réalisation, les moyens de balayage de lobe comprennent un second élément déphaseur selon l'invention, et plusieurs rubans conducteurs parallèles supportés par la grande face de la plaque diélectrique du second élément déphaseur et respectivement reliés à des extrémités des premiers rubans conducteurs. La plaque conductrice du second élément déphaseur comprend des tronçons de différentes longueurs respectivement en regard des seconds rubans conducteurs.
Dans ce cas, le réseau d'antennes comprend des moyens à
structure microruban hyperfréquence pour répartir la puissance à partir d'un ruban conducteur d'entrée arborescent vers les seconds rubans conducteurs.
De préférence selon une seconde réalisation qui offre une compacité élevée, les moyens de balayage de lobe comprennent un second élément déphaseur selon l'invention, le ruban conducteur du second élément déphaseur est relié
d- .~
4a 1 33 8792 perpendiculairement aux premier rubans conducteurs, et la plaque conductrice du second élément déphaseur est juxtaposée sous le ruban conducteur du second élément déphaseur et mobile dans une lumière pratiquée dans la plaque conductrice du premier élément déphaseur.
De préférence, dans les premières et secondes réalisations, les moyens pour déplacer les plaques conductrices dans les premier et second éléments déphaseurs sont comm~ndes indépend~mment les uns des autres.
~-.,` t ~
... 1~
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels:
- la Fig. 1 est une vue en perspective schématique d'un élément déphaseur à microruban et diélectrique suspendu selon l'invention;
- la Fig. 2 est une vue analogue à celle de la Fig.
1, montrant un ruban conducteur en méandres dans un élément déphaseur;
- la Fig. 3 est une vue en perspective schématique d'un élément déphaseur à structure "stripline" et guide d'onde rectangulaire;
- la Fig. 4 montre deux courbes de variation de constante de phase en fonction d'épaisseur de lame d'air pour deux éléments déphaseurs, tels que celui montré à la Fig. 1, ayant des largeurs de ruban conducteur différentes, respectivement;
- la Fig. 5 montre trois courbes de variation de constante de phase en fonction de fréquence de fonctionnement pour t~ois éléments déphaseurs, tels que celui montré à la Fig. 1, ayant des permittivités relatives de matériau diélectrique différentes, respectivement;
- les Figs. 6A et 6B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un élément déphaseur ayant des moyens mécaniques pour déplacer une plaque conductrice, respectivement;
- la Fig. 7 est une vue longitudinale en coupe d'un élément déphaseur ayant des moyens électromécaniques pour déplacer une plaque conductrice;
- la Fig. 8 est une vue en perspective d'un élément déphaseur ayant des moyens piézoélectriques pour déplacer une plaque conductrice;
- les Figs. 9A, 9B et 9C sont des vues schématiques longitudinales en coupe d'un bilame piézoélectrique pour déplacer une plaque conductrice, le bilame étant au repos et sous des tensions positive et négative, respectivement;
- les Figs. lOA et loB sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un élément déphaseur ayant un bilame piézoélectrique pour déplacer une plaque conductrice, respectivement;
- la Fig. llA est analogue à la Fig. loB, la plaque conductrice étant une couche métallique déposée sur le bilame;
- la Fig. 1 lB est une vue d'une variante de réalisation de l'élément déphaseur mettant en oeuvre un microruban supporté par une plaque diélectrique, une plaque de ferrite et des céramiques piézoélectriques métallisées pour faire varier l'épaisseur de la lame d'air;
- la Fig. 12 montre un bloc-diagramme schématique d'un dispositif déphaseur complet selon l'invention;
- les Figs. 1 3A et 1 3B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance sans lame d'air, respectivement;
- les Figs. 14A et 14B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance ayant une lame d'air à épaisseur diminuant continûment longitudinalement, respectivement;
- la Fig. 14C est une vue longitudinale en coupe combinée avec la Fig. 14A montrant un transformateur d'impédance ayant une plaque diélectrique à épaisseur diminuant continûment longitudinalement;
- les Figs. lSA et 15B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance ayant un ruban conducteur et une lame d'air à largeur et épaisseur diminuant discrètement longitudinalement, respectivement;
- les Figs. 16A et 16B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur incluant un bilame et deux transformateurs à épaisseur de lame d'air diminuant continûment, respectivement;
- les Figs. 17A et 17B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur incluant un ~r .
` ` 7 1~38792 bilame et deux transformateurs d'impédance à largeur de ruban conducteur et épaisseur de lame d'air diminuant discrètement, respectivement;
- les Figs. 18A et 18B sont des vues longitudinales de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur à structure guide d'onde rectangulaire incluant un bilame et deux transformateurs d'impédance à épaisseur de lame d'air uniforme, respectivement;
- la Fig. 19 est une vue en perspective d'une antenne réseau selon l'invention, incluant un élément déphaseur à bilame piézoélectrique;
- la Fig. 20 est une vue en perspective d'un premier réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux plans selon l'invention, incluant deux éléments déphaseurs à plusieurs rubans conducteurs juxtaposés longitudinalement, respective-ment; et - les Figs. 21A et 21B sont une vue de dessus et en coupe prise le long de la ligne XXI-XXI de la Fig. 21A, d'un second réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux plans selon l'invention, incluant un premier élément déphaseur à
plusieurs rubans conducteurs parallèles et un second élément déphaseur ayant un ruban conducteur central et médiateur du premier élément déphaseur, respectivement.
Comme montré schématiquement à la Fig. 1, un élément déphaseur 1 selon l'invention est constitué par une ligne de transmission hyperfréquence, du type microruban dit également "microstrip".
L'élément 1 comprend une plaque conductrice métallique plane 10, constituant un plan de masse, et un substrat sous forme de plaque diélectrique 11 ayant une section rectangulaire de faible épaisseur et suspendue parallèlement au-dessus de la plaque 10. La plaque 11 est séparée de la plaque 10 par une lame d'air 12 ayant une épaisseur variable k du même ordre de grandeur, quelques dixième de millimètres, que celle e du substrat 11. Un ruban conducteur rectiligne mince plat 1 est fixé ou imprimé
centralement et longitudinalement sur une grande face du substrat 11 opposée à la lame d'air. Le ruban conducteur 13 supporté par la plaque 11 a une largeur W petite par rapport à la largeur de la plaque 11 et une longueur Q sur la plaque 11 en regard de la plaque 10.
On rappelle que, bien qu'il existe des formulations empiriques pour déterminer précisément la constante de phase ~ et l'impédance caractéristique ZO d'une ligne microruban, il est connu d'utiliser les formules simples suivantes en approximant le mode de propagation dans la ligne à un mode TEM:
~ = (2nf/c)(eff)l/2 ZO = (1/cK)(eff)1/2 où f désigne la fréquence de fonctionnement, e la vitesse de la lumière dans le vide, K la capacité linéique de la ligne, et eff la permittivité effective de la ligne qui est égale au rapport Ao/A de la largeur d'onde dans l'air Ao~
c'est-à-dire pour une ligne identique mais sans matériau diélectrique, et de la longueur d'onde A guidée dans la ligne.
La permittivité effective dépend de la permittivité relative r du substrat 11 et des dimensions géométriques de la ligne microruban.
En particulier, la permittivité effective est pratiquement inversement proportionnelle à l'épaisseur b de la lame d'air 12, et par suite, la constante de phase croît et l'impédance caractéristique décroît lorsque l'épaisseur b augmente. En effet, comme déjà dit, l'invention met en oeuvre une variation de l'épaisseur b afin de réaliser un déphaseur en hyperfréquence.
Ainsi, lorsque l'épaisseur b de la lame d'air 12 varie de b = 0 à une valeur maximale bm~ la variation de la constante de phase est donnée par:
(b=O) - ~(b=bm)l=(2nf/c)1(eff(b=o))l/2-(eff(b=bm))l/21 Pour une longueur prédéterminée Q du ruban conducteur 13 sur le substrat, correspondant ici à celle de la lame d'air 12 d'épaisseur variable, la variation totale de ..~
la constante de phase de la ligne est donnée par:
.e = (2~f/c) .e I (~eff(b=o))l/2 - (eff(b=bm))l/
Quant à l'impédance caractéristique, on a pour b = 0 ZO = (l/(C K(b=o)))(eff(b=o))l/2~ et pour b = bm: Zo = (l/(C K(bm)))(eff(bm)) / -Pour évaluer l'ordre de grandeur des deux caractéristiques ~ er ZOr deux exemples pratiques faciles à
réaliser sont considérés ci-après.
F.X~ PT.F~ 1 Soit une première ligne microruban à substrat diélectrique suspendu ayant les caractéristiques suivantes:
- Substrat 11 en alumine de permittivité relative r = 10 et d'épaisseur e = 0,635 mm;
- Ruban conducteur central 13 offrant une impédance caractéristique ZO (b=bm) = 50 Ohm, quand la lame d'air 12 a une épaisseur bm = 0,3 mm, ce qui définit une largeur W du ruban 13 telle que W = 2,07 mm. Quand l'épaisseur de la lame d'air b varie de bm = 0,3 mm à b = 0, la variation de la constante de phase de la première ligne est:
Q~(en /cm) = 12,5 x f(en GHz) Soit: 125/cm pour 10 GHz et 200/cm pour 16 GHz, et l'impédance caractéristique de la première ligne à lame d'air variable passe de:
ZC(b=0,3 mm) = 50 Ohm ZC(b=0) ~ 25 ohm ~X~PT.~. 2 Soit une seconde ligne microruban à substrat diélectrique suspendu ayant des caractéristiques dimen-sionnelles analogues à celles selon l'exemple 1, excepté la nature du matériau diélectrique:
r lo 1338792 - Substrat 11 en titanate de magnésium (MgTi) de permittivité relative r = 13 et d'épaisseur e = 0,635 mm;
- Ruban conducteur central 13 offrant une impédance caractéristique ZO (b=bm) = 50 Ohm quand la lame d'air 12 a une épaisseur bm = 0,3 mm ce qui définit une largeur W du ruban 13 telle que W = 1,87 mm. Quand l'épaisseur b de la lame d'air varie de bm = 0,3 mm à b = 0, la variation de la constante de phase de la seconde ligne est ~(en /cm) = 15,3 x f(en GHz) Soit: 153/cm pour 10 GHz et 245/cm pour 16 GHz, et l'impédance caractéristique de la seconde ligne varie de:
ZC(b=0,3 mm) = 50 Ohm à ZC(b=0) ~ 24 Ohm Ces deux exemples, faciles à réaliser en pratique, montrent qu'une efficacité de déphasage A~ extrêmement élevée peut être obtenue. En effet, la variable ~ est une fonction croissante de la permittivité du matériau diélectrique utilisé
et de la fréquence de fonctionnement. A titre de comparaison, il est à noter qu'un déphaseur à ferrite ayant une structure du type ligne microruban, c'est-à-dire ayant un substrat en ferrite à la place de la lame d'air 12, présente une efficacité de l'ordre de 40 à 50/cm, pour des fréquences de déphasages voisines de 10 GHz.
Il est à souligner également que pour un déphaseur selon l'invention, l'efficacité ~ est proportionnelle à la fréquence, alors que pour un déphaseur à ferrite, l'efficacité
~ diminue avec la fréquence ~ cause de la dépendance en fréquence dù tenseur de perméabilité du ferrite.
En pratique, il convient de choisir le matériau diélectrique ainsi que son épaisseur e suivant la gamme de fréquences d'utilisation.
Pour des applications à large bande correspondant à des fréquences supérieures à 20 GHz est recommandé l'emploi 11 133879~
d'un substrat diélectrique ayant une permittivité relativement faible, par exemple en quartz ayant une permittivité relative r = 3,8. Ce choix s'impose si on veut éviter une certaine dispersion des caractéristiques et obtenir des pertes d'insertion minimales.
Pour des applications avec des fréquences relativement basses, par exemple inférieures à 2 GHz, pour réaliser des déphaseurs ayant une longueur acceptable, il est préférable d'utiliser un substrat diélectrique ayant une permittivité relative élevée et de prévoir un ruban conducteur 13' ayant une longueur relativement grande et réalisé sous forme compacte tel qu'en méandres supportés par le substrat 11. Comme montré à la Fig. 2, un tel ruban conducteur 13' comprend par exemple trois tron~ons longitudinaux parallèles 131 raccordés par deux coudes à 180 132 et est symétrique par rapport à un point médian sur le tronçon intermédiaire. Cette réalisation est possible car le déphasage est ainsi parfaitement réciproque, chacune des extrémités du ruban conducteur pouvant être utilisée soit en entrée pour une réception de signaux, soit en sortie pour une transmission de signaux. En outre, pour des fréquences aussi basses, les pertes d'insertion, incluant les pertes diélectriques et conductrices, d'une ligne microruban sont relativement faibles, ce qui permet d'envisager une longueur importante de l'élément déphaseur.
; Pour des applications avec des gammes de fréquences relativement élevées correspondant aux ondes millimétriques, il est préférable pour obtenir des pertes par insertion faibles, de mettre en oeuvre les techniques suivantes qui servent essentiellement à:
1) Eviter et donc diminuer les pertes par rayonnement. Le substrat diélectrique 11 avec le ruban conducteur central 13 est "suspendu" parallèlement entre deux plaques de masse 10', afin de former une ligne de transmission du type triplaque, ou est "suspendu" et positionné
longitudinalement dans un troncon de guide d'onde ~r ` 12 1338792 rectangulaire et parallèlement entre deux grandes parois 10' du guide et est encadré par deux petites parois 101 et 102 du guide, comme montré à la Fig. 3. Les dimensions du guide d'onde sont choisies en fonction de la gamme de fréquence de fonctionnement. Selon une autre variante, deux rubans conducteurs centraux superposés et parallèles 13 et 135 sont fixés ou imprimés respectivement sur les grandes faces supérieure et inférieure de la plaque diélectrique ll pour constituer un élément déphaseur du type "double microruban"
ou "stripline".
2) Eviter d'exciter des modes TM. Pour cela est utilisé un diélectrique de faible permittivité, par exemple r ~ 3,8 ou ~r ~ 2,2, et d'épaisseur relativement faible, par exemple e = 0,254 mm ou e = 0,127 mm. Ce choix contribue également à diminuer les pertes d'insertion dans les applications en ondes millimétriques.
3) Diminuer les pertes conductrices, et ainsi éviter un fonctionnement de la ligne microruban avec une lame d'air ayant une épaisseur nulle. Autrement dit, l'épaisseur b de la lame d'air 12 varie de part et d'autre de l'épaisseur maximale bm~ entre deux épaisseurs prédéterminées non nulles.
Comme l'efficacité de l'élément déphaseur est extrêmement élevée en ondes millimétriques, une très faible variation de l'épaisseur de la lame d'air est suffisante pour obtenir 360 de déphasage.
Deux courbes théoriques C1 et C2 de variation de constante de phase ~ en fonction de l'épaisseur b de la lame d'air sont représentées dans la Fig. 4. Les courbes C1 et C2 concernent des éléments déphaseurs ayant un substrat en alumine ayant une épaisseur e = 0,635 mm et opérant à une fréquence f = 10 GHz. La courbe C1 correspond à un ruban conducteur central ayant une largeur W = 2,07 mm et à des moyens de déplacement de la plaque conductrice 10, du genre bilame piézoélectrique à déformation vers le substrat diélectrique tel que décrit plus loin en référence à la Fig.
9B, qui, au repos, non activés, positionnent la plaque 13 1~8792 conductrice à une distance bm = 0,3 mm du substrat diélectrique. La courbe C2 correspond à un ruban conducteur central ayant une largeur W = 0,63 mm et à un bilame piézoélectrique à déformation en direction opposée du substrat diélectrique, tel que décrit plus loin en référence à la Fig.
9C, qui est au repos lorsque la plaque conductrice est contre le substrat diélectrique.
Trois courbes C3, C4 et C5 de variation de constante de phase ~ en fonction de la fréquence de fonctionnement f sont montrées à la Fig. 5. Ces courbes corrrespondent à une lame d'air ayant une épaisseur maximale bm = 0,3 mm et une plaque diélectrique ayant une épaisseur e = 0,635 mm supportant un ruban conducteur central ayant une largeur w =
respectivement égale à 2,07 mm; 1,85 mm; 1 mm. Les matériaux diélectriques correspondant aux courbes C3, C4 et C5 sont respectivement AQ2 3, Mg Ti et Ni AQ Ti avec des per-mittivités relatives ~r de lo, 13 et 31.
Selon l'invention, l'élément déphaseur 1 comprend des moyens pour déplacer la plaque conductrice de masse 10 et la plaque diélectrique 11 l'une par rapport à l'autre, et de préférence parallèlement l'une à l'autre pour obtenir des variat~ons de déphasage réciproques dues à des variations d'épaisseur b de la lame d'air 12. Les moyens pour déplacer sont par exemple dotés:
- d'un mécanisme manuel, telle que'une vis micrométrique 14 qui est vissée centralement dans un socle 15 sous-jacent à la plaque conductrice rigide ou souple 10 et dont une extrémité supérieure est fixée centralement sous la plaque de masse mobile 10, comme montré aux Figs. 6A et 6B;
ou - d'un moteur électrique miniature 16 disposé sous le socle 15 et entraînant en rotation la vis micrométrique 14 ou en translation une tige traversant le socle 15 et ayant une extrémité supérieure supportant centralement la plaque de masse mobile 10, comme montré à la Fig. 7; ou - d'un empilement de pièces, telle que plaquettes ou ~.~
rondelles, en matériau piézoélectrique 17, fixé sur le socle 15, la plaquette extrême la plus haute 171 supportant, par exemple par collage, la plaque de masse mobile 10, et d'une source 18 de tension continue variable V ayant des bornes respectivement reliées aux bornes des pièces piézoélectriques connectées en parallèle, comme montré à la Fig. 8.
Selon les trois modes de réalisation ci-dessus, la plaque diélectrique stationnaire 11 peut être "suspendue" au-dessus de la plaque de masse mobile 10 grâce à deux cales 151 sous-jacentes à des bords longitudinaux de la plaque diélectrique 11 et pouvant constituer des branches ou côtés longitudinaux du socle 15. Le socle a alors une section transversale en U et est équivalent à une moitié d'un guide d'onde rectangulaire montré à la Fig. 3.
Toutefois, il est à noter que les moyens pour déplacer comprenant un empilement de pièces piézoélectriques 17 offrent des avantages, par rapport aux deux autres réalisations, savoir une sensibilité très précise au déplacement de la plaque de masse 10, une compacité de l'élément déphaseur et une consommation en puissance réduite.
A titre d'exemple, est décrit ci-après en détail ce mode de réalisation préféré, en supposant que l'empilement ne comprend que deux plaquettes ou lames piézoélectriques accolées 171 et 172 formant un bilame piézoélectrique et que le bilame est suffisant pour obtenir l'amplitude de variation souhaitée de l'épaisseur b de la lame d'air 12.
Comme montré respectivement aux Figs. 9A, 9B et 9C, le bilame 171-172 est plan lorsqu'une tension d'alimentation V fournie par la source 18 est nulle, et se déforme en une "calotte" convexe ou concave selon que la polarisation de la tension V est positive ou négative. Lors de cette déformation, le bilame offre une flèche F, par rapport à sa position de repos avec V - 0, qui est une fonction croissante de la tension appliquée V et qui est proportionnelle au carré
de la longueur du bilame. Pour fixer les idées, un bilame en un matériau piézoélectrique disponible dans le commerce, ayant 13~8792 une longueur de 50 mm, crée une flèche F de l'ordre de 0,3 mm.
Deux types de fixation du plan de masse conducteur 10 sur le bilame 171-172 sont envisagés selon l'invention, en référence aux Figs. lOB et 11, et correspondent à une déformation convexe selon la Fig. 9B. Pour ces deux types, la courbure du bilame est longitudinale sous le ruban conducteur central 13, comme montré en combinaison avec la Fig. lOA.
Comme montré aux Figs. lOA et lOB, la plaque de masse mobile est constituée par une plaque conductrice mince lo fixée centralement sur la lame supérieure 171 du bilame piézoélectrique. La plaque conductrice lo est déplacée parallèlement à la plaque diélectrique 11 et sous celle-ci grâce à la déformation du bilame. La lame d'air 12a, dans ce cas, une épaisseur uniforme, quelle que soit la grandeur de cette épaisseur.
Selon le second type de fixation montré à la Fig.
llA, la plaque de masse mobile est constituée par une couche métallique lo" déposée sur la face supérieure de la lame extrême 171 du bilame piézoélectrique. Dans ce cas, la lame d'air 12 n'a pas une épaisseur uniforme le long de la ligne microruban. Les caractéristiques de la ligne, telles que constante de phase et impédance caractéristique, sont obtenues par une intégrale étendue sur toute la longueur de la ligne.
Avec ce second type de fixation de la plaque de masse, l'efficacité est plus faible que dans le cas d'une lame d'air uniforme, mais on y trouve un intérêt pratique. En effet, la mise en oeuvre est simple et la lame d'air offre une épaisseur variant, ici en décroissant, progressivement de chaque extrémité d'entrée ou de sortie longitudinale de l'élément déphaseur vers le centre de celui-ci, ce qui assure une certaine autoadaptation d'impédance le long de l'élément déphaseur.
La variante de réalisation représentée à la Fig. llB
inclut une plaque de ferrite 200 disposée entre le bilame piézoélectrique 171-172 et la plaque diélectrique 11 supportant le microruban conducteur 13. Une bobine 201 connectée à une source de tension électrique variable indépendante de la source alimentant le bilame, permet de faire varier la constante de phase de la ligne. Cette structure de déphaseur permet d'élargir la bande de déphasage et d'effectuer à grande vitesse des petites variations de déphasage autour d'un déphasage fixe imposé par le bilame.
Généralement, un élément déphaseur 1 selon l'invention est connecté à des circuits extérieurs hyperfréquences ayant une impédance caractéristique bien définie, typiquement de 50 Ohm, par l'intermédiaire d'éléments de connection hyperfréquences connus 2, tels que deux connecteurs coaxiaux ou deux troncons de guide d'onde rectangulaire encadrant les extrémités ou bornes de l'élément déphaseur. Toutefois, il est nécessaire d'assurer une adaptation d'impédance aux circuits extérieurs quand l'impédance caractéristique de l'élément déphaseur varie.
Cette adaptation d'impédance est obtenue par deux transformateurs d'impédance 3 constitués par des tron~cons de ligne non uniforme et interconnectés chacun entre une extrémité longitudinale respective de l'élément déphaseur 1 et un élément de connection respectif 2, comme montré à la Fig. 12. Ainsi, en pratique, un dispositif déphaseur complet selon l'invention comporte deux éléments de connection 2, du type coaxial standard ou du type guide d'onde, deux transformateurs d'impédance 3 et un élément déphaseur proprement dit 1.
Selon le type d'élément de connection 2, celui-ci contient ou est associé à un tronçon connu de transition microruban-connecteur coaxial, ou à un tronçon connu de transition microruban-guide d'onde.
Le troncon de ligne non uniforme dans un transformateur d'impédance offre une impédance caractéristique variant progressivement suivant la direction longitudinale, de l'impédance caractéristique de l'élément de connection adjacent 2 à une seconde extrémité 32 du transformateur, vers l'impédance caractéristique de l'extrémité adjacente de l'élément déphaseur 1 à une première extrémité 31 du transformateur. Le tronçon a une structure du type microruban ayant une section transversale identique à celle de l'élément déphaseur au niveau de la première extrémité 31, et en particulier, incluant un ruban conducteur et une plaque conductrice de masse reliés respectivement à ceux de l'élément déphaseur.
Quatre exemples de réalisation de transformateur d'impédance positionnés comme le transformateur de gauchè dans la Fig. 12 sont montrés aux Figs. 13A-13B, 14A-14B, 14C et 15A-15B respectivement.
Comme montré aux Figs. 13A et 13B, un transformateur 3a est constitué par une ligne microruban sans lame d'air, comprenant une plaque conductrice de masse lOa supportant une plaque diélectrique lla elle-même supportant un ruban conducteur central mince ou imprimé 13a. Le ruban 13a a une largeur non uniforme, diminuant continûment après la première extrémité 31a vers la seconde extrémité 32a du transformateur 3a.
Selon chacune de deux réalisations montrées en combinant les Figs. 14A et 14B, et les Figs. 14A et 14C, un transformateur 3b, 3c est constitué par une ligne microruban offrant une distance verticale entre un ruban conducteur central 13b, 13c, fixé ou imprimé sur une plaque diélectrique llb, llc, et la surface supérieure d'une plaque conductrice de masse lOb, lOc diminuant progressivement de la première extrémité 31b, 31c vers la seconde extrémité 32b, 32c. Pour ces deux réalisations! le ruban conducteur central 13b, 13c a une largeur diminuant comme le ruban conducteur 13a, et le transformateur comprend une lame d'air 12b, 12c entre la plaque diélectrique suspendue llb, llc et la plaque de masse lOb, loc. Selon la réalisation montrée à la Fig. 14B, la lame d'air 12b a une épaisseur diminuant continûment après la première extrémité 3lb vers la seconde extrémité 32b grâce à
une augmentation de l'épaisseur de la plaque de masse lOb ., - ~ ., .
` 18 133879~
suivant la même direction et en regard de la plaque llb ayant une épaisseur uniforme. Selon la réalisation montrée à la Fig. 14C, la plaque diélectrique llc a une épaisseur diminuant continûment après la première extrémité 31c vers la seconde extrémité 32c, en direction de la plaque de masse lOc qui a une épaisseur uniforme et qui est parallèle à la face inférieure plane de la plaque llc. En variante, un transformateur peut comprendre une combinaison de la plaque diélectrique llc et de la plaque de masse lOb, ou une plaque diélectrique et une plaque de masse ayant des profils longitudinaux complémentaires sans lame d'air entre elles, comme montré par une ligne en traits interrompus courts 10-11 dans la Fig. 13B, ou avec lame d'air entre elles.
selon la quatrième réalisation montrée aux Figs. 15A
et 15B, un transformateur d'impédance 3d est sensiblement analogue au transformateur 3b, mais la diminution de la largeur du ruban conducteur central 13d et l'augmentation de l'épaisseur de la plaque de masse lOd et donc la diminution de l'épaisseur de la lame d'air 12d varient d'une manière discrète, par marches d'escalier ou paliers parallèles à la plaque diélectrique lld ayant une épaisseur uniforme. En variante, la plaque lld peut également offrir une épaisseur diminuant par palier vers la seconde extrémité 32d.
Les Figs. 16A-16B et 17A-17B montrent respectivement deux dispositifs déphaseurs compacts du type microruban, incluant un élément déphaseur 1 à bilame piézoélectrique 171-172, tel que celui montré aux Figs. lOA et 11, et deux transformateurs d'impédance 3b, 3d avec une lame d'air 12b, 12d ayant une épaisseur nulle à la seconde extrémité 32b, 32d, les plaques diélectriques llb, lld reposant sur les secondes extrémités des plaques de masse lOb, lOc dans les transformateurs. Les Figs. 18A et 18B montrent un ensemble compact du type guide d'onde rectangulaire, incluant un élément déphaseur 1 à bilame piézoélectrique 171-172, tel que celui montré aux Figs. lOA et 11, et deux transformateurs d'impédance 3a' analogues au transformateur 3a, mais incluant ~:' .
i` 19 1338792 une lame d'air 12a ayant une épaisseur uniforme. Dans ces trois dispositifs déphaseurs, la plaque diélectrique 11 de l'élément déphaseur 1 et les plaques diélectriques llb, lld, lla des transformateurs 3b, 3c, 3a' constituent une unique plaque diélectrique monobloc sur laquelle est fixé ou imprimé
un unique ruban conducteur central combinant le ruban conducteur 13 de l'élément déphaseur et les deux rubans conducteurs 13b, 13c, 13a des transformateurs; de même le socle métallique 15 de l'élément déphaseur 1 et les plaques de masse lOb, lOc, lOa sont constituées par une unique plaque de masse métallique convenablement usinée pour loger le bilame 171-172.
En référence à la Fig. 19, une antenne réseau linéaire comprend essentiellement un élément déphaseur lA à
plaque diélectrique suspendue stationnaire 11, du type de celui montré aux Figs. lOA et lOB, mais comprenant un ruban conducteur central rectiligne 13 doté de petits conducteurs 133 disposés perpendiculairement le long d'un même côté du ruban conducteur 13 et régulièrement répartis le long de celui-ci. Les petits conducteurs 133 sont fixés ou imprimés sur la plaque diélectrique 11 et constituent des éléments rayonnants de l'antenne reliés au ruban 13. Une extrémité
longitudinale du ruban conducteur 13 est terminée par un élément rayonnant 133 sur la plaque diélectrique, tandis que l'autre extrémité longitudinale 31 du ruban conducteur 13 est raccordée à des circuits hyperfréquences par l'intermédiaire d'un transformateur d'impédance 3 et un élément de connection 2 décrits ci-dessus.
Un balayage de lobe du diagramme de rayonnement de l'antenne pour une fréquence de fonctionnement donnée, c'est-à-dire pour une longueur d'onde dans l'air Ao donnée, correspondant à une variation de la longueur d'onde A dans l'élément déphaseur, est obtenue, selon l'invention, par une variation de l'épaisseur b de la lame d'air 12. Cette variation d'épaisseur est assurée, selon la réalisation illustrée, par des variations de la tension de commande V du 1 ~ 38 792 bilame piézoélectrique 171-172. La variation d'épaisseur crée ainsi un changement de la longueur d'onde guidée A qui es traduit en un changement de la direction du rayonnement maximal ~ de l'antenne, d'après la relation suivante:
sin ~ = (Ao/A) - (Ao/d) où d désigne la distance entre deux éléments rayonnants voisins 133. On obtient ainsi un balayage de lobe suivant la direction OX longitudinale au ruban conducteur central 13, c'est-à-dire dans un plan vertical OX-OZ
perpendiculaire aux plaques 11 et 12 et parallèle au conducteur 13.
En référence à la Fig. 20, un réseau d'antennes à
balayage de lobe dans deux plans selon une premlère réalisation comprend un premier élément déphaseur lX à plaque diélectrique suspendue stationnaire llX, du type de celui montré aux Figs. lOA et lOB, mais comprenant à la place un ruban conducteur central 13, plusieurs rubans conduc-teurs parallèles, ici au nombre de N = 6, 13Xo à 13XN_1 = 13X5. Chaque ruban conducteur 13Xo à 13X5 est doté, comme celui de l'antenne montré à la Fig. 19, de petits conducteurs formant éléments rayonnants 133Xo à 133X5 reliés perpen-diculairement à un même côté du ruban conducteur 13Xo à 13X5 et régulièrement répartis le long de celui-ci. Les rubans conducteurs 13Xo à 13X5 sont fixés ou imprimés parallèlement et coplanairement sur la grande face supérieure d'une large plaque diélectrique llX, laquelle est superposée, à travers une lame d'air 12X d'épaisseur variable, à une large plaque métallique lOX formant plan de masse, déplaçable par un premier bilame piézoélectrique 171X-172X disposé centralement sou la plaque lOX. La variation de l'épaisseur de la lame d'air 12X par une tension de commande VX appliquée au bilame 171X-172X permet d'obtenir un balayage de lobe de chacune des antennes 13Xo-133Xo à 13XN_1-133XN_1 suivant la direction OX
dans e plan OX-OZ.
Le réseau d'antennes comprend également un second élément déphaseur lY, du même type que le premier élément , ~. ,~ .
` 21 1338792 déphaseur lX mais comprenant une plaque métallique de mase à
encoches loY. Ainsi, comme montré à la Fig. 20, l'élément déphaseur lY comprend une plaque diélectrique suspendue stationnaire llY qui, avec la plaque llX, constitue une unique plaque diélectrique rectangulaire du réseau d'antennes, N =
6 rubans conducteurs rectilignes 1 3Yo à 1 3Y5 prolonqeant coli-néairement les rubans conducteurs 13Xo à 1 3X5, la plaque conductrice de masse loY distincte et séparée de la plaque lOX
par une plaque conductrice intermédiaire stationnaire lOXY, lo et disposée sous la plaque llY par l'intermédiaire d'une lame d'air 12Y d'épaisseur variable, et un bilame piézoélectrique 172X-172Y supportant la plaque de masse loY et soumis à une tension de commande VY indépendante de la tension VX. La plaque de masse mobile lOY a une épaisseur uniforme et comporte du côté de l'élément déphaseur lX, des encoches de g eurs Ql ~ 2Ql ~ 3Q1~ 4Ql et 5Ql de sorte que des longueurs QO ~ QO + Ql ~ Qo + 2Ql r QO + 3Q1~ ~0 + 4Ql et Qo + 5Ql de tron~ons de la plaque lOY soient disposés respectivement dessous les rubans conducteurs 1 3Yo à 1 3Y5 ayant des longueurs identiques excédant eO + 5Q1 La plaque de masse intermédiaire lOXy offre également des encoches complémentaires de celles de a plaque lOY et s'imbriquant dans celles-ci. La dimension ~0 désigne la largeur d'une bande de la plaque lOY
perpendiculaire aux rubans conducteurs 1 3Yo à 1 3Y5, ici située à l'opposé de l'élément de déphasage lX, et peut être égale à zéro.
A l'opposé de l'élément lX et juxtaposé à l'élément ly est prévu un répartiteur de puissance 4 d'un type classique à structure microruban sans lame d'air. Le répartiteur 4 30 comprend une plaque de masse 40 et une plaque diélectrique 41.
La plaque 41 est formée par une portion terminale de la plaque diélectrique commune aux éléments déphaseurs lX et lY et supporte un réseau de rubans conducteurs arborescents 4 3 permettant de relier un ruban conducteur unique 44 sortant d'un transformateur d'impédance aux rubans conducteurs 13Yo à 13YN_1-Le profil en encoches de la plaque de masse lOypermet d'assurer une alimentation en phase du réseau d'antennes linéaires 130-133Xo à 13XN_1-133XN_l de sorte que les déphasages introduits par des déphaseurs élémentaires incluant les tronçons longitudinaux ~0, eO + el, ... Q0 + (N-l)Ql de la plaque lOY soient:
~ 0~ ~0 + ~1~ o + (N-l)~l, quels que soient les déphasages ~0 et ~1 introduits par des tronçons de longueurs respectives Q0 et Ql Une variation de l'épaisseur de lame d'air 12Y par variation de la tension de commande VY est traduite par un balayage suivant une direction transversale OY perpendiculaire aux rubans conducteurs 13Xo-13Yo à 13XN_1-13YN_l, c'est-à-dire dans un plan vertical OY-OZ perpendiculaire à la plaque commune llX-llY-41 et aux plaques de masse lOX, lOXY, 10 et 40. La longueur Ql est choisie de manière à obtenir une variation de 360 de la constante de phase, compte tenu du déplacement maximal possible de la plaque de masse lOY.
Grâce aux deux tensions de commande VX et VY des bilames 171X-172X et 171Y-172Y peut être obtenu un balayage de lobe du type balayage de télévision, utilisable également pour pointage de faisceau dans des radars notamment embarqués dans des aéronefs ou des engins spéciaux.
Selon une seconde réalisation montrée aux Figs. 21A
et 2lB, un réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux plans comprend également deux éléments déphaseurs lXa et lYa ayant des structures à microruban et à diélectrique suspendu.
Le premier élément déphaseur lXa comprend une grande plaque rectangulaire stationnaire llXa en matériau diélectrique, plusieurs rubans conducteurs rectilignes parallèles, ici au nombre de 2M + 1=5, 13XaO à 13Xa4 fixés ou imprimés sur la face supérieure de la plaque diélectrique llXa, une plaque métallique de masse mobile lOXa disposée sous la plaque llXa et séparée de celle-ci par une lame d'air 12Xa d'épaisseur variable, et des moyens piézoélectriques 17Xa pour déplacer la plaque rectangulaire lOXa.
.
22a 1338792 Les rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4 sont également dotés d'éléments rayonnants conducteurs 133XaO à 133Xa4 régu-lièrement répartis d'un même c~té des rubans conducteurs, et sont parallèles aux grands côtés de la plaque llXa et équirépartis, le long du petit axe de la plaque llXa. Selon la réalisation illustrée, les rubans conducteurs à éléments rayonnants 133XaO à 133Xa4 forment un réseau d'antennes du type log-périodique symétrique. Le ruban conducteur 13XaO est disposé le long du grand axe de la plaque llXa et comprend 2Q = 6 éléments rayonnants 133XaO, et a une longueur égale à (2Q-l)d = Sd. Les rubans conducteurs 13Xa1 et 13Xa2 sont disposés symétriquement par rapport au ruban conducteur 13XaO
et à une distance Q1 de celui-ci, comportent chacun 2Q-2 = 4 éléments rayonnants 133Xa1, 133Xa2 et ont chacun une longueur égale à (2Q-3)d = 3d. Les rubans conducteurs 13Xa3 et 13Xa4 sont disposés symétriquement par rapport au ruban conducteur 13XaO et à une distance 2Q1 de celui-ci, comportent chacun 2Q-4 = 2 éléments rayonnants 133Xa3, 133Xa4 et ont chacun un longueur égale à d. Ainsi, le réseau d'antennes est symétrique par rapport au centre "51" de la plaque llXa.
Selon la réalisation illustrée, les moyens de déplacement de la plaque lOXa comportent deux, ou plus, empilements de rondelles piézoélectriques 17Xa convenablement équirépartis sous la plaque mobile lOXa et supportant celle-ci. Les empilements 17Xa sont portés par un socle 15 en forme de fût supportant la périphérie de la plaque llXa. Les empilements 17Xa sont alimentés en parallèle par une même source de tension variable VXa afin d'obtenir un balayage de lobe des antennes dans un plan OX-OZ parallèle aux rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4 et perpendiculaire aux plaques lOXa et llXa.
Le second élément déphaseur lYa est situé le long du petit axe du premier élément déphaseur lXa ce qui confère un encombrement plus réduit et compact par rapport au réseau d'antennes selon la premiè~e réalisation. Le caractère compact est également dû à l'intégration d'un répartiteur de ~. .
22b 1338792 puissance dans l'élément lYa.
L'élément lYa comprend une petite plaque métallique rectangulaire mobile lOYa qui est disposée dans une lumière rectangulaire 103 pratiquée le long du petit axe de la plaque lOXa et ayant des dimensions excédant sensiblement celles de la plaque lOYa. La plaque lOYa a une largeur inférieure à d, typiquement égale à d/2, et une longueur supérieure à 2MQ1, typiquement de l'ordre de 4~5Q1 Au-dessus de la plaque de masse lOYa et séparée de celle-ci par une lame d'air d'épaisseur variable 12Ya se trouve une plaque diélectrique rectangulaire stationnaire llYa intégrée à la plaque llXa et supportant un ruban conducteur 13Ya disposé le long du petit axe de la plaque llXa, confondu avec le grand axe de plaque llYa et donc médiateur des rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4, et ayant une longueur égale à 2MQ1 = 4Q1 Ainsi, à la fois, d'une part, le ruban conducteur 13Ya est relié aux centres des rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4 et répartit ainsi la puissance entre ceux-ci, et d'autre part, le ruban conducteur 13Ya forme par rapport à son centre relié à un conducteur interne 51 d'une ligne coaxiale 5, deux tronçons de longueur ~1 pour constituer deux déphaseurs microrubans à lame d'air variable desservant les antennes intermédiaires 13Xa1-133Xa1 et 13Xa2-133Xa2, et deux tronçons de longueur 2Q1 pour constituer deux déphaseurs microrubans à lame d'air variable desservant les antennes extrêmes 13Xa3-133Xa3 et 13Xa4-133Xa4.
L'élément déphaseur lYa comprend également un empilement de petites rondelles piézoélectriques 17Ya reposant sur le socle 15 et supportant centralement la plaque centrale de masse lOYa. L'empilement 17Ya est alimenté par une tension de commande VYa indépendante de la tension VXa pour obtenir un balayage de lobe des antennes dans un plan OY-OZ parallèle au ruban conducteur 13Ya et perpendiculaire aux rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4. La ligne coaxiale 5 pénètre par dessous dans l'élément déphaseur lYa, et traverse un trou central de l'empilement de rondelles piézoélectriques 17Ya, et le conducteur interne 51 de la ligne 5 traverse librement "` 1338792 22c un trou central de la plaque lOYa et la lame d'air 12Ya, et pénètre dans la plaque diélectrique centrale llYa pour être reliée au centre du ruban conducteur 13Ya. Selon une autre variante, l'empilement 17Ya est remplacé par deux empilements de rondelles piézoélectriques commandées en parallèle par la tension VYa et supportant des extrémités longitudinales de la plaque lOYa.
.~ .
Comme l'efficacité de l'élément déphaseur est extrêmement élevée en ondes millimétriques, une très faible variation de l'épaisseur de la lame d'air est suffisante pour obtenir 360 de déphasage.
Deux courbes théoriques C1 et C2 de variation de constante de phase ~ en fonction de l'épaisseur b de la lame d'air sont représentées dans la Fig. 4. Les courbes C1 et C2 concernent des éléments déphaseurs ayant un substrat en alumine ayant une épaisseur e = 0,635 mm et opérant à une fréquence f = 10 GHz. La courbe C1 correspond à un ruban conducteur central ayant une largeur W = 2,07 mm et à des moyens de déplacement de la plaque conductrice 10, du genre bilame piézoélectrique à déformation vers le substrat diélectrique tel que décrit plus loin en référence à la Fig.
9B, qui, au repos, non activés, positionnent la plaque 13 1~8792 conductrice à une distance bm = 0,3 mm du substrat diélectrique. La courbe C2 correspond à un ruban conducteur central ayant une largeur W = 0,63 mm et à un bilame piézoélectrique à déformation en direction opposée du substrat diélectrique, tel que décrit plus loin en référence à la Fig.
9C, qui est au repos lorsque la plaque conductrice est contre le substrat diélectrique.
Trois courbes C3, C4 et C5 de variation de constante de phase ~ en fonction de la fréquence de fonctionnement f sont montrées à la Fig. 5. Ces courbes corrrespondent à une lame d'air ayant une épaisseur maximale bm = 0,3 mm et une plaque diélectrique ayant une épaisseur e = 0,635 mm supportant un ruban conducteur central ayant une largeur w =
respectivement égale à 2,07 mm; 1,85 mm; 1 mm. Les matériaux diélectriques correspondant aux courbes C3, C4 et C5 sont respectivement AQ2 3, Mg Ti et Ni AQ Ti avec des per-mittivités relatives ~r de lo, 13 et 31.
Selon l'invention, l'élément déphaseur 1 comprend des moyens pour déplacer la plaque conductrice de masse 10 et la plaque diélectrique 11 l'une par rapport à l'autre, et de préférence parallèlement l'une à l'autre pour obtenir des variat~ons de déphasage réciproques dues à des variations d'épaisseur b de la lame d'air 12. Les moyens pour déplacer sont par exemple dotés:
- d'un mécanisme manuel, telle que'une vis micrométrique 14 qui est vissée centralement dans un socle 15 sous-jacent à la plaque conductrice rigide ou souple 10 et dont une extrémité supérieure est fixée centralement sous la plaque de masse mobile 10, comme montré aux Figs. 6A et 6B;
ou - d'un moteur électrique miniature 16 disposé sous le socle 15 et entraînant en rotation la vis micrométrique 14 ou en translation une tige traversant le socle 15 et ayant une extrémité supérieure supportant centralement la plaque de masse mobile 10, comme montré à la Fig. 7; ou - d'un empilement de pièces, telle que plaquettes ou ~.~
rondelles, en matériau piézoélectrique 17, fixé sur le socle 15, la plaquette extrême la plus haute 171 supportant, par exemple par collage, la plaque de masse mobile 10, et d'une source 18 de tension continue variable V ayant des bornes respectivement reliées aux bornes des pièces piézoélectriques connectées en parallèle, comme montré à la Fig. 8.
Selon les trois modes de réalisation ci-dessus, la plaque diélectrique stationnaire 11 peut être "suspendue" au-dessus de la plaque de masse mobile 10 grâce à deux cales 151 sous-jacentes à des bords longitudinaux de la plaque diélectrique 11 et pouvant constituer des branches ou côtés longitudinaux du socle 15. Le socle a alors une section transversale en U et est équivalent à une moitié d'un guide d'onde rectangulaire montré à la Fig. 3.
Toutefois, il est à noter que les moyens pour déplacer comprenant un empilement de pièces piézoélectriques 17 offrent des avantages, par rapport aux deux autres réalisations, savoir une sensibilité très précise au déplacement de la plaque de masse 10, une compacité de l'élément déphaseur et une consommation en puissance réduite.
A titre d'exemple, est décrit ci-après en détail ce mode de réalisation préféré, en supposant que l'empilement ne comprend que deux plaquettes ou lames piézoélectriques accolées 171 et 172 formant un bilame piézoélectrique et que le bilame est suffisant pour obtenir l'amplitude de variation souhaitée de l'épaisseur b de la lame d'air 12.
Comme montré respectivement aux Figs. 9A, 9B et 9C, le bilame 171-172 est plan lorsqu'une tension d'alimentation V fournie par la source 18 est nulle, et se déforme en une "calotte" convexe ou concave selon que la polarisation de la tension V est positive ou négative. Lors de cette déformation, le bilame offre une flèche F, par rapport à sa position de repos avec V - 0, qui est une fonction croissante de la tension appliquée V et qui est proportionnelle au carré
de la longueur du bilame. Pour fixer les idées, un bilame en un matériau piézoélectrique disponible dans le commerce, ayant 13~8792 une longueur de 50 mm, crée une flèche F de l'ordre de 0,3 mm.
Deux types de fixation du plan de masse conducteur 10 sur le bilame 171-172 sont envisagés selon l'invention, en référence aux Figs. lOB et 11, et correspondent à une déformation convexe selon la Fig. 9B. Pour ces deux types, la courbure du bilame est longitudinale sous le ruban conducteur central 13, comme montré en combinaison avec la Fig. lOA.
Comme montré aux Figs. lOA et lOB, la plaque de masse mobile est constituée par une plaque conductrice mince lo fixée centralement sur la lame supérieure 171 du bilame piézoélectrique. La plaque conductrice lo est déplacée parallèlement à la plaque diélectrique 11 et sous celle-ci grâce à la déformation du bilame. La lame d'air 12a, dans ce cas, une épaisseur uniforme, quelle que soit la grandeur de cette épaisseur.
Selon le second type de fixation montré à la Fig.
llA, la plaque de masse mobile est constituée par une couche métallique lo" déposée sur la face supérieure de la lame extrême 171 du bilame piézoélectrique. Dans ce cas, la lame d'air 12 n'a pas une épaisseur uniforme le long de la ligne microruban. Les caractéristiques de la ligne, telles que constante de phase et impédance caractéristique, sont obtenues par une intégrale étendue sur toute la longueur de la ligne.
Avec ce second type de fixation de la plaque de masse, l'efficacité est plus faible que dans le cas d'une lame d'air uniforme, mais on y trouve un intérêt pratique. En effet, la mise en oeuvre est simple et la lame d'air offre une épaisseur variant, ici en décroissant, progressivement de chaque extrémité d'entrée ou de sortie longitudinale de l'élément déphaseur vers le centre de celui-ci, ce qui assure une certaine autoadaptation d'impédance le long de l'élément déphaseur.
La variante de réalisation représentée à la Fig. llB
inclut une plaque de ferrite 200 disposée entre le bilame piézoélectrique 171-172 et la plaque diélectrique 11 supportant le microruban conducteur 13. Une bobine 201 connectée à une source de tension électrique variable indépendante de la source alimentant le bilame, permet de faire varier la constante de phase de la ligne. Cette structure de déphaseur permet d'élargir la bande de déphasage et d'effectuer à grande vitesse des petites variations de déphasage autour d'un déphasage fixe imposé par le bilame.
Généralement, un élément déphaseur 1 selon l'invention est connecté à des circuits extérieurs hyperfréquences ayant une impédance caractéristique bien définie, typiquement de 50 Ohm, par l'intermédiaire d'éléments de connection hyperfréquences connus 2, tels que deux connecteurs coaxiaux ou deux troncons de guide d'onde rectangulaire encadrant les extrémités ou bornes de l'élément déphaseur. Toutefois, il est nécessaire d'assurer une adaptation d'impédance aux circuits extérieurs quand l'impédance caractéristique de l'élément déphaseur varie.
Cette adaptation d'impédance est obtenue par deux transformateurs d'impédance 3 constitués par des tron~cons de ligne non uniforme et interconnectés chacun entre une extrémité longitudinale respective de l'élément déphaseur 1 et un élément de connection respectif 2, comme montré à la Fig. 12. Ainsi, en pratique, un dispositif déphaseur complet selon l'invention comporte deux éléments de connection 2, du type coaxial standard ou du type guide d'onde, deux transformateurs d'impédance 3 et un élément déphaseur proprement dit 1.
Selon le type d'élément de connection 2, celui-ci contient ou est associé à un tronçon connu de transition microruban-connecteur coaxial, ou à un tronçon connu de transition microruban-guide d'onde.
Le troncon de ligne non uniforme dans un transformateur d'impédance offre une impédance caractéristique variant progressivement suivant la direction longitudinale, de l'impédance caractéristique de l'élément de connection adjacent 2 à une seconde extrémité 32 du transformateur, vers l'impédance caractéristique de l'extrémité adjacente de l'élément déphaseur 1 à une première extrémité 31 du transformateur. Le tronçon a une structure du type microruban ayant une section transversale identique à celle de l'élément déphaseur au niveau de la première extrémité 31, et en particulier, incluant un ruban conducteur et une plaque conductrice de masse reliés respectivement à ceux de l'élément déphaseur.
Quatre exemples de réalisation de transformateur d'impédance positionnés comme le transformateur de gauchè dans la Fig. 12 sont montrés aux Figs. 13A-13B, 14A-14B, 14C et 15A-15B respectivement.
Comme montré aux Figs. 13A et 13B, un transformateur 3a est constitué par une ligne microruban sans lame d'air, comprenant une plaque conductrice de masse lOa supportant une plaque diélectrique lla elle-même supportant un ruban conducteur central mince ou imprimé 13a. Le ruban 13a a une largeur non uniforme, diminuant continûment après la première extrémité 31a vers la seconde extrémité 32a du transformateur 3a.
Selon chacune de deux réalisations montrées en combinant les Figs. 14A et 14B, et les Figs. 14A et 14C, un transformateur 3b, 3c est constitué par une ligne microruban offrant une distance verticale entre un ruban conducteur central 13b, 13c, fixé ou imprimé sur une plaque diélectrique llb, llc, et la surface supérieure d'une plaque conductrice de masse lOb, lOc diminuant progressivement de la première extrémité 31b, 31c vers la seconde extrémité 32b, 32c. Pour ces deux réalisations! le ruban conducteur central 13b, 13c a une largeur diminuant comme le ruban conducteur 13a, et le transformateur comprend une lame d'air 12b, 12c entre la plaque diélectrique suspendue llb, llc et la plaque de masse lOb, loc. Selon la réalisation montrée à la Fig. 14B, la lame d'air 12b a une épaisseur diminuant continûment après la première extrémité 3lb vers la seconde extrémité 32b grâce à
une augmentation de l'épaisseur de la plaque de masse lOb ., - ~ ., .
` 18 133879~
suivant la même direction et en regard de la plaque llb ayant une épaisseur uniforme. Selon la réalisation montrée à la Fig. 14C, la plaque diélectrique llc a une épaisseur diminuant continûment après la première extrémité 31c vers la seconde extrémité 32c, en direction de la plaque de masse lOc qui a une épaisseur uniforme et qui est parallèle à la face inférieure plane de la plaque llc. En variante, un transformateur peut comprendre une combinaison de la plaque diélectrique llc et de la plaque de masse lOb, ou une plaque diélectrique et une plaque de masse ayant des profils longitudinaux complémentaires sans lame d'air entre elles, comme montré par une ligne en traits interrompus courts 10-11 dans la Fig. 13B, ou avec lame d'air entre elles.
selon la quatrième réalisation montrée aux Figs. 15A
et 15B, un transformateur d'impédance 3d est sensiblement analogue au transformateur 3b, mais la diminution de la largeur du ruban conducteur central 13d et l'augmentation de l'épaisseur de la plaque de masse lOd et donc la diminution de l'épaisseur de la lame d'air 12d varient d'une manière discrète, par marches d'escalier ou paliers parallèles à la plaque diélectrique lld ayant une épaisseur uniforme. En variante, la plaque lld peut également offrir une épaisseur diminuant par palier vers la seconde extrémité 32d.
Les Figs. 16A-16B et 17A-17B montrent respectivement deux dispositifs déphaseurs compacts du type microruban, incluant un élément déphaseur 1 à bilame piézoélectrique 171-172, tel que celui montré aux Figs. lOA et 11, et deux transformateurs d'impédance 3b, 3d avec une lame d'air 12b, 12d ayant une épaisseur nulle à la seconde extrémité 32b, 32d, les plaques diélectriques llb, lld reposant sur les secondes extrémités des plaques de masse lOb, lOc dans les transformateurs. Les Figs. 18A et 18B montrent un ensemble compact du type guide d'onde rectangulaire, incluant un élément déphaseur 1 à bilame piézoélectrique 171-172, tel que celui montré aux Figs. lOA et 11, et deux transformateurs d'impédance 3a' analogues au transformateur 3a, mais incluant ~:' .
i` 19 1338792 une lame d'air 12a ayant une épaisseur uniforme. Dans ces trois dispositifs déphaseurs, la plaque diélectrique 11 de l'élément déphaseur 1 et les plaques diélectriques llb, lld, lla des transformateurs 3b, 3c, 3a' constituent une unique plaque diélectrique monobloc sur laquelle est fixé ou imprimé
un unique ruban conducteur central combinant le ruban conducteur 13 de l'élément déphaseur et les deux rubans conducteurs 13b, 13c, 13a des transformateurs; de même le socle métallique 15 de l'élément déphaseur 1 et les plaques de masse lOb, lOc, lOa sont constituées par une unique plaque de masse métallique convenablement usinée pour loger le bilame 171-172.
En référence à la Fig. 19, une antenne réseau linéaire comprend essentiellement un élément déphaseur lA à
plaque diélectrique suspendue stationnaire 11, du type de celui montré aux Figs. lOA et lOB, mais comprenant un ruban conducteur central rectiligne 13 doté de petits conducteurs 133 disposés perpendiculairement le long d'un même côté du ruban conducteur 13 et régulièrement répartis le long de celui-ci. Les petits conducteurs 133 sont fixés ou imprimés sur la plaque diélectrique 11 et constituent des éléments rayonnants de l'antenne reliés au ruban 13. Une extrémité
longitudinale du ruban conducteur 13 est terminée par un élément rayonnant 133 sur la plaque diélectrique, tandis que l'autre extrémité longitudinale 31 du ruban conducteur 13 est raccordée à des circuits hyperfréquences par l'intermédiaire d'un transformateur d'impédance 3 et un élément de connection 2 décrits ci-dessus.
Un balayage de lobe du diagramme de rayonnement de l'antenne pour une fréquence de fonctionnement donnée, c'est-à-dire pour une longueur d'onde dans l'air Ao donnée, correspondant à une variation de la longueur d'onde A dans l'élément déphaseur, est obtenue, selon l'invention, par une variation de l'épaisseur b de la lame d'air 12. Cette variation d'épaisseur est assurée, selon la réalisation illustrée, par des variations de la tension de commande V du 1 ~ 38 792 bilame piézoélectrique 171-172. La variation d'épaisseur crée ainsi un changement de la longueur d'onde guidée A qui es traduit en un changement de la direction du rayonnement maximal ~ de l'antenne, d'après la relation suivante:
sin ~ = (Ao/A) - (Ao/d) où d désigne la distance entre deux éléments rayonnants voisins 133. On obtient ainsi un balayage de lobe suivant la direction OX longitudinale au ruban conducteur central 13, c'est-à-dire dans un plan vertical OX-OZ
perpendiculaire aux plaques 11 et 12 et parallèle au conducteur 13.
En référence à la Fig. 20, un réseau d'antennes à
balayage de lobe dans deux plans selon une premlère réalisation comprend un premier élément déphaseur lX à plaque diélectrique suspendue stationnaire llX, du type de celui montré aux Figs. lOA et lOB, mais comprenant à la place un ruban conducteur central 13, plusieurs rubans conduc-teurs parallèles, ici au nombre de N = 6, 13Xo à 13XN_1 = 13X5. Chaque ruban conducteur 13Xo à 13X5 est doté, comme celui de l'antenne montré à la Fig. 19, de petits conducteurs formant éléments rayonnants 133Xo à 133X5 reliés perpen-diculairement à un même côté du ruban conducteur 13Xo à 13X5 et régulièrement répartis le long de celui-ci. Les rubans conducteurs 13Xo à 13X5 sont fixés ou imprimés parallèlement et coplanairement sur la grande face supérieure d'une large plaque diélectrique llX, laquelle est superposée, à travers une lame d'air 12X d'épaisseur variable, à une large plaque métallique lOX formant plan de masse, déplaçable par un premier bilame piézoélectrique 171X-172X disposé centralement sou la plaque lOX. La variation de l'épaisseur de la lame d'air 12X par une tension de commande VX appliquée au bilame 171X-172X permet d'obtenir un balayage de lobe de chacune des antennes 13Xo-133Xo à 13XN_1-133XN_1 suivant la direction OX
dans e plan OX-OZ.
Le réseau d'antennes comprend également un second élément déphaseur lY, du même type que le premier élément , ~. ,~ .
` 21 1338792 déphaseur lX mais comprenant une plaque métallique de mase à
encoches loY. Ainsi, comme montré à la Fig. 20, l'élément déphaseur lY comprend une plaque diélectrique suspendue stationnaire llY qui, avec la plaque llX, constitue une unique plaque diélectrique rectangulaire du réseau d'antennes, N =
6 rubans conducteurs rectilignes 1 3Yo à 1 3Y5 prolonqeant coli-néairement les rubans conducteurs 13Xo à 1 3X5, la plaque conductrice de masse loY distincte et séparée de la plaque lOX
par une plaque conductrice intermédiaire stationnaire lOXY, lo et disposée sous la plaque llY par l'intermédiaire d'une lame d'air 12Y d'épaisseur variable, et un bilame piézoélectrique 172X-172Y supportant la plaque de masse loY et soumis à une tension de commande VY indépendante de la tension VX. La plaque de masse mobile lOY a une épaisseur uniforme et comporte du côté de l'élément déphaseur lX, des encoches de g eurs Ql ~ 2Ql ~ 3Q1~ 4Ql et 5Ql de sorte que des longueurs QO ~ QO + Ql ~ Qo + 2Ql r QO + 3Q1~ ~0 + 4Ql et Qo + 5Ql de tron~ons de la plaque lOY soient disposés respectivement dessous les rubans conducteurs 1 3Yo à 1 3Y5 ayant des longueurs identiques excédant eO + 5Q1 La plaque de masse intermédiaire lOXy offre également des encoches complémentaires de celles de a plaque lOY et s'imbriquant dans celles-ci. La dimension ~0 désigne la largeur d'une bande de la plaque lOY
perpendiculaire aux rubans conducteurs 1 3Yo à 1 3Y5, ici située à l'opposé de l'élément de déphasage lX, et peut être égale à zéro.
A l'opposé de l'élément lX et juxtaposé à l'élément ly est prévu un répartiteur de puissance 4 d'un type classique à structure microruban sans lame d'air. Le répartiteur 4 30 comprend une plaque de masse 40 et une plaque diélectrique 41.
La plaque 41 est formée par une portion terminale de la plaque diélectrique commune aux éléments déphaseurs lX et lY et supporte un réseau de rubans conducteurs arborescents 4 3 permettant de relier un ruban conducteur unique 44 sortant d'un transformateur d'impédance aux rubans conducteurs 13Yo à 13YN_1-Le profil en encoches de la plaque de masse lOypermet d'assurer une alimentation en phase du réseau d'antennes linéaires 130-133Xo à 13XN_1-133XN_l de sorte que les déphasages introduits par des déphaseurs élémentaires incluant les tronçons longitudinaux ~0, eO + el, ... Q0 + (N-l)Ql de la plaque lOY soient:
~ 0~ ~0 + ~1~ o + (N-l)~l, quels que soient les déphasages ~0 et ~1 introduits par des tronçons de longueurs respectives Q0 et Ql Une variation de l'épaisseur de lame d'air 12Y par variation de la tension de commande VY est traduite par un balayage suivant une direction transversale OY perpendiculaire aux rubans conducteurs 13Xo-13Yo à 13XN_1-13YN_l, c'est-à-dire dans un plan vertical OY-OZ perpendiculaire à la plaque commune llX-llY-41 et aux plaques de masse lOX, lOXY, 10 et 40. La longueur Ql est choisie de manière à obtenir une variation de 360 de la constante de phase, compte tenu du déplacement maximal possible de la plaque de masse lOY.
Grâce aux deux tensions de commande VX et VY des bilames 171X-172X et 171Y-172Y peut être obtenu un balayage de lobe du type balayage de télévision, utilisable également pour pointage de faisceau dans des radars notamment embarqués dans des aéronefs ou des engins spéciaux.
Selon une seconde réalisation montrée aux Figs. 21A
et 2lB, un réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux plans comprend également deux éléments déphaseurs lXa et lYa ayant des structures à microruban et à diélectrique suspendu.
Le premier élément déphaseur lXa comprend une grande plaque rectangulaire stationnaire llXa en matériau diélectrique, plusieurs rubans conducteurs rectilignes parallèles, ici au nombre de 2M + 1=5, 13XaO à 13Xa4 fixés ou imprimés sur la face supérieure de la plaque diélectrique llXa, une plaque métallique de masse mobile lOXa disposée sous la plaque llXa et séparée de celle-ci par une lame d'air 12Xa d'épaisseur variable, et des moyens piézoélectriques 17Xa pour déplacer la plaque rectangulaire lOXa.
.
22a 1338792 Les rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4 sont également dotés d'éléments rayonnants conducteurs 133XaO à 133Xa4 régu-lièrement répartis d'un même c~té des rubans conducteurs, et sont parallèles aux grands côtés de la plaque llXa et équirépartis, le long du petit axe de la plaque llXa. Selon la réalisation illustrée, les rubans conducteurs à éléments rayonnants 133XaO à 133Xa4 forment un réseau d'antennes du type log-périodique symétrique. Le ruban conducteur 13XaO est disposé le long du grand axe de la plaque llXa et comprend 2Q = 6 éléments rayonnants 133XaO, et a une longueur égale à (2Q-l)d = Sd. Les rubans conducteurs 13Xa1 et 13Xa2 sont disposés symétriquement par rapport au ruban conducteur 13XaO
et à une distance Q1 de celui-ci, comportent chacun 2Q-2 = 4 éléments rayonnants 133Xa1, 133Xa2 et ont chacun une longueur égale à (2Q-3)d = 3d. Les rubans conducteurs 13Xa3 et 13Xa4 sont disposés symétriquement par rapport au ruban conducteur 13XaO et à une distance 2Q1 de celui-ci, comportent chacun 2Q-4 = 2 éléments rayonnants 133Xa3, 133Xa4 et ont chacun un longueur égale à d. Ainsi, le réseau d'antennes est symétrique par rapport au centre "51" de la plaque llXa.
Selon la réalisation illustrée, les moyens de déplacement de la plaque lOXa comportent deux, ou plus, empilements de rondelles piézoélectriques 17Xa convenablement équirépartis sous la plaque mobile lOXa et supportant celle-ci. Les empilements 17Xa sont portés par un socle 15 en forme de fût supportant la périphérie de la plaque llXa. Les empilements 17Xa sont alimentés en parallèle par une même source de tension variable VXa afin d'obtenir un balayage de lobe des antennes dans un plan OX-OZ parallèle aux rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4 et perpendiculaire aux plaques lOXa et llXa.
Le second élément déphaseur lYa est situé le long du petit axe du premier élément déphaseur lXa ce qui confère un encombrement plus réduit et compact par rapport au réseau d'antennes selon la premiè~e réalisation. Le caractère compact est également dû à l'intégration d'un répartiteur de ~. .
22b 1338792 puissance dans l'élément lYa.
L'élément lYa comprend une petite plaque métallique rectangulaire mobile lOYa qui est disposée dans une lumière rectangulaire 103 pratiquée le long du petit axe de la plaque lOXa et ayant des dimensions excédant sensiblement celles de la plaque lOYa. La plaque lOYa a une largeur inférieure à d, typiquement égale à d/2, et une longueur supérieure à 2MQ1, typiquement de l'ordre de 4~5Q1 Au-dessus de la plaque de masse lOYa et séparée de celle-ci par une lame d'air d'épaisseur variable 12Ya se trouve une plaque diélectrique rectangulaire stationnaire llYa intégrée à la plaque llXa et supportant un ruban conducteur 13Ya disposé le long du petit axe de la plaque llXa, confondu avec le grand axe de plaque llYa et donc médiateur des rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4, et ayant une longueur égale à 2MQ1 = 4Q1 Ainsi, à la fois, d'une part, le ruban conducteur 13Ya est relié aux centres des rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4 et répartit ainsi la puissance entre ceux-ci, et d'autre part, le ruban conducteur 13Ya forme par rapport à son centre relié à un conducteur interne 51 d'une ligne coaxiale 5, deux tronçons de longueur ~1 pour constituer deux déphaseurs microrubans à lame d'air variable desservant les antennes intermédiaires 13Xa1-133Xa1 et 13Xa2-133Xa2, et deux tronçons de longueur 2Q1 pour constituer deux déphaseurs microrubans à lame d'air variable desservant les antennes extrêmes 13Xa3-133Xa3 et 13Xa4-133Xa4.
L'élément déphaseur lYa comprend également un empilement de petites rondelles piézoélectriques 17Ya reposant sur le socle 15 et supportant centralement la plaque centrale de masse lOYa. L'empilement 17Ya est alimenté par une tension de commande VYa indépendante de la tension VXa pour obtenir un balayage de lobe des antennes dans un plan OY-OZ parallèle au ruban conducteur 13Ya et perpendiculaire aux rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4. La ligne coaxiale 5 pénètre par dessous dans l'élément déphaseur lYa, et traverse un trou central de l'empilement de rondelles piézoélectriques 17Ya, et le conducteur interne 51 de la ligne 5 traverse librement "` 1338792 22c un trou central de la plaque lOYa et la lame d'air 12Ya, et pénètre dans la plaque diélectrique centrale llYa pour être reliée au centre du ruban conducteur 13Ya. Selon une autre variante, l'empilement 17Ya est remplacé par deux empilements de rondelles piézoélectriques commandées en parallèle par la tension VYa et supportant des extrémités longitudinales de la plaque lOYa.
.~ .
Claims (38)
1. Elément déphaseur hyperfréquence (1) comprenant une plaque conductrice (10), une plaque diélectrique (11) superposée et sensiblement parallèle à la plaque conductrice (10), et un ruban conducteur (13) supporté
par une grande face de la plaque diélectrique (11), caractérisé en ce qu'il comprend une lame d'air (12) ayant une épaisseur variable (6) entre la plaque diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des moyens (14, 16, 17) pour déplacer l'une des plaques (10, 11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b) de la lame d'air (12).
par une grande face de la plaque diélectrique (11), caractérisé en ce qu'il comprend une lame d'air (12) ayant une épaisseur variable (6) entre la plaque diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des moyens (14, 16, 17) pour déplacer l'une des plaques (10, 11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b) de la lame d'air (12).
2. Elément déphaseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque diélectrique (11) est stationnaire et les moyens pour déplacer (14, 16, 17) supportent la plaque conductrice (10) et la déplacent entre une première position (b = bm) éloignée de la plaque diélectrique (11) et une seconde position (b ? 0) sensiblement en contact avec la plaque diélectrique (11).
3. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer sont des moyens mécaniques du genre à vis micrométrique (14) supportant la plaque déplaçable (10; 11).
23a
23a
4. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer sont des moyens électromécaniques du genre à vis ou tige (14) animée par un moteur électrique (16) et supportant la plaque déplaçable (10; 11).
5. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer sont des moyens piézoélectriques (17) supportant la plaque déplaçable (10; 11) et déformables par alimentation d'une tension de commande variable (V).
6. Elément déphaseur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens piézoélectriques pour déplacer comprennent au moins un empilement de pièces en matériau piézoélectrique (17) ayant une pièce extrême (171) supportant la plaque déplaçable (10; 11).
7. Elément déphaseur conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que ledit empilement est un bilame (171, 172) en matériau piézoélectrique.
8. Elément déphaseur conforme à la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la plaque conductrice (10) est fixée centralement sur la pièce piézoélectrique extrême (171).
9. Elément déphaseur conforme à la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la plaque conductrice est une couche métallique (10") déposée sur la pièce piézoélectrique extrême (171).
10. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit ruban conducteur (13) est imprimé sur une grande face de la plaque diélectrique (11) à l'opposé de ladite lame d'air (12).
11. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ruban conducteur (13') est conformé en méandres (131, 132).
12. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque en ferrite (200) disposée entre la plaque diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et une bobine (201) coopérant avec la plaque en ferrite et alimentée par une source de tension variable indépendante des moyens pour déplacer (14, 16, 17).
13. Elément dephaseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10') pour diminuer des pertes par rayonnement.
14. Elément déphaseur conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens pour diminuer des pertes par rayonnement comprennent une seconde plaque conductrice (10') sensiblement parallèle à la plaque diélectrique (11), ledit élément déphaseur ayant une structure du type triplaque.
15. Elément déphaseur conforme à la revendication 14, caractérisé en ce qu'un second ruban conducteur (135) est supporté par une autre grande face de la plaque diélectrique (11) et est superposé au premier ruban conducteur (13), ledit élément déphaseur ayant une structure du type "stripline".
16. Elément déphaseur conforme à la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que les moyens pour diminuer les pertes par rayonnement comprennent deux parois conductrices (101, 102) sensiblement perpendiculaires aux deux plaques conductrices (10') afin que les parois et les plaques conductrices encadrent la plaque diélectrique (11) et forment un guide d'onde rectangulaire.
17. Elément déphaseur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque conductrice est fixée par collage.
18. Dispositif déphaseur hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il comprend un élément déphaseur comportant une plaque conductrice (10), une plaque diélectrique (11) superposée et sensiblement parallèle à la plaque conductrice (10), un ruban conducteur (13) supporté par une grande face de la plaque diélectrique (11), une lame d'air (12) ayant une épaisseur variable (6) entre la plaque diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des moyens (14, 16, 17) pour déplacer l'une des plaques (10, 11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b) de la lame d'air (12); et un moyen de transformation d'impédance (3) relié à l'une des extrémités (31) du ruban conducteur (13) et de la plaque conductrice (10, 10"), pour adapter l'impédance caractéristique (Zo) de l'élément déphaseur à celle de moyens hyperfréquence extérieurs (2).
19. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 18, caractérisé en ce que le moyen de transformation d'impédance (3a, 3b, 3c, 3d) a une structure du type à
microruban hyperfréquence comprenant un ruban conducteur (13a, 13b, 13c, 13d) relié à une extrémité (31a, 31b, 31c, 31d) du ruban conducteur (13) de l'élément déphaseur (1) et ayant une largeur diminuant continûment (13a, 13b, 13c) ou discrètement par palier (13d) à partir, au plus, de ladite extrémité (31a, 31b, 31c, 31d).
microruban hyperfréquence comprenant un ruban conducteur (13a, 13b, 13c, 13d) relié à une extrémité (31a, 31b, 31c, 31d) du ruban conducteur (13) de l'élément déphaseur (1) et ayant une largeur diminuant continûment (13a, 13b, 13c) ou discrètement par palier (13d) à partir, au plus, de ladite extrémité (31a, 31b, 31c, 31d).
20. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 19, caractérisé en ce que le moyen de transformation d'impédance (3a) comprend une plaque diélectrique (11a) supportant ledit ruban conducteur à largeur diminuant (13a), et une plaque conductrice (10a) supportant la plaque diélectrique (11a).
21. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 19, caractérisé en ce que le moyen de transformation d'impédance (3b, 3c, 3d) comprend une plaque diélectrique (11b, 11c, 11d) supportant ledit ruban conducteur à largeur diminuant (13b, 13c, 13d) et une plaque conductrice (10b, 10c, 10d) séparée de la plaque diélectrique (11b, 11c, 11d) par une lame d'air (12b, 12c, 12d) au moins au niveau de ladite extrémité (31b, 31c, 31d).
22. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 21, caractérisé en ce que la lame d'air dans le moyen de transformation d'impédance (3c) a une épaisseur uniforme (12c), ou diminuant (12b, 12d) continûment ou discrètement par palier au plus à partir de ladite extrémité (31b, 31d).
23. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 20, 21 ou 22, caractérisé en ce que la plaque diélectrique (11c) dans le moyen de transformation d'impédance (3c) a une épaisseur diminuant continûment ou discrètement par palier au plus à partir de ladite extrémité (31c), la distance entre le ruban conducteur (13a, 13b, 13d, 13c) et la plaque conductrice (10a, 10b, 10d, 10c) diminuant au plus à partir de ladite extrémité.
24. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce que la plaque conductrice (10b, 10d) dans le moyen de transformation d'impédance (1b, 1d) a une épaisseur augmentant continûment ou discrètement par palier au plus à partir de ladite extrémité (31b, 31d), la distance entre le ruban conducteur (13a, 13b, 13d, 13c) et la plaque conductrice (10a, 10b, 10d, 10c) diminuant au plus à partir de ladite extrémité.
25. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce que les plaques diélectriques (11; 11a, 11b, 11c, 11d) dans l'élément déphaseur (1) et dans le moyen de transformation d'impédance (3a, 3b, 3c, 3d) constituent une plaque diélectrique monobloc, et en ce qu'un socle (15) dans l'élément déphaseur (1) supportant les moyens pour déplacer (14, 16, 17), et la plaque conductrice (10a, 10b, 10c, 10d) dans le moyen de transformation d'impédance (3a, 3b, 3c, 3d) constituent une pièce métallique monobloc supportant ladite plaque diélectrique monobloc.
26. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce qu'il comprend un second moyen de transformation d'impédance (3) relié à une autre extrémité (31) du ruban conducteur et de la plaque conductrice (10, 10').
27. Antenne réseau (1A), caractérisée en ce qu'elle comprend un élément déphaseur hyperfréquence (1) comportant une plaque conductrice (10), une plaque diélectrique (11) superposée et sensiblement parallèle à la plaque conductrice (10), un ruban conducteur (13) supporté par une grande face de la plaque diélectrique (11), une lame d'air (12) ayant une épaisseur variable (6) entre la plaque diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des
28 diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des moyens (14, 16, 17) pour déplacer l'une des plaques (10, 11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b) de la lame d'air (12), le ruban conducteur (13) de l'élément déphaseur étant relié à des éléments conducteurs rayonnants (133) supportés par la plaque diélectrique (11) et espacés le long du ruban conducteur.
28. Antenne réseau conforme à la revendication 27, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de transformation d'impédance (3) relié à une extrémité (31) du ruban conducteur (13) et de la plaque conductrice (10) de l'élément déphaseur (1).
28. Antenne réseau conforme à la revendication 27, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de transformation d'impédance (3) relié à une extrémité (31) du ruban conducteur (13) et de la plaque conductrice (10) de l'élément déphaseur (1).
29. Réseau d'antennes caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément déphaseur hyperfréquence (1) comportant une plaque conductrice (10), une plaque diélectrique (11) superposée et sensiblement parallèle à la plaque conductrice (10), un ruban conducteur (13) supporté par une grande face de la plaque diélectrique (11), une lame d'air (12) ayant une épaisseur variable (6) entre la plaque diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des moyens (14, 16, 17) pour déplacer l'une des plaqnnues (10, 11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b) de la lame d'air (12); et plusieurs premiers rubans conducteurs parallèles (13XO à 13XN-1, 13XaN-1) supportés par la grande face de la plaque diélectrique (11X, 11Xa) du premier élément déphaseur, des éléments conducteurs rayonnants (133XO à 133XN-1, 133XaO à 133XaN-1) tant reliés respectivement aux premiers rubans conducteurs et supportés par ladite plaque diélectrique (11X, 11xa) et espacés le long des rubans conducteurs.
30. Réseau d'antennes conforme à la revendication 29, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (1Y, 1Ya) de balayage de lobe de chacune des antennes constituées par les premiers rubans conducteurs (13X0 à 13XN1-1, 13Xa0 à
13XaN-1), dans un plan (OY, OZ) perpendiculaire aux premiers rubans conducteurs.
13XaN-1), dans un plan (OY, OZ) perpendiculaire aux premiers rubans conducteurs.
31. Réseau d'antennes conforme à la revendication 30, caractérisé en ce que les moyens de balayage de lobe comprennent un second élément déphaseur (1Y), et plusieurs rubans conducteurs parallèles (13Y0 à 13YN-1) supportés par la grande face de la plaque diélectrique (11Y) du second élément déphaseur et respectivement reliés à des extrémités des premiers rubans conducteurs (13X1 à 13XN-1), et en ce que la plaque conductrice (10Y) du second élément déphaseur comprend des tronçons de différentes longueurs (?0, ?0 + ?1 à ?0 + (N-1) ?1) respectivement en regard des seconds rubans conducteurs.
32. Réseau d'antennes conforme à la revendication 31, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (4) à structure microruban hyperfréquence pour répartir la puissance à
partir d'un ruban conducteur d'entrée arborescent (43, 44) vers les seconds rubans conducteurs (13Y0 à 13YN-1).
partir d'un ruban conducteur d'entrée arborescent (43, 44) vers les seconds rubans conducteurs (13Y0 à 13YN-1).
33. Réseau d'antennes conforme à la revendication 30, caractérisé en ce que les moyens de balayage de lobe comprennent un second élément déphaseur (1Ya), en ce que le ruban conducteur (13Ya) du second élément déphaseur est relié perpendiculairement au premier ruban conducteur (13Xa0 à 13XaN-1) et en ce que la plaque conductrice (10Ya) du second élément déphaseur est juxtaposée sous le ruban conducteur du second élément déphaseur et mobile dans une lumière (103) pratiquée dans la plaque conductrice (11Xa) du premier élément déphaseur (1Xa).
34. Réseau d'antennes conforme à la revendication 33, caractérisé en ce que le ruban conducteur (13Ya) du second élément (1Ya) est médiateur des premiers rubans conducteurs (13Xa0 à 13XaN-1).
35. Réseau d'antennes conforme à la revendication 33 ou 34, caractérisé en ce que la plaque conductrice (10Ya) du second élément déphaseur a une largeur inférieure à la distance (d) entre deux éléments rayonnants voisins (133Xa0 à 133XaN-1) le long d'un même premier ruban conducteur (13Xa0 à 13XaN-1).
36. Réseau d'antennes conforme à la revendication 33, caractérisé en ce qu'un conducteur interne (51) d'une ligne coaxiale (5) a une extrémité sortant de la ligne qui traverse les épaisseurs de la plaque conductrice (10Ya), de la lame d'air (12Ya) et de la plaque diélectrique (11Ya) dans le second élément déphaseur (1Ya), pour être reliée au ruban conducteur (13Ya) du second élément déphaseur.
37. Réseau d'antennes conforme à la revendication 36, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer (17Ya) dans le second élément déphaseur (1Ya) supportent centralement la plaque conductrice (10Ya) du second élément déphaseur et son traversés par ladite ligne coaxiale (5).
38. Réseau d'antennes conforme à la revendication 33, caractérisé en ce que les moyens (171X-172X, 17Xa; 171Y-172Y, 17Ya) pour déplacer les plaques conductrices (10X, 10Xa; 10Y, 10Ya) dans les premier et second éléments déphaseurs (1X, 1Xa; 1Y, 1Ya) sont commandés indépendamment les uns des autres.
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