FR2734409A1 - Procede et dispositif permettant de produire des dephasages d'un faisceau d'ondes electromagnetiques hyperfrequence - Google Patents

Abstract

L'invention est relative à un procédé et un dispositif permettant de produire des déphasages d'un faisceau d'ondes électromagnétiques hyperfréquence. Pour ce faire on utilise un réseau de fils pouvant être rendus continus ou discontinus grâce à l'utilisation de diodes placées sur ces fils et commandables à volonté. Selon l'invention, on divise la lentille électronique en canaux parallèles 21 , 22 , ..., dans lesquels sont placés les fils de déphasage, lesdits canaux étant séparés par des plaques métalliques 11 , 12 , ..., formant guides d'ondes. De cette manière on élimine la plupart des phénomènes de couplage parasites et on améliore les qualités de déviation de la lentille.

Description

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé et un dispositif permettant de produire un balayage électronique dans le plan perpendiculaire au champ électrique d'un faisceau d'ondes électromagnétiques hyperfréquence.

Dans un brevet précédent numéro 2 063 967 déposé le 15 octobre 1969, on a déjà décrit un procédé permettant le balayage électronique d'un tel faisceau d'ondes par l'utilisation de réseaux de fils électriques conducteurs parallèles au vecteur champ électrique de l'onde hyperfréquence portant de distance en distance des interrupteurs contrôlables tels en particulier que des diodes permettant de rendre continus ou discontinus lesdits fils et d'introduire en conséquence un déphasage différent de l'onde hyperfréquence selon que les diodes sont passantes ou bloquées. En disposant plusieurs réseaux ainsi constitués les uns derrière les autres, on arrive à faire un balayage électronique par incréments du faisceau.

Cependant, les lentilles à balayage électronique réalisées de cette manière à base de panneaux diélectriques chargés de diodes et de fils présentent certains inconvénients, et plus particulièrement les suivants
1- Les lois de phase à appliquer à la lentille par polarisation d'un certain nombre de fils à diodes ne suivent les lois théoriques qu'approximativement. Pour obtenir un rayonnement secondaire acceptable, il est alors nécessaire de modifier la loi de phase linéaire théorique, ce qui implique une mise au point expérimentale de chaque pointage désiré du faisceau et le stockage de chaque état de phase dans les mémoires de l'ordinateur de commande. Cette procédure est longue et coûteuse.

2- Après optimisation expérimentale comme indiqué ci-dessus des lois de phase, les diagrammes de rayonnement obtenus expérimentalement sont dégradés par rapport aux diagrammes théoriques. En particulier, le gain de l'antenne chute de façon plus importante que prévu avec le dépointage de l'antenne, et le rayonnement secondaire obtenu est plus élevé qu'il n'était attendu.

L'invention a pour objet un procédé et dispositif permettant de produire un balayage électronique dans le plan perpendiculaire au champ électrique d'un faisceau d'ondes électromagnétiques hyperfréquence, utilisant des réseaux de fils parallè les au vecteur champ électrique chargés de diodes, mais qui ne présentent pas les inconvénients et difficultés ci-dessus men tionnés.

Le procédé de 1 invention se caractérise par rapport à l'art antérieur connu en ce qu'on divise le réseau des fils chargés d'interrupteurs contrôlables tels en particulier que des diodes, en canaux adjacents élémentaires séparés par des surfaces métalliques formant guides d'ondes et l'on groupe lesdits fils conducteurs dans lesdits canaux empêchant les phénomènes de couplages parasites d'un canal aux canaux adjacents les plus voisins, lesdits canaux ayant une largeur sensiblement équivalente à la moitié de la longueur d'onde du faisceau d'ondes électromagnétiques considérées (cette distance étant mesurée en espace libre : constante diélectrique = 1).

Lorsqu'on organise ainsi les réseaux, les difficultés susmentionnées sont supprimées, les lois de phase à appliquer sont proches des lois théoriques attendues et les diagrammes de rayonnement sont peu dégradés, même lorsque le faisceau de l'antenne est fortement dépointé.

L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un fragment d'un dispositif formant lentille à balayage électronique conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1 mais montrant seulement un canal et une manière d'y disposer les réseaux de fils déphaseurs,
- la figure 3 montre vue de dessus dans le sens de la flèche III de la figure 2 une disposition dans un canal des fils déphaseurs groupés par incréments,
- la figure 4 montre les déphasages obtenus en fonction de la fréquence autour d'une longueur d'onde considérée (3100 MHZ),
- les figures 5, 6 et 7 sont trois courbes illustrant les diagrammes de rayonnement obtenus à une fréquence déterminée (3100 MHZ) pour trois valeurs de dépointage de l'antenne.

Selon le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3, le dispositif formant lentille à balayage électronique est divi sé en canaux par des plaques métalliques ou métallisées paral lèles les unes aux autres et parallèles au vecteur champ électique E des ondes électromagnétiques du faisceau. Ces plaques désignées îî, 12, 1 ... délimitent entre elles des canaux 21, 22, ... à l'intérieur desquels les ondes se propagent suivant un mode d'onde guidée.Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, l'espacement e entre plaques adjacentes lil 12, ... est sensiblement égal à la moitié de la longueur des ondes électromagnétiques que l'on veut diriger.

Avantageusement, plus particulièrement si l'on veut pouvoir commander des dépointages importants du faisceau, et par exemple supérieures à 30 , on dispose dans chaque canal 21, 22, ... des plaques diélectriques d'un matériau approprié 31 32,--
Dans l'exemple choisi où la bande de fréquence de fonctionnement est comprise entre 2900 et 3300 MHZ, ce qui correspond à des longueurs d'ondes de l'ordre de dix centimètres, la largeur des canaux a été choisie égale à 47 millimètres. Les plaques de diélectrique utilisées ont une épaisseur de 8 millimètres et sont composées d'un matériau complexe verre-résine polyester présentant une constante diélectrique de 4,2 et un très faible coefficient de perte.La lentille expérimentale à laquelle correspondent les courbes données ci-après était composée de 32 canaux adjacents ayant une hauteur h de 60 centimètres et une profondeur p de 25 centimètres. Evidemment, ces dimensions, et plus particulièrement la hauteur de l'empilage qui n'est pas limitée, peuvent varier.

Dans chaque canal sont montés les uns derrière les autres les fils-diodes utilisés.

La figure 3 illustre une disposition satisfaisante des fils dans le canal. Dans l'exemple illustré, les diodes utilisées sont des diodes de type PIN présentant une capacité inverse de 0,2 pf. Elles sont montées en série sur des fils continus au pas de 10,16 millimètres. Le déphasage apporté par chaque fil à diodes est réglé par la position du fil dans la section du canal (t, figure 3).

Le groupe 4 de deux fils 5, 6 qui constitue un déphaseur élémentaire produit ainsi un déphasage de 11,250. La distance entre ces deux fils est telle que le groupe est adapté à la transmission de l'onde hyperfréquence, comme il est connu dans la technique.

Le groupe 7 de deux fils-diodes 8, 9 qui constitue un deuxième déphaseur élémentaire est placé dans le canal derrière le groupe 4 et produit un déphasage de 22,50, la différence de déphasage provenant de la différence de positionnement dans le canal des fils 5, 6 et 8, 9 respectivement. Les réglages se font avantageusement de manière expérimentale.

Le groupe 10 de trois fils-diodes 11, 12, 13 produit de la même manière un déphasage de 450.

Le groupe 14 de quatre fils-diodes 15 à 18 produit quant à lui un déphasage de 900.

Enfin, le dernier groupe 19 de cinq fils 20 à 24 produit un déphasage de 1800. Ainsi, en alimentant dans le sens passant les diodes ou au contraire en les bloquant, on peut obtenir n'importe quel déphasage de l'onde hyperfréquence de 0 à 348,750 par incréments de 11,250 successifs en rendant discontinus les fils de tous ou certains seulement des groupes de fils-diodes 4, 7, 10, 14 et 19.

De façon à faciliter la construction,les fils-diodes sont avantageusement montés, comme il apparaît à la figure 2, sur des barettes de circuit imprimé par exemple en verre-époxy de 0,8 millimètres d'épaisseur fixées entre une plaque diélectrique 3 et une paroi métallique ou métallisée adjacente 1. Chaque barette 25 s'engage ainsi dans son canal par exemple par coulissement dans des rainures formées sur les parois en regard de la plaque diélectrique 3 et de la plaque métallique 1.

L'alimentation et la commande électrique des diodes permettant le contrôle du blocage (fil discontinu) ou le déblocage (fil continu) des diodes, se fait avantageusement de façon semblable au brevet français 2 395 620 déposé le 24 juin 1977 au nom du même demandeur en groupant les diodes sur chaque fil par petites séries de diodes montées en opposition. Par exemple, les diodes peuvent être groupées sur chaque fil en associations pa rallèles de 7 diodes en série. Si sur chaque fil sont ainsi montées 8 associations, il est possible de placer 8 x 7 = 56 diodes dont le blocage ou le déblocage pourra être commandé par une tension de commande relativement faible de l'ordre de 350 volts (soit 7 x 50 volts en inverse).Lorsque les fils doivent être continus (transparence du réseau) on commande les diodes en direct en y faisant passer un courant de 240 milliampères, (soit 8 x 30 mA en direct).

A la figure 2, on a repéré en 26 et 27 les fils d'alimentation des diodes groupées sur une barrette selon le principe décrit au brevet susmentionné 2 395 620.

Cependant, dans ce brevet, les fils d'alimentation des diodes devaient être pris en compte pour la définition totale du panneau, ce qui compliquait la construction.

Selon la présenteinvention, ces fils sont avantageusement reportés tout contre les parois métalliques formant guides d'onde. Dans cette position, ils n'ont pas d'influence hyperfréquence, ce qui facilite la construction. A cet effet, le fil 26 est reporté sur une face du barreau 25 vers sa tranche 28 en contact de la plaque 1 et le fil 27 sur l'autre face du barreau 25 également vers sa tranche 28 au contact de la plaque 1, les fils 26, 27 étant seulement séparés par l'épaisseur du barreau. Le contact entre le fil 27 et les associations de diodes se font en prévoyant un trou métallisé à travers le barreau aux endroits nécessaires pour réaliser la jonction avec le fil 27 monté sur l'autre face du barreau, (cette réalisation n'a pas été illustrée).

En se reportant aux courbes de la figure 4, on voit que les courbes de déphasage dans une bande de fréquence de plus de 15% autour de la fréquence moyenne de 3 100 MHZ considérée sont très plates, ce qui signifie que le diagramme de rayonnement reste bon dans une large gamme de fréquence.

De la même façon, les courbes des figures 5, 6 et 7 montrent que dans l'exemple considéré d'une lentille constituée de 32 canaux construits comme décrit précédemment, on a une relativement bonne conservation du diagramme de rayonnement de l'antenne qui se traduit par un lobe principal se conservant pour desdtto X:ages successifs de 20, 40 et 600 considérés, les lobes secondaires du faisceau restant dans des limites acceptables aux alentours de -40 dB et restant inférieurs a -30 dB.

De nombreuses variantes peuvent être apportées au mode de réalisation illustré et décrit, notamment au niveau de la construction mécanique et de la disposition des fils diodes à l'intérieur des canaux.

Ainsi, à la place des barrez de circuits imprimés, on pourrait utiliser d'autres montages, et renforcer la structure par exemple en utilisant la technique connue des panneaux sandwich alvéolés. Egalement, les plans métalliques 1 formant guides d'ondes peuvent être constitués par des feuilles plastiques métallisées au lieu d'être constitués par des feuilles métalliques, notamment pour des questions d'allégement de la structure.

L'invention comprend donc tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé électronique pour changer le déphasage d'une onde émise par une source rayonnante hyperfréquence du type utilisant l'interposition sur le trajet du faisceau d'au moins un réseau orienté sensiblement parallèlement au champ électrique de l'onde incidente, de fils conducteurs déphaseurs qui peuvent être rendus continus ou discontinus par l'intermédiaire d'interrupteurs, contrôlables, tels en particulier que des diodes, placés sur ces fils et commandables à volonté, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on divise ledit réseau en canaux adjacents élémentaires 21 , 22 ... séparés par des surfaces métalliques 11 , 12 ... formant guides d'ondes et l'on groupe lesdits fils conducteurs 5, 6, 8, 9, 11-13, 15-18, 20-24 dans lesdits canaux empêchant les phénomènes de couplages parasites d'un canal aux canaux adjacents les plus voisins, lesdits canaux ayant une largeur sensiblement équivalente à la moitié de la longueur d'ondes du faisceau mesurée en espace libre.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits canaux comprend des groupes identiques 4, 7, 10, 14, 19 de fils conducteurs susceptibles d'induire les mêmes valeurs de déphasage pour chaque canal.

3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des réseaux de fils conducteurs parallèles 5, 6, 8, 9, 11-13, 15-18, 20-24 sur lesquels sont montés des interrupteurs contrôlables, tels en particulier que des diodes, lesdits fils étant disposés les uns derrière les autres dans des canaux 21, 22... juxtaposés formés entre des plans 11, 12... métalliques parallèles auxdits réseaux et à la direction générale dudit faisceau incident formant guides d'ondes espacés les uns des autres de sensiblement la moitié de la longueur d'ondes du faisceau.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que des plaques diélectriques 31 32... sont disposées sensiblement dans le plan médian desdits canaux.

4. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits interrupteurs contrôla bles tels que des diodes sont groupés et alimentés électriquement en séries de petite quantité elles-mêmes groupées et alimentées en parallèle, comme connu en soi.

6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdits interrupteurs contrôlables tels que des diodes sont montés sur des barrettes 25 de circuits imprimés orientées selon la hauteur desdits canaux.

7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le nombre et le positionnement des fils dans lesdits canaux sont fonction du déphasage que l'on veut introduire.

8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les fils sont regroupés dans chaque canal de façon que chaque groupe 4, 7, 10, 14, 19 lorsqu'il est commandé en inverse, introduise un déphasage de l'onde qui est un multiple entier d'une valeur déterminée par exemple de 11,250.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque groupe de fils 4, 7, 10, 14, 19 introduisant un déphasage de l'onde comporte au moins deux fils parallèles.