FR2810799A1 - Antenne bi-faisceaux a deux sources - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une antenne bi-faisceaux à deux sources.L'antenne comportant une lentille hyperfréquence (1), une première source S1 est située au voisinage du foyer de la lentille et la deuxième source S2 est située à une distance d de la première source, au voisinage du plan perpendiculaire à l'axe focal (3). L'antenne comporte un prisme filtre de polarisation (41) situé du côté de la lentille opposé aux sources, les deux sources ayant des polarisations croisées et la première source S1 ayant une polarisation sensiblement perpendiculaire aux lames du prisme.Le profil de sortie (71) du prisme peut être adapté pour compenser les aberrations dues à la défocalisation des sources. En particulier, ce profil peut présenter être sensiblement symétrique par rapport à un point P passant par l'axe focal de la lentille, avec une partie convexe et une partie concave.L'invention s'applique notamment pour les antennes de radars millimétriques, tels que par exemple des radars pour automobiles.

Description

La présente invention concerne une antenne bi-faisceaux à deux sources. Elle s'applique notamment pour les antennes de radars millimétriques, tels que par exemple des radars pour automobiles. II est connu d'équiper des véhicules de moyens de mesures de distance et/ou de vitesse de véhicules ou d'obstacles les précédant. moyens, par exemple à base de techniques radars, permettent notamment d'effectuer une régulation automatique de vitesse des véhicules en fonction du trafic. Ils sont généralement qualifiés dans la littérature anglo-saxonne le sigle correspondant à l'expression Automotive Cruise Control Les radars utilisés, fonctionnant en bande millimétrique, fournissent des informations d'angle, de distance et de vitesse du véhicule porteur par rapport à obstacles potentiels ou par rapport à des véhicules le précédant. Ces informations peuvent être exploitées de différentes manières. En particulier, elles peuvent générer une alerte pour le conducteur ou même entraîner une action directe sur le système de freinage et/ou d'accélération. Les mesures sont généralement effectuées par la technique connue d'écartométrie, par l'intermédiaire de détections dans les voies somme et différence d'une antenne monopulse. Cette antenne comporte notamment une source primaire et une lentille. La source primaire est placée au foyer de la lentille hyperfréquence et éclaire cette lentille. Le faisceau rayonné l'antenne en sortie de la lentille, est perpendiculaire au plan de cette dernière parallèle à son axe focal.

Pour être efficace, le radar doit couvrir un domaine angulaire suffisamment large. II est en effet important de ne pas manquer un obstacle potentiel ou un véhicule susceptible d'être percuté par le véhicule porteur. Pour augmenter le domaine angulaire, une solution consiste notamment a élargir le faisceau d'antenne, plus particulièrement les faisceaux de ses voies somme et différence, puisque l'on est dans le cas d'une mesure par écartométrie. Cependant une telle solution perd en précision de mesure.

Une autre solution consiste à doubler les faisceaux, sans augmenter leur largeur. On obtient ainsi une couverture angulaire plus large sans toutefois perdre en précision. A cet effet, une deuxième source hyperfréquence est ajoutée à la précédente, à proximité du foyer de la lentille. Pour des raisons d'encombrement mécanique, une distance minimale demeure entre les deux sources. L'angle minimal entre deux faisceaux en sortie de la lentille dépend de cette distance minimale. Si l'on souhaite garder des faisceaux suffisamment fins pour des raisons de précision de mesure, cette distance minimale a alors pour conséquence que les deux faisceaux balayent des domaines angulaires disjoints. Or, en raison du traitement radar, il faut que les deux faisceaux conservent au moins un léger chevauchement entre eux. Une solution à deux antennes juxtaposées (deux sources deux lentilles) a pour inconvénients d'augmenter l'encombrement global du capteur, et aussi les coûts. Dans le domaine des radars pour automobiles, l'encombrement et le coût sont notamment deux paramètres significatifs qui doivent être les plus faibles possibles.

Un but de l'invention est de pallier les inconvénients precités. A cet effet, l'invention a pour objet une antenne bi-faisceaux à deux sources comportant une lentille hyperfréquence, une première source Si étant située au voisinage du foyer de la lentille et la deuxième source S2 étant située à une distance d de la première source, au voisinage du plan perpendiculaire à l'axe optique contenant le foyer. L'antenne comporte un prisme filtre de polarisation situé du côté de la lentille opposé aux sources, les deux sources ayant des polarisations croisées et la première source Si ayant une polarisation sensiblement perpendiculaire aux lames du prisme.

Le profil de sortie du prisme peut être adapté pour compenser les aberrations dues à la défocalisation des sources. En particulier, ce profil peut être sensiblement symétrique par rapport à un point P passant par l'axe focal de la lentille, avec une partie convexe et une partie concave.

L'invention a pour principaux avantages, qu'elle permet realiser une antenne à deux sources compacte et économique, et qu'elle est simple à mettre en oeuvre.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent - la figure 1, une antenne à lentille à une source ; - les figures 2a, 2b et 2c, différentes formes possibles de lentilles hyperfréquence ; - la figure 3, un exemple de réalisation d'une antenne lentille à deux sources ; - les figures 4a et 4b, un mode de réalisation possible d'une antenne selon l'invention ; - la figure 5, l'effet d'un prisme filtre de polarisation utilisé dans une antenne selon l'invention ; - la figure 6, une illustration de la diminution de l'angle séparant les faisceaux de sortie par l'utilisation d'un prisme filtre de polarisation dans une antenne selon l'invention ; - la figure 7, un autre mode de réalisation possible d'une antenne selon l'invention compensant notamment les aberrations dues à la défocalisation de la deuxième source ; - les figures 8a et 8b, un exemple de réalisation possible de l'ensemble constitué de la lentille et du prisme ; - les figures 9a et 9b, deux autres exemples de réalisation où le prisme et le radôme de l'antenne ne forme qu'une seule pièce. La figure 1 présente de façon schématique une antenne à lentille à une source. L'antenne comporte donc une lentille 1 et source hyperfréquence Si. Cette dernière est à la distance focale f de la lentille. Plus particulièrement, elle est de préférence située au foyer de la lentille. Cette dernière est donc éclairée par une source placée en son foyer. Le faisceau hyperfréquence rayonné 2 est alors perpendiculaire au plan de la lentille et parallèle ' l'axe focal 3. La lentille 1 est en matériau diélectrique, de constante diélectrique relative supérieure à 1. Typiquement, la constante diélectrique relative 8r peut être de l'ordre de 2,5 à 3,5. Les figures 2a, 2b et 2c montrent différentes formes possibles, et non limitatives, pour cette lentille. Elle peut avoir une face convexe et une face plane, la face plane étant orientée vers la source Si comme l'illustre la figure 2a ou la face convexe étant orientée vers la source comme l'illustre la figure 2b. Enfin, la lentille peut encore avoir par exemple forme biconvexe comme l'illustre la figure 2c. La figure 3 illustre un exemple de réalisation d'une antenne à lentille où une deuxième source S2 est associée à la première source SI. La deuxième source S2 est située à la distance focale de la lentille, et à une distance d de la première source. Cette seconde source est donc située dans le plan 31 perpendiculaire à l'axe optique 3 passant par le foyer de la lentille et décalée d'une distance d par rapport à ce foyer. décalage par rapport au foyer provoque une déviation du faisceau 21 correspondant par rapport à l'axe 3 de la lentille, en sortie de cette dernière. L'angle A2 entre le faisceau 2 issu de la première source SI et le faisceau 21 issu la deuxième source S2 est sensiblement égal à l'angle A, sous lequel sont vues ces deux sources Si, S2 au centre de la lentille. Cet angle dépend de la distance d entre les deux sources. L'encombrement mécanique lié à l'installation de la deuxième source S2 fait qu'il n'est pas possible de réduire la distance d en dessous d'un seuil donné. En conséquence l'angle AI, et donc l'angle A2 minimum peut rester trop grand pour une application donnée, par exemple pour une antenne bi-faisceau d'un radar millimétrique. L'angle A, est en effet tel que les deux faisceaux issus des deux sources SI, S2 restent disjoints. Les figures 4a et 4b présentent de façon schématique un mode de réalisation possible d'une antenne selon l'invention. Un prisme filtre de polarisation 41 est associé à la lentille 1, le prisme 41 étant du côté de la lentille opposé aux sources SI, S2 comme le montre figure 4a. La figure 4b montre une structure possible du prisme 41 par vue suivant F. II comporte un réseau de lames 42 en parallèle. Plus particulièrement, elles sont parallèles à la direction des faisceaux 2, 21. Ces lames sont par exemple en métal ou en diélectrique à parois métallisées. Le prisme est par exemple de section circulaire. Son profil est par exemple de forme trapézdidale, comme l'illustre la figure 4a, ou s'en rapprochant. En d'autres termes, la longueur du prisme croît d'une extrémité à l'extrémité opposée 44. La figure 5 illustre l'effet du prisme 41. dernier effectue une déviation de faisceau sélective en fonction de la polarisation du faisceau. Les deux sources SI, S2 sont choisies avec des polarisations croisées. Le faisceau 2 provenant de la première source Si présente une polarisation perpendiculaire aux lames 42 du prisme, alors que le faisceau 21 provenant de la deuxième source S2 présente une polarisation parallèle aux lames 42. Pour simplifier la présentation, ces deux faisceaux sont présentés comme attaquant tous deux le prisme 41 perpendiculairement. Le faisceau 2 de la premiere source Si n'est pas dévié et le faisceau 21 de la deuxième source S2 est dévié. Lorsque la polarisation, c'est-à-dire que le champ électrique, est perpendiculaire aux lames, la longueur d'onde guidée à travers prisme est en fait peu modifiée par rapport à la longueur d'onde en espace libre. En revanche, lorsque la polarisation est parallèle aux lames, la longueur d'onde guidée à travers le prisme est supérieure à la longueur d'onde en espace libre. obtient ainsi un déphasage dépendant de la longueur de prisme traversée. Ainsi, en première approximation, seul le faisceau dont la polarisation est parallèle aux lames du prisme est dévié, plus particulièrement son plan équiphase est incliné. Comme l'illustre la figure 6, dans une configuration sources SI, S2 telle que présentée par la figure 3, le prisme 41 permet donc de réduire l'angle A2 entre les deux faisceaux 2, 21 en sortie d'antenne, l'angle AI restant le même. La sortie est non plus la sortie de lentille mais la sortie du prisme qui lui est associé. Le faisceau 2 issu de la première source SI n'est en première approximation pas dévié par le prisme. Par rapport à un fonctionnement sans prisme, la déviation de faisceau, d'angle provoquée par le décalage d de la deuxième source S2 est diminuée grâce au prisme. En d'autres termes, l'angle B2 entre les faisceaux avec prisme inférieur à l'angle A2 sans prisme. Ainsi, pour une déviation de faisceau d'angle B2 recherchée, l'adjonction du prisme 41 permet donc d'augmenter le décalage d entre les deux sources Si, S2 et rend possible l'implantation de deux sources juxtaposées d'encombrement non négligeable sans superposition de celles-ci. La figure 7 illustre un autre mode de réalisation possible d'une antenne selon l'invention qui permet de corriger les aberrations dues à la défocalisation de la deuxième source S2. En l'absence d'aberration, l'onde émise en sortie du prisme est plane, c'est-à-dire équiphase sur plan. Le décalage d de la deuxième source S2 par rapport au foyer fait que l'onde emise correspondante n'est plus tout à fait plane, ce qui a notamment pour conséquence d'augmenter le niveau des lobes secondaires de l'antenne. Pour corriger ces aberrations, le profil du prisme est modifié par rapport à celui des figures précédentes. Le profil de sortie 71 du prisme n'est plus une droite comme représentée en pointillés mais présente une courbe par exemple symétrique par rapport à un point P. Ce point est situé sur le profil sortie, sensiblement à l'intersection avec l'axe focal 3 de la lentille 1. Le demi-profil qui est du même côté que la deuxième source S2 par rapport à l'axe focale 3 présente une forme concave alors l'autre demi-profil présente une forme convexe. Les figures 8a et 8b présentent un mode de realisation possible de l'ensemble constitué de la lentille 1 et du prisme 41. Dans ce mode de réalisation, la lentille et le prisme sont réalisés dans un même bloc diélectrique. La figure 8a représente une vue de profil de la pièce unique 1, 41 et la figure 8b représente une vue de face, suivant F, de cette dernière. Dans un premier mode de réalisation possible, les lames 42 du prisme sont par exemple moulées dans le bloc diélectrique. La constante diélectrique s,,, des lames, supérieure à la constante diélectrique so de l'air compris dans l'espace libre 81 entre les lames, suffit à assurer la fonction de prisme filtre de polarisation, du moins à assurer une diminution de l'angle A2.

parois des lames ne sont donc pas nécessairement recouvertes d'une couche métallique. Etant donné que la lentille et le prisme ne forment qu'un seul bloc, la constante diélectrique s,a des lames est exemple aussi la constante diélectrique de la lentille.

Dans un deuxième mode de réalisation possible, les lames 42 sont par exemple en métal et sont noyées dans le bloc dielectrique. Dans ce cas, c'est l'espace 81 entre les lames qui comporte par exemple la même constante diélectrique que la lentille. Les figures 9a et 9b présentent deux autres exemples de réalisation où le prisme 41 et le radôme 91 de l'antenne ne forme qu'une seule pièce. Dans ces modes de réalisation, le radôme 91, par exemple plan, est moulé avec le prisme 41 dans un même matériau diélectrique ou collé sur le prisme. Le profil de compensation 71 est par exemple ici en regard de la lentille 1. Dans le cas d'une lentille à face convexe et face plane, cette dernière peut être face au prisme comme le montre la figure 9a ou à l'opposé comme l'illustre la figure 9b. Les lames 42 du prisme peuvent être moulées dans le matériau diélectrique ou en métal comme dans le cas des figures 8a et 8b précédentes. La figure 6 montre un exemple de réalisation où la deuxième source S2 est située dans le plan perpendiculaire à l'axe optique contenant le foyer. L'invention reste néanmoins valable si cette deuxième source S2 est placée en dehors de ce plan. Il en est de même si la première source SI n'est pas exactement placée au foyer de la lentille. Cet écart de position peut alors être compensé en jouant sur le profil 71 de la lentille. Avantageusement, la première source SI ne nécessite donc pas d'être placée exactement au foyer de la lentille. Cela permet notamment une mise en oeuvre simple de l'invention.

La lentille hyperfréquence 1 décrite précédemment, notamment aux figures 2a, 2b et 2c, est une lentille diélectrique. L'utilisation d'une lentille métallique ou en matériau diélectrique métallisé constituée d'un réseau de guides d'onde double polarisation est également possible. La lentille se présente alors sous la forme d'une grille d'épaisseur non constante dont les trous constituent les guides de transmission. Dans ce cas, l'effet de focalisation de la lentille utilise la différence entre longueur d'onde guidée dans le réseau de guides et longueur d'onde en espace libre.

Claims (5)

<B>REVENDICATIONS</B>

1. Antenne bi-faisceaux à deux sources comportant une lentille hyperfréquence (1), caractérisée en ce qu'une première source Si étant située au voisinage du foyer de la lentille et la deuxième source étant située à une distance d de la première source, au voisinage du plan (31) perpendiculaire à l'axe focal de la lentille (3), elle comporte un prisme filtre de polarisation (41) situé du côté de la lentille opposé aux sources, deux sources ayant des polarisations croisées et la première source Si ayant une polarisation sensiblement perpendiculaire aux lames du prisme (41).

2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil de sortie (71) du prisme présente une courbe avec une partie convexe et une partie concave pour compenser la défocalisation des sources Si, S2.

3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la courbe est symétrique par rapport à un point P situé sensiblement sur l'axe focal (3) de la lentille.

4. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la lentille (1) et le prisme ) sont réalisés dans un même bloc diélectrique.

5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce les lames (42) du prisme sont moulées dans le bloc diélectrique. Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce les parois des lames (42) sont recouvertes d'une couche métallique. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce les lames (42) sont en métal et sont noyées dans le bloc diélectrique. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le prisme (41) et le radôme (91) de l'antenne ne forment qu'une seule pièce. 9. Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que prisme et le radome sont moulés dans un même matériau diélectrique. 10. Antenne selon la revendication 8, caractérisé en ce que radôme est colle sur le prisme.