EP0000308B1 - Dispositif de balayage électronique comprenant des panneaux diélectriques déphaseurs - Google Patents

Dispositif de balayage électronique comprenant des panneaux diélectriques déphaseurs Download PDF

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EP0000308B1
EP0000308B1 EP78400030A EP78400030A EP0000308B1 EP 0000308 B1 EP0000308 B1 EP 0000308B1 EP 78400030 A EP78400030 A EP 78400030A EP 78400030 A EP78400030 A EP 78400030A EP 0000308 B1 EP0000308 B1 EP 0000308B1
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D'ETUDE DU RADANT Ste
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays

Definitions

  • the present invention relates to electronic scanning devices according to the preamble of claim 1 and described in documents FR-A-2 063 967 "New dielectric panels” and FR-A-2 224 887 "Light antenna for aircraft,” and in particular the improvement of the device for supplying the bias voltage of the diodes resulting in a decrease in the value of this voltage, an increase in the frequency bandwidth of use and a decrease in the selectivity of differential phase shift.
  • Such voltage values require very high insulation between the different wires either from the same network of a phase-shifting panel or between the wires of the networks of adjacent phase-shifting panels or between the control wires outside the phase-shifting panels.
  • this poretur diode wire forming part of the networks of metallic wires constituting the phase-shifting panels which are the subject of documents FR-A-2 063 967 and 2 224 887.
  • This device allows a power supply by introducing additional control wires, makes it possible to power simultaneously all the diodes of the same wire and does not require the use of very high supply voltages which are disruptive for the diodes as well as for the control circuit external to the phase shift panel, and which moreover makes it possible to increase the width of the frequency band of the panel use waves and allows better control of the value of the differential phase shift between the two states of the phase shifter panel as the wires carrying the diodes of the networks are electrically continuous or cut off.
  • the electronic scanning device is characterized in that the continuous conductive wires are used to supply voltage by group to the diodes placed in series on the wires carrying diodes.
  • the two continuous metallic wires (6) and (7) which frame the wire (3) are 8 mm on either side of it, the diameter of the wires (6) and (7) is 0.22 mm.
  • Conductive strands (9) of 0.22 mm in diameter connect the points of the wire (3), located at the beginning of a group of diodes of the same direction to the wire (6); identical conductive strands connect the joints of the wire (3) located at the end of these same groups of diodes to the wire (7).
  • One end wire (6) external to the panel is connected at will to a voltage source of 500 volts, the end of the associated wire (7) being simultaneously brought to zero voltage. Therefore all the diodes (4) and (5) are supplied in reverse under the average unit voltage of 50 volts necessary for their blocking.
  • the wire (3) becomes discontinuous and cut into sections of identical unit length defined by the pitch of the diodes (a).
  • the wire (6) is brought to a zero voltage and the wire (7) to a voltage of 5 volts. All the diodes (4) and (5) of the wire (3) are then supplied directly.
  • the wire (3) is continuous and traversed by a current of two milli-amps.
  • the panel thus formed is suitable for transmitting waves of 3000 MHz frequency, when the diodes on both sides of the panel are in the same state.
  • the differential phase shift due to the crossing of the panel by the microwave wave of 3000 Megahertz with polarization parallel to the networks of wires, for the two states of the diodes is 42 degrees and the attenuation is less than 0.12 decibel.
  • the device for supplying the bias voltage of the diodes of a microwave phase shifting panel using networks of metal wires have numerous advantages.
  • the value of the voltage which must be supplied to make the diode-carrying wire cut into sections is greatly reduced and is no longer equal only to the product of the value of the reverse bias voltage of a diode by the number of diodes belonging to the same group.
  • this supply device it is possible to limit the value of this voltage to less than 500 volts.
  • the external connections to the phase shift panel concerned can be grouped on the same side of this panel.
  • the voltage supply wires of the diode groups are integrated into the panel and, according to the state of the art, these continuous wires also have a microwave function improving the possibilities of adaptation of the panel in a larger frequency band.
  • the device according to the invention can be applied to arrays of metallic wires enabling it to be applied to the power supply of the diode lines of the various panels constituting active lenses allowing the electronic scanning of a microwave beam in the plane perpendicular to the arrays of sons.

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

  • La présente invention a pour objet des dispositifs de balayage électronique selon le préambule de la revendication 1 et décrits dans les documents FR-A-2 063 967 "Nouveaux panneaux diélectriques" et FR-A-2 224 887 "Antenne allégée pour avion," et notamment l'amélioration du dispositif d'alimentation de la tension de polarisation des diodes entraînant une diminution de la valeur de cette tension, une augmentation de la largeur de bande de fréquence d'utilisation et une diminution de la sélectivité de déphasage différentiel.
  • Il est bien entendu possible, lorsque l'on désire rendre continus ou coupés des fils métalliques conducteurs porteurs de diodes placées en série, à un certain pas sur ces fils, d'alimenter ces diodes par le fil même sur lequel elles sont montées, comme prévu dans les brevets cités.
  • Cette façon d'alimenter les diodes par le fil sur lequel elles sont montées est valable lorsque le nombre de diodes portées par ce fil est limité ou lorsque la tension de polarisation qu'il est nécessaire d'appliquer en inverse à chaque diode pour rendre le fil coupé est faible.
  • Mais ce montage présente un inconvénient lorsque le nombre de diodes placées en série sur le fil est grand et lorsque la tension unitaire qu'il faut appliquer en inverse à chaque diode n'est pas très faible.
  • En effet dans ce cas, les tensions qu'il est nécessaire d'appliquer en inverse à chacune des diodes pour la bloquer et rendre le fil support coupé en tronçons, s'ajoutent et l'on est amené à appliquer aux extrémités du fil considéré une tension très importante qui s'élève à n (nombre de diodes en série sur le fil) multiplié par v (tension de polarisation inverse d'une diode) soit si n = 200 et v = 50 volts, une tension de 10000 volts.
  • De telles valeurs de tension imposant de très fortes isolations entre les différents fils soit du même réseau d'un panneau déphaseur soit entre les fils des réseaux de panneaux déphaseurs adjacents soit entre les fils de commande extérieurs aux panneaux déphaseurs.
  • De même ces fortes valeurs de tension rendent très difficile la réalisation des dispositifs d'alimentation qui sont chargés de fournir ces tensions, de les appliquer à tel ou tel fil, et de les couper, en des temps très courts, par exemple 10 microsecondes.
  • Pour éviter ces inconvénients, le demandeur a inventé un dispositif d'alimentation de diodes montées sur un fil métallique conducteur destiné à être rendu à volonté continu ou interrompu en tronçons suivant l'état de ces diodes, soit polarisées en direct, soit polarisées en inverse, ce fil poretur de diodes faisant partie des réseaux de fils métalliques constitutifs des panneaux déphaseurs objet des documents FR-A-2 063 967 et 2 224 887. Ce dispositif permet une alimentation sand introduction de fils de commande supplémentaires, permet d'alimenter simultanément toutes les diodes d'un même fil et n'oblige pas à recourir à des tensions d'alimentation très élevées perturbatrices pour les diodes ainsi que pour le circuit de commande extérieur au panneau déphaseur, et qui en outre permet d'augmenter la largeur de la bande de fréquence des ondes d'utilisation du panneau et permet un meilleur contrôle de la valeur du déphasage différentiel entre les deux états du panneau déphaseur suivant que les fils porteurs de diodes des réseaux sont électriquement continus ou tronçonnés.
  • Le dispositif de balayage électronique selon l'invention est caractérisé en ce que l'on utilise les fils conducteurs continus pour alimenter en tension par groupe les diodes placées en série sur les fils porteurs de diodes.
  • Les revendications dépendantes 2-4 concernant des modes particuliers de réalisation de cette invention.
  • On donne ci-après, à titre d'exemple non limitatif la description de l'alimentation des diodes du réseau de fils porteurs de diodes constitutif d'un panneau déphaseur en se référant à la figure 1 de la planche unique.
  • On a constitué à partir de 2 feuilles de (1) stratifié verre-résine polyester de 0,5 mm d'épaisseur et de 3,6 de constante diélectrique collées sur chaque face d'une feuille de matériau diélectrique en nid d'abeille (2) d'épaisseur g = 22 mm et de constante diélectrique 1,4 un panneau diélectrique carré de 1000 x 1000 mm.
  • Sur chacune des deux feuilles de stratifié est déposé un réseau de fils métallique dont le motif répétitif est constitué d'un fil (3) sur lequel sont montés 8 groupes de 10 diodes identiques (4) et (5), de deux fils continus (6) et (7) situés à la distance (b) de 8 mm de part et d'autre du fil porteur de diodes, d'un fil (8) situé à 12 mm (c) de chaque motif ci-dessus coupé en tronçons égaux de d = 34 mm de longueur séparés par des coupures de (e) 0,3 mm. Toutes les diodes (4) ou (5) sont identiques et montées à un pas constant (a) sur le fil (3) dont le diamètre est 0,4 mm.
  • Sur un fil (3) toutes les 10 diodes d'un même groupe sont montées dans la même sens, les 10 diodes du groupe suivant sont montées dans la sens opposé au précédent.
  • Les deux fils métalliques continus (6) et (7) qui encadrent le fil (3) sont à 8 mm de part et d'autre de celui-ci, le diamètre des fils (6) et (7) est de 0,22 mm.
  • Des brins conducteurs (9) de 0,22 mm de diamètre relient les points du fil (3), situés au début d'un groupe de diodes de même sens au fil (6); des brins conducteurs identiques relient les joints du fil (3) situés à la fin de ces mêmes groupes de diodes au fil (7). Une des extrémités du fil (6) extérieure au panneau est connectée à volonté à une source de tension de 500 volts, l'extrémite du fil (7) associé étant simultanément portée à une tension nulle. De ce fait toutes les diodes (4) et (5) sont alimentées en inverse sous la tension unitaire moyenne de 50 volts nécessaires à leur blocage. Le fil (3) devient discontinu et coupé en tronçons de longeur unitaire identique définie par le pas des diodes (a).
  • A volonté le fil (6) est porté à une tension nulle et le fil (7) à une tension de 5 volts. Toutes les diodes (4) et (5) du fil (3) sont alors alimentées en direct. Le fil (3) est continu et parcouru par un courant de deux milli-ampères.
  • Le panneau ainsi constitué est adapté à la transmission des ondes de 3000 MHz de fréquence, lorsque les diodes des deux faces du panneau sont dans le même état.
  • Cette adaptation dans les deux états des diodes résulte, pour un état des diodes de l'écartement et de la constitution des deux feuilles de stratifié (1) réalisés selon la technique dite sandwich et, pour l'autre état des diodes, des positions relatives des différents fils métalliques (3) (6), (7) et (8) et de leur fonction hyperfréquence sur le rayonnement incident.
  • Le déphasage différentiel dû aux traversées du panneau par l'onde hyperfréquence de 3000 Mégahertz à polarisation parallèle aux réseaux de fils, pour les deux états des diodes est de 42 degrés et l'atténuation est inférieure à 0,12 décibel.
  • Le dispositif d'alimentation de la tension de polarisation des diodes d'un panneau déphaseur hyperfréquence utilisant les réseaux de fils métalliques, tel que par exemple celui qui vient d'être décrit, présentent de nombreux avantages.
  • La valeur de la tension qu'il faut fournir pour rendre coupé en tronçons le fil porteur de diodes est fortement diminuée et n'est plus égale qu'au produit de la valeur de la tension de polarisation inverse d'une diode par le nombre de diodes faisant partie d'un même groupe. Par ce dispositif d'alimentation il est possible de limiter la valeur de cette tension à moins de 500 volts.
  • Il en résulte une très grande simplification des dispositifs extérieurs au panneau de fourniture et de commutation de cette tension. Les isolations électriques entre les différents fils de commande peuvent être réduites dans le rapport des tensions.
  • Les connexions extérieures au panneau déphaseur concerné peuvent être regroupées d'un même côté de ce panneau. Les fils d'alimentation en tension des groupes de diodes sont intégrés au panneau et selon l'état de la technique ces fils continus ont egalement une fonction hyperfréquence améliorant les possibilités d'adaptation du panneau dans une plus grande bande de fréquence. Le dispositif selon l'invention peut être appliqué à des réseaux de fils métalliques permettant sa mise en oeuvre à l'alimentation des lignes de diodes des différents panneaux constitutifs de lentilles actives permettant le balayage électronique d'un faisceau hyperfréquence dans le plan perpendiculaire aux réseaux de fils.

Claims (4)

1. Dispositif de balayage électronique comprenant des panneaux diélectriques déphaseurs comportant des réseaux de fils métalliques conducteurs continus destinés essentiellement à l'adaptation des panneaux selon la longueur de l'onde électromagnétique transmise et des réseaux de fils métalliques conducteurs porteurs de diodes placées en série, destinées selon leur état à rendre continus ou coupès les fils métalliques conducteurs sur lesquels elles sont montées, caractérisé en ce que l'on utilise les fils conducteurs continus pour alimenter en tension par groupe les diodes placées en série sur les fils porteurs de diodes.
2. Dispositif de balayage électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que à chaque fil porteur de diodes sont associés deux fils continus, placés de part et d'autre du fil porteur de diodes à une distance telle que l'ensemble des fils conducteurs associés au matériau diélectrique du panneau adapte ce dernier pour la transmission de l'onde de fréquence choisie.
3. Dispositif de balayage électronique selon la revendication 2 caractérisé en ce que sur un fil porteur de diodes alternativement un groupe de diodes en série est monté dans un sens, un groupe du même nombre de diodes en série est monté en sens inverse, chacune des diodes étant alimentée par le fil sur lequel elles sont montées, les groupes de diodes montées en série recevant la tension par l'intermédiaire des deux fils continus qui sont associés à ce fil'porteur de diodes, grâce à des ponts conducteurs situés à chaque extrêmité des groupes de diodes et reliant alternativement l'un de ces deux fils continus au fil porteur de diodes.
4. Dispositif de balayage électronique selon la revendication 3 caractérisé. en ce que l'on détermine le nombre de diodes d'un groupe de diodes montées en série sur un fil porteur de diodes en fonction de la tension que l'on désire appliquer, des qualités d'isolation réalisées dans et à l'extérieur du panneau entre les différents fils conducteurs et de la section de ces fils.
EP78400030A 1977-06-24 1978-06-22 Dispositif de balayage électronique comprenant des panneaux diélectriques déphaseurs Expired EP0000308B1 (fr)

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