EP0015815A1 - Réflecteur à lames parallèles pour antenne microondes et procédé de fabrication d'un tel réflecteur - Google Patents

Réflecteur à lames parallèles pour antenne microondes et procédé de fabrication d'un tel réflecteur Download PDF

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EP0015815A1
EP0015815A1 EP80400254A EP80400254A EP0015815A1 EP 0015815 A1 EP0015815 A1 EP 0015815A1 EP 80400254 A EP80400254 A EP 80400254A EP 80400254 A EP80400254 A EP 80400254A EP 0015815 A1 EP0015815 A1 EP 0015815A1
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manufacturing
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François Salvat
Jean Bouko
Jean Le Foll
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Thales SA
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    • H01Q15/248—Polarisation converters rotating the plane of polarisation of a linear polarised wave using a reflecting surface, e.g. twist reflector
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/22—Reflecting surfaces; Equivalent structures functioning also as polarisation filter

Definitions

  • the present invention relates to parallel plate reflectors more specifically used in microwave antennas. It also relates to a method of manufacturing such reflectors.
  • Microwave antennas used for example in radar systems generally require selective primary or auxiliary reflectors, that is to say reflecting rectilinear radiation polarized in a defined direction (horizontal polarization for example) and transmitting polarized radiation rectilinear cross (vertical polarization), and reflectors with polarization rotation.
  • Selective reflectors or polarization rotation reflectors of known types comprise either a sheet of parallel metallic wires which are arranged perpendicular to the plane of polarization of the wave which it is desired to transmit, or a set of thin metal lamellae, parallel to each other, and whose profile has a determined shape.
  • the method of manufacturing reed reflectors according to the invention makes it possible to avoid these difficulties, ensuring easy production and reliable operation, this process consisting more particularly in stacking and bonding of plates of dielectric material, at least one of the two faces placed opposite and belonging to two successive plates, is metallized, this assembly forming a compact block in which the reflector is machined.
  • a reflector with parallel plates for microwave antennas is characterized in that it is produced by a stack of plates of dielectric material, at least one two plates placed facing each other and belonging to two successive plates being metallized, and by gluing these plates stacked so as to form a compact block in which this reflector is machined.
  • the blades 1 of this reflector must be arranged parallel to the direction of the polarization of the wave O 1 , that the spacing a between two consecutive blades 1 is small compared to the wavelength ⁇ and that the width b (or depth) of the blades 1 is such that the energy W "of the wave 0" 1 transmitted is small compared to the energy W ' 1 of the reflected wave O' 1 .
  • the ratio W " 1 / W ' 1 which must therefore be very small, in fact defines the quality of the selective reflector.
  • the attenuation ⁇ , expressed in decibels, of the energy W" 1 transmitted is given by the relation: _
  • the depth b of the blades 1 is chosen to be close from A / 2 so as not to cause the mismatching of the O 2 wave with rectilinear polarization of direction perpendicular to the blades 1, this O 2 wave then being transmitted by the selective reflector with very little attenuation. It is therefore the spacing of the blades 1 which will determine the value of the attenuation ⁇ as defined above.
  • the antenna reflectors When the antenna reflectors must operate at very short wavelengths (a few millimeters for example), the production of conventional reflectors (selective or polarization rotation reflectors) with wires or blades becomes difficult. These wires or these blades must respectively have a diameter or a thickness of the order of a few hundredths of a millimeter and the pitch of the network formed, a few tenths of a millimeter.
  • the manufacturing process according to the invention makes it possible to produce reed reflectors for electromagnetic waves of very small wavelengths, these reflectors, of easy construction, having great rigidity.
  • This method of manufacturing reed reflectors uses flat plates P of dielectric material of small thickness (FIG. 1). Indeed, the thickness e of these plates P must be small compared to the wavelength ⁇ of operation of the reflector (e ⁇ / 30 for example, and ⁇ equal to a few millimeters for example).
  • This material can for example be polytetrafluorethylene or epoxy glass.
  • a thin metallic layer m (copper for example) by a deposition process known per se (vacuum metallization for example). This metallic layer m may be a few hundredths of a millimeter thick.
  • These metallized plates P are then cut so as to obtain a plurality of plates p l , p 2 , p 3 ... having substantially the same dimensions.
  • These plates p l , p 2 , P3 ... are then stacked, then glued to each other, a non-metallized face of a wafer being against the metallized face of the neighboring wafer.
  • This stacking makes it possible to obtain a parallelepipedal block B in which plants a reflector with a specific profile: either a flat reflector (figure 3), or a parabolic reflector (figure 4) for example.
  • FIG. 3 shows a selective reflector R 1 of planar shape, produced according to the method which has just been described.
  • This reflector R 1 is formed by a stack of plates p l , p 2 , p 3 ... of dielectric material, the metal deposits of which m (FIG. 2) form a network of blades 1 1 , 1 2 , 1 3 .. metallic, the pitch of which is substantially equal to the thickness e of the plate P (FIG. 1).
  • FIG. 5 represents, the front and side views of a selective reflector R 2 of parabolic shape produced from a parallelepipedal block B as shown in FIG. 2 and in which the parabola has been machined.
  • the planes of the plates 1 1 , l 2 , 1 3 ... of the selective reflectors R 1 or R 2 are arranged parallel to the direction of the rectilinear polarization of the electromagnetic wave which it is desired to reflect.
  • the selective reflectors such as the reflectors R 1 or R 2 are arranged on the path of two incident waves O 1 , 0 2 with rectilinear polarization, whose polarization directions are orthogonal.
  • the incident wave 0 2 (FIG. 4) having a direction of polarization perpendicular to the blades 1 1 , 1 2 , 1 3 ... is transmitted while the incident wave O 1 having a direction of polarization parallel to the blades l 1 , l 2 , l 3 ... is reflected.
  • the method according to the invention makes it possible to produce parabolic reflectors with plates having a low cross-polarization rate.
  • FIG. 7 represents a plane reflector with polarization rotation produced by the method according to the invention which has just been described.
  • the blades l 1 , l 2 , 1 3 ... will be oriented so as to be inclined at 45 ° relative to the rectilinear polarization of the incidence wave.
  • This incident wave can be considered as the superposition of two component wave equiphases inclined at 45 ° relative to the blades l 1 , l 2 , 1 3 ...
  • the component parallel to the blades 1 1 , 1 2 , 1 3 ... is reflected, while the component perpendicular to the slats 1 1 , 1 2 , 1 3 is transmitted by the grating and is reflected by the metal layer c m so that it is out of phase with A relative to the component parallel to the slats l 1 , l 2 , 1 3 .
  • the combination of these two reflected waves creates a wave whose polarization is orthogonal to the polarization of the incident wave.

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Abstract

L'invention concerne des réflecteurs à lames parallèles pour antennes microondes et un procédé de fabrication de ce réflecteur.
Un réflecteur à lames parallèles suivant l'invention est réalisé par empilage et collage de plaquettes (p1, p2, p3 ...) en matériau diélectrique, ces plaquettes, qui sont recouvertes, sur une de leurs faces, d'un dépôt (m) métallique, étant disposées de telle sorte que la face non métallisée d'une plaquette soit contre la face métallisée de la plaquette voisine, cet assemblage formant un bloc (B) compact dans lequel est usiné le réflecteur.
Application: réalisation de réflecteurs sélectifs à lames parallèles ou de réflecteurs à rotation de polarisation utilisés dans les antennes de systèmes de radar.

Description

  • La présente invention concerne des réflecteurs à lames parallèles plus spécialement utilisés dans les antennes microondes. Elle concerne également un procédé de fabrication de tels réflecteurs..
  • Les antennes microondes utilisées par exemple dans les systèmes de radar nécessitent généralement des réflecteurs primaires ou auxiliaires sélectifs, c'est-à-dire réfléchissant les rayonnements rectilignes polarisés suivant une direction définie (polarisation horiz- zontale par exemple) et transmettant les rayonnements à polarisation rectiligne croisée (polarisation verticale), et des réflecteurs à rotation de polarisation.
  • Les réflecteurs sélectifs ou les réflecteurs à rotation de polarisation de types connus comportent soit une nappe de fils métalliques parallèles qui sont disposés perpendiculairement au plan de polarisation de l'onde que l'on désire transmettre, soit un ensemble de lamelles métalliques de faible épaisseur, parallèles entre elles, et dont le profil présente une forme déterminée.
  • Mais la réalisation de tels réflecteurs, lorsqu'ils sont destinés à fonctionner à des fréquences très élevées (une centaine de GHz par exemple), présente de sérieuses difficultés.
  • Le procédé de fabrication de réflecteurs à lames suivant l'invention permet d'éviter ces difficultés, assurant une réalisation facile et un fonctionnement fiable, ce procédé consistant plus particulièrement en un empilage et un collage de plaquettes en matériau diélectrique, dont une au moins des deux faces placées en vis-à-vis et appartenant à deux plaquettes successives, est métallisée, cet assemblage formant un bloc compact dans lequel est usiné le réflecteur.
  • Egalement suivant l'invention, un réflecteur à lames parallèles pour antennes microondes, est caractérisé en ce qu'il est réalisé par un empilage de plaquettes en matériau diélectrique, une au moins des deux plaquettes placées en vis-à-vis et appartenant à deux plaquettes successives étant métallisée, et par un collage de ces plaquettes empilées de façon à former un bloc compact dans lequel est usiné ce réflecteur.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins qui l'accompagnent et sur lesquels :
    • - la figure 1 représente une plaque de diélectrique métallisée dans laquelle peuvent être découpées des plaquettes utilisées pour la fabrication de réflecteurs suivant l'invention ;
    • - la figure 2 montre un bloc parallélépipédique formé d'un empilage de plaquettes ;
    • - les figures 3 et 4 montrent respectivement un réflecteur sélectif plan réalisé par le procédé suivant l'invention et un détail de ce réflecteur sélectif ;
    • - la figure 5 représente un réflecteur sélectif parabolique réalisé par le procédé suivant l'invention ;
    • - la figure 6 montre un bloc composite utilisé pour la réalisation d'un réflecteur à rotation suivant l'invention ;
    • - la figure 7 représente un réflecteur plan à rotation de polarisation réalisé par le procédé suivant l'invention.
  • Pour qu'une onde 01 à polarisation rectiligne (figure 4) soit réfléchie avec un coefficient voisin de 1 par un réflecteur sélectif à lames, il faut que les lames 1 de ce réflecteur soient disposées parallèlement à la direction de la polarisation de l'onde O1, que l'écartement a entre deux lames 1 consécutives soit petit devant la longueur d'onde À et que la largeur b (ou profondeur) des lames 1 soit telle que l'énergie W" de l'onde 0"1 transmise soit petite par rapport à l'énergie W'1 de l'onde O'1 réfléchie. Le rapport W"1/W'1, qui doit donc être très petit, définit en fait la qualité du réflecteur sélectif. L'atténuation γ , exprimée en décibels, de l'énergie W"1 transmise est donnée par la relation : _
    Figure imgb0001
  • Généralement, la profondeur b des lames 1 est choisie voisine de À /2 afin de ne pas provoquer la désadaptation de l'onde O2 à polarisation rectiligne de direction perpendiculaire aux lames 1, cette onde O2 étant alors transmise par le réflecteur sélectif avec une très faible atténuation. C'est donc l'écartement a des lames 1 qui déterminera la valeur de l'atténuation γ telle que définie ci- dessus.
  • Lorsque les réflecteurs d'antennes doivent fonctionner en très petites longueurs d'onde (quelques millimètres par exemple), la réalisation de réflecteurs conventionnels (réflecteurs sélectifs ou à rotation de polarisation) à fils ou à lames, devient difficile. Ces fils ou ces lames doivent avoir respectivement un diamètre ou une épaisseur de l'ordre de quelques centièmes de millimètre et le pas du réseau formé, quelques dixièmes de millimètre.
  • Le procédé de fabrication suivant l'invention, permet de réaliser des réflecteurs à lames pour ondes électromagnétiques de très petites longueurs d'onde, ces réflecteurs, de réalisation facile, présentant une grande rigidité.
  • Ce procédé de fabrication de réflecteurs à lames, suivant l'invention, utilise des plaques planes P en matériau diélectrique de faible épaisseur (figure 1). En effet, l'épaisseur e de ces plaques P doit être petite devant la longueur d'onde À de fonctionnement du réflecteur (e < λ /30 par exemple, et λ égal à quelques millimètres par exemple). Ce matériau peut être par exemple du polytétrafluor éthylène ou du verre époxy. Sur une des faces de ces plaques P de diélectrique est déposée une mince couche m métallique (du cuivre par exemple) par un procédé de dépôt connu en soi (métallisation sous vide par exemple). Cette couche m métallique peut avoir quelques centièmes de millimètre d'épaisseur. Ces plaques P métallisées sont ensuite découpées de façon à obtenir une pluralité de plaquettes pl, p2, p3 ... ayant sensiblement les mêmes dimensions. Ces plaquettes pl, p2, P3 ... sont alors empilées, puis collées les unes aux autres, une face non métallisée d'une plaquette étant contre la face métallisée de la plaquette voisine. Cet empilage permet d'obtenir un bloc B parallélépipédique dans lequel on usine un réflecteur de profil déterminé : soit un réflecteur plan (figure 3), soit un réflecteur parabolique (figure 4) par exemple.
  • La figure 3 montre un réflecteur R1 sélectif de forme plane, réalisé suivant le procédé qui vient d'être décrit. Ce réflecteur R1 est formé d'un empilage de plaquettes pl, p2, p3 ... en matériau diélectrique dont les dépôts métalliques m (figure 2) forment un réseau de lames 11, 12, 13 ... métalliques dont le pas est sensiblement égal à l'épaisseur e de la plaque P (figure 1).
  • La figure 5 représente, les vues de face et de profil d'un réflecteur R2 sélectif de forme parabolique réalisé à partir d'un bloc B parallélépipédique tel que montré en figure 2 et dans lequel a été usinée la parabole.
  • En fonctionnement, les plans des lames 11, l2, 13 ... des réflecteurs sélectifs R1 ou R2 sont disposés parallèlement à la direction de la polarisation rectiligne de l'onde électromagnétique que l'on désire réfléchir. En fait, les réflecteurs sélectifs tels que les réflecteurs R1 ou R2 sont disposés sur le trajet de deux ondes incidentes O1, 02 à polarisation rectiligne, dont les directions de polarisation sont orthogonales. L'onde incidente 02 (figure 4) ayant une direction de polarisation perpendiculaire aux lames 11, 12, 13 ... est transmise tandis que l'onde incidente O1 ayant une direction de polarisation parallèle aux lames l1, l2, l3 ... est réfléchie.
  • Un réflecteur auxiliaire plan d'une antenne Cassegrain fonctionnant dans la bande KU a été réalisé par le procédé suivant l'invention. Les résultats obtenus ont été les suivants :
    • - atténuation de l'onde perpendiculaire aux lames : 0,2 dB
    • - atténuation de l'onde (transmise) parallèle aux lames : 32 dB.
  • Le procédé suivant l'invention permet de réaliser des réflecteurs paraboliques à lames présentant un faible taux de polarisation croisée.
  • Egalement, suivant l'invention, le procédé peut être utilisé pour la fabrication de réflecteurs à rotation de polarisation, et dans ce cas de réalisation, ce procédé comporte les étapes suivantes :
    • - réalisation de plaquettes de diélectrique d'épaisseur prédéterminée et métallisées sur une de leurs faces ;
    • - empilage et collage de ces plaquettes les unes sur les autres, la face non métallisée d'une plaquette étant contre la face métallisée de la plaquette voisine, de façon à former un bloc compact ;
    • - réalisation d'un élément en matériau diélectrique d'épaisseur déterminée et ayant la forme du réflecteur ;
    • - métallisation de cet élément sur l'une de ses faces ;
    • - collage de cet élément sur le réflecteur, la face non métallisée de l'élément étant contre le réflecteur.
  • La figure 7 représente un réflecteur plan à rotation de polarisation réalisé par le procédé suivant l'invention qui vient d'être décrit.
  • En fonctionnement, les lames l1, l2, 13 ... seront orientées de façon à être inclinées à 45° par rapport à là polarisation rectiligne de l'onde incidence. Cette onde incidente peut être considérée comme la superposition de deux ondes composantes équiphases inclinées à 45° par rapport aux lames l1, l2, 13 ... La composante parallèle aux lames 11, 12, 13 ... est réfléchie, tandis que la composante perpendiculaire aux lames 11, 12, 13 est transmise par le réseau et est réfléchie par la couche métallique cm de telle sorte qu'elle se trouve déphasée de À par rapport à la composante parallèle aux lames l1, l2, 13. La combinaison de ces deux ondes réfléchies crée une onde dont la polarisation est orthogonale à la polarisation de l'onde incidente.

Claims (12)

1. Réflecteur à lames parallèles pour antenne microondes, caractérisé en ce qu'il est réalisé par un empilage de plaquettes en matériau diélectrique, une au moins des deux faces placées en vis-à-vis, et appartenant à deux plaquettes successives, étant métallisée, et en ce que les plaquettes empilées sont collées les unes aux autres de façon à former un bloc compact dans lequel est usiné le réflecteur dans une forme appropriée plane ou galbée.
2. Réflecteur à lames parallèles, à rotation de polarisation, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un élément en matériau diélectrique ayant la forme du réflecteur, cet élément, métallisé sur une de ses faces, étant collé sur le réflecteur par sa face non métallisée.
3. Réflecteur à lames parallèles suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément est d'épaisseur constante, cette épaisseur étant sensiblement égale à k A /4, k étant un nombre entier impair et λ la longueur d'onde de fonctionnement du réflecteur.
4. Réflecteur à lames parallèles suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le réflecteur est de forme plane.
5. Réflecteur à lames parallèles suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le réflecteur est de forme galbée.
6. Procédé permettant la fabrication de réflecteurs sélectifs à lames parallèles, suivant l'une des revendications 1, 2, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- réalisation de plaquettes de diélectrique d'épaisseur pré-déterminée, métallisées sur une de leurs faces,
- empilage et collage de ces plaquettes les unes sur les autres, la face non métallisée d'une plaquette étant contre la face métallisée de la plaquette voisine, de façon à former un bloc compact,
- usinage, dans ce bloc, du réflecteur de forme déterminée.
7. Procédé de fabrication de réflecteurs à lames suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ces plaquettes sont découpées dans des plaques de diélectrique métallisées sur une de leurs faces.
8. Procédé de fabrication de réflecteurs à lames suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les plaques de diélectrique sont en polytétrafluor éthylène.
9. Procédé de fabrication de réflecteurs à lames suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les plaques de diélectrique sont en verre époxy.
10. Procédé de fabrication de réflecteurs à lames suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la métallisation des plaques de diélectrique est obtenue par un dépôt d'une couche de cuivre. -
11. Procédé permettant la fabrication de réflecteurs à lames, à rotation de polarisation, suivant les revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- réalisation de plaquettes de diélectrique d'épaisseur prédéterminée et métallisées sur une de leurs faces,
- empilage et collage de ces plaquettes les unes sur les autres, la face non métallisée d'une plaquette étant contre la face métallisée de la plaquette voisine, de façon à former un bloc compact,
- réalisation d'un élément en matériau diélectrique d'épaisseur déterminée et ayant la forme du réflecteur,
- métallisation de cet élément sur l'une de ses faces,
- collage de cet élément sur le réflecteur, la face non métallisée de l'élément étant contre le réflecteur.
12. Procédé de fabrication de réflecteurs à lames, à rotation de polarisation, suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'élément a une épaisseur constante sensiblement égale à k i\ /4, k étant un nombre impair, et λ la longueur d'onde de fonctionnement du réflecteur.
EP80400254A 1979-03-02 1980-02-22 Réflecteur à lames parallèles pour antenne microondes et procédé de fabrication d'un tel réflecteur Withdrawn EP0015815A1 (fr)

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