EP0082751B1 - Radiateur d'ondes électromagnétiques et son utilisation dans une antenne à balayage électronique - Google Patents

Radiateur d'ondes électromagnétiques et son utilisation dans une antenne à balayage électronique Download PDF

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EP0082751B1
EP0082751B1 EP82402238A EP82402238A EP0082751B1 EP 0082751 B1 EP0082751 B1 EP 0082751B1 EP 82402238 A EP82402238 A EP 82402238A EP 82402238 A EP82402238 A EP 82402238A EP 0082751 B1 EP0082751 B1 EP 0082751B1
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EP
European Patent Office
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radiator according
wave radiator
casing
slot line
strips
Prior art date
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Expired
Application number
EP82402238A
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German (de)
English (en)
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EP0082751A1 (fr
Inventor
Michel Dudome
Albert Dupressoir
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0082751A1 publication Critical patent/EP0082751A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0082751B1 publication Critical patent/EP0082751B1/fr
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085—Slot-line radiating ends
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole

Definitions

  • the present invention relates generally to electromagnetic wave radiators, operating at microwave frequencies, and relates more particularly to a wave radiator produced from a wafer of metallized dielectric substrate.
  • a particularly interesting field of application of the invention is that of small radar antennas operating in a wide frequency band, used either as primary sources illuminating focusing optical systems or as elementary sources of an antenna array with electronic scanning. for example.
  • radioelectric characteristics currently required for antennas with electronic scanning of space by the beam or beams which they radiate are such that it is necessary to use elementary sources having at the same time a small transverse congestion to respect the not between these sources on which the deflection qualities of the antenna depend and a small longitudinal size so that they are not fragile.
  • the solution chosen consists in using either half-wave dipoles printed on a dielectric plate or elements of the “patch” type excited by a microstrip line.
  • the radiating dipole is supplied by a slit line printed on the same face of a dielectric plate as the strands of the dipole, a transition being made between the line at slot and the dipole to ensure proper adaptation.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing an electromagnetic wave radiator operating in a large width of frequency bands, having a very compact structure resulting in a small radio footprint, of reproducibility which is easy and inexpensive, and which can be used as part of a linear or two-dimensional array antenna with small distribution pitch measured in wavelength.
  • the subject of the invention is an electromagnetic wave radiator constituted by a radiating element and its supply device, produced from a dielectric plate of median longitudinal axis A, metallized on one face according to two ribbons parallels of total width d 2 and length L, and characterized in that the supply device consists of a slotted line placed inside a parallelepiped metal case.
  • the invention also relates to a use of the wave radiator, characterized in that this radiator constitutes an elementary source of an antenna with electronic scanning, which, associated with a phase shifter, produces an element called a module of a phase shift network. .
  • This radiator constitutes an elementary source of an antenna with electronic scanning, which, associated with a phase shifter, produces an element called a module of a phase shift network.
  • a wave radiator according to the invention is produced from a wafer of dielectric substrate I, of length L and of median longitudinal axis A, on one of the faces of which are deposited two conductive tapes 2 and 3, symmetrical with respect to the axis A.
  • the edges 4 and 5 facing the two tapes are parallel.
  • the wave radiator consists of a radiating element 14, with which is associated a supply device, produced like the radiating element from the dielectric plate 1.
  • the supply device consists of a slotted line 9 placed inside a parallelepipedal metal casing 6 of the same length L i as that of the slotted line.
  • the slotted line 9 is produced from the two tapes con ductors 2 and 3 of total width d 2 whose opposite edges 4 and 5 are separated by a constant distance d, thus defining the width of the slotted line, and of which the two other edges 7 and 8, opposite to the previous ones 4 and 5 are in electrical contact with the internal walls of the metal case 6.
  • These two strips 2 and 3 are equivalent to two parallel metal planes.
  • the dielectric plate 1 can rest on two shoulders or in two grooves 109 made on the internal walls of the housing 6. To ensure the best possible electrical contact between the edges 7 and 8 of the slotted line 9 and the housing, these are welded or glued with a conductive adhesive to the internal walls of the housing. Thus, both good mechanical resistance of the wafer 1 relative to the housing 6 and good electrical contact of the slotted line 9 with the housing are ensured, the slotted line 9 being moreover placed inside this the latter so as to avoid any mode of propagation elsewhere than in the slot itself.
  • the dielectric plate 1 supporting the slotted line is placed substantially in the longitudinal median plane of the housing 6 to avoid an asymmetry of the field pattern.
  • the box thus placed under cut, allows the two conductive tapes 2 and 3 to be equivalent to two parallel metallic planes of infinite width relative to the slotted line.
  • the box 6 is therefore a shield and must not behave like a radiating waveguide.
  • the radiating element is also produced from the dielectric plate 1. It comprises two conductive parts symmetrical with respect to the axis ⁇ , respectively extending the two strips 2 and 3 and separated by the same distance d as the latter. These two parts are joined to the two strips 2 and 3 by two thinned conductive parts forming a transition 13 between the slotted line 9 and the radiating element 14, a transition such that the width d 2 of the conductive strips 2 and 3 varies continuously. In alternative embodiments, the width d 2 varies circularly or exponentially or according to a curvature representative of a mathematical function which can be transcendent.
  • the radiating element 14 is of the dipole type, the two conductive parts being constituted in this case by two strands 16 and 17.
  • the slotted line 9 and the radiating element are photo-etched on the dielectric plate 1 whose width in the housing 6 is equal to greater or less than its value outside of the housing.
  • the slotted line 9 is excited by a coaxial line 100 arranged perpendicular to the slit against the metal case 6.
  • the core of this coaxial line is extended by a photoetched wire 101 on the dielectric plate 1, on the face opposite to that of the slotted line, the transition between this wire and the slit being constituted by a metallized butterfly wing 102 quarter wave.
  • the latter as well as the wire 101 are drawn in dotted lines in FIG. 1.
  • the dielectric substrate can be for example ceramic or epoxy glass.
  • Figure 2 is a perspective view of an alternative embodiment of a dipole type radiator according to the invention.
  • the width d 2 of the conductive tapes 2 and 3 decreases to form a transition 130 between the slit line 9 and a section of the two-wire line 15 whose end, opposite to the slit line 9 , is joined to the strands 16 and 17 of a dipole constituting the radiating element 14.
  • the slotted line 9, the transition 130, the two-wire line section 15 and the strands of the dipole 14 are photo-etched on the dielectric plate 1.
  • the dielectric plate 1 can be cut along the width of the ribbons making the transition 13 and 130 and the two-wire line 15 but all the forms of cuts between these two cases are also possible.
  • the preferred embodiment is that shown in FIG. 4.
  • FIG. 5 represents a perspective view of a wave radiator according to the invention, for which the radiating element 14 has a particular shape.
  • the supply device is identical to that described above for the other figures and the radiating element 14 is constituted on the one hand by two parts in the shape of a triangle extending each conductive tape forming the transition 13, these triangles forming a point at the end of the wafer 1 and on the other hand by a portion 10 of rectangular conductive tape perpendicular to the axis A and placed on the face of the wafer opposite to that on which the tapes 2 and 3 are deposited.
  • Variants of this solution consists in putting the portion of tape 10 placed on the opposite face of the dielectric plate 1 at the potential of one of the tapes 2 or 3 constituting the slotted line 9.
  • the position of the holes allowing the electrical connection between the associated radiating elements, the slotted line 9 and the portion of the ribbon 10 determines new forms of radiation diagram of the structure thus created compared to those given by the basic model (without electrical connection).
  • the radiation diagram in the plane E has a hollow in the axis. It is therefore of the difference type. This model with low bandwidth of good functioning can nevertheless correspond to particular applications for which this type of diagram is sought.
  • the opening of the housing has on the two large parallel faces 60 and 61 of the housing two V-shaped projections advancing in the direction of the axis A and symmetrical with respect to this axis .
  • the opening of the housing can also have, in opposite manner, two V-shaped notches, directed towards the interior of the housing.
  • the radiating dipole can be a full wave or half wave dipole, its strands 16 and 17 being constituted by rectangular or flared tongues, called butterfly wings, like those of the figure 6 for example.
  • butterfly wings like those of the figure 6 for example.
  • the adaptation of the radiating dipole is carried out by the dimensions of the transition between the supply slit line and the two-wire line leading to the strands of the dipole.
  • FIG. 6 is a longitudinal section of a radiating source according to the invention, on which the impedance transformer 21 of length equal to the quarter wave at the central frequency of the operating band of the source is shown.
  • This transformer can be produced either at the level of the two-wire line 15, or at the level of the slit line 9 as shown in dotted lines in the figure.
  • point capacitors to this previous transformer, produced for example in the form of metallized surfaces 23 deposited on the face of the dielectric plate opposite the slotted line, and shown in dotted lines on the figure 6.
  • Modifications of the radiation pattern of the source according to the invention can be obtained by means of the addition of a reflector placed at a distance equal to a quarter of the operating wavelength, constituted for example, as shown in FIG. 8, by two metal strands 24 and 25 photo-etched on the dielectric plate 1 in the plane of the opening of the housing 6 or else by the edges 26 of the housing 6 according to its cross section of opening.
  • the directivity can be improved by the presence of directors placed in front of the dipole. In the case of FIG. 9, three directors 27 or photo-etched metal strands, are placed parallel to the dipole 14 and are of decreasing size in the direction of the radiation emitted.
  • the electromagnetic characteristics of the slotted line of the supply device according to the invention are defined by the width d of the slit, the thickness as well as the value of the dielectric constant of the wafer 1 supporting it, as well as the mechanical dimensions. of the metal case in which it is placed.
  • phase shifter 28 includes a slotted line 29 coupled to a coplanar line 30 with the same propagation axis and a device with two diodes 31 and 32, located in the coupling zone of these two transmission lines, as described in the patent No. 2,379,196 filed in the name of the plaintiff.
  • the box 6 protects the diodes of the phase shifter radioelectrically. It is found that such a module has reduced dimensions and avoids insertion losses.
  • a source is used as an element of a network antenna as shown in FIG.
  • the height of the box is such that it determines a filter for the frequencies with horizontal polarization cutoff.
  • the width of the box is such that the cut-off frequency is placed much lower, the installation of a network of metallic wires parallel to the cross polarization filter compensates for this defect.
  • FIG. 12 represents a radiating source, the supply device of which comprises, at the opening 34 of the housing, a network of parallel conducting wires 33, the direction of which is orthogonal to that of the electric field E radiated by the slotted line 9
  • this source is used as an element of a network antenna for example, operating on transmission as on reception, such a network makes it possible to reflect any wave whose direction of polarization is perpendicular to that radiated by the source.
  • an electromagnetic wave radiator supplied by a slotted line deposited on a wafer of dielectric substrate whose main advantage is apart from the small radio footprint when using a dielectric substrate with a high dielectric constant a very large bandwidth, of the order of 20%. This therefore makes it possible to produce array antennas with a low distribution pitch measured in wavelength.
  • Figure 13 shows a longitudinal section of a lens fraction, which can be illuminated on one side by a source.
  • This lens is produced from the stack of modules each consisting of two wave radiators according to the invention, placed symmetrically with respect to a diode phase shifter 28.
  • the source illuminates the radiating elements 140 for example, which thus receive the 'energy.
  • the phase shifters 28 the different signals are phase shifted before to be radiated by the elements 14.
  • This embodiment from a slotted line 9 produced on the same dielectric wafer 1 and placed in the same housing 6, simplifies the problems of impedance matching.

Landscapes

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

Description

  • La présente invention se rapporte d'une manière générale aux radiateurs d'ondes électromagnétiques, fonctionnant en hyperfréquences, et concerne plus particulièrement un radiateur d'ondes réalisé à partir d'une plaquette de substrat diélectrique métallisée.
  • Un domaine d'application de l'invention particulièrement intéressant est celui des antennes radar de faibles dimensions fonctionnant dans une large bande de fréquences, utilisées soit comme sources primaires éclairant des systèmes optiques focalisants soit comme sources élémentaires d'une antenne-réseau à balayage électronique par exemple.
  • Les caractéristiques radio-électriques demandées actuellement pour les antennes à balayage électronique de l'espace par le ou les faisceaux qu'elles rayonnent sont telles qu'il est nécessaire d'utiliser des sources élémentaires présentant à la fois un faible encombrement transversal pour respecter le pas entre ces sources dont dépendent les qualités de déflexion de l'antenne et un faible encombrement longitudinal pour qu'elles ne soient pas fragiles.
  • Dans de nombreux cas, la solution retenue consiste à utiliser soit des dipôles demi-onde imprimés sur une plaquette de diélectrique soit des éléments du type «patch» excités par une ligne microstrip.
  • Dans l'exemple donné par le brevet anglais publié sous le numéro 1 348 478 le dipôle rayonnant est alimenté par une ligne à fente imprimée sur la même face d'une plaquette diélectrique que les brins du dipôle, une transition étant réalisée entre la ligne à fente et le dipôle pour assurer une bonne adaptation.
  • Ces deux types de sources ne fonctionnant correctement par principe qu'à la résonance, ne peuvent pas présenter de grande largeur de bande de fonctionnement acceptable (taux d'ondes stationnaires inférieur ou égal à 1,5 et diagramme de rayonnement sans déformation excessive).
  • Pour les éléments du type «patch», une largeur de bande de 5% ne peut guère être dépassée et pour les dipôles une largeur double est considérée comme bonne pour des éléments imprimés sur substrat et excités par une ligne coaxiale classique.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un radiateur d'ondes électromagnétiques fonctionnant dans une grande largeur de bandes de fréquences, présentant une structure très compacte entraînant un faible encombrement radioélectrique, de reproductibilité aisée et peu coûteuse, et pouvant être utilisé comme élément d'une antenne réseau linéaire ou bi-dimensionnelle à petit pas de répartition mesuré en longueur d'onde.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un radiateur d'ondes électromagnétiques constitué par un élément rayonnant et son dispositif d'alimentation, réalisés à partir d'une plaquette diélectrique d'axe longitudinal médian A, métallisée sur une face selon deux rubans parallèles de largeur totale d2 et de longueur L, et caractérisé par le fait que le dispositif d'alimentation est constitué par une ligne à fente placée à l'intérieur d'un boîtier métallique parallélépipèdique.
  • L'invention vise également une utilisation du radiateur d'ondes, caractérisée par le fait que ce radiateur constitue une source élémentaire d'une antenne à balayage électronique, qui, associée à un déphaseur, réalise un élément appelé module d'un réseau à déphasage. Le fait que l'élément rayonnant, son dispositif d'alimentation et le déphaseur réalisés sur substrat diélectrique à partir d'une ligne à fente, soient tous les trois connectés directement présente un avantage particulièrement intéressant pour la réalisation d'une antenne réseau.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels:
    • - la figure 1 est une vue en perspective d'un radiateur d'ondes du type dipôle, selon l'invention;
    • - les figures 2 à 4 sont des vues en perspective de variantes de réalisation d'un radiateur d'ondes du type dipôle selon l'invention;
    • - la figure 5 est une vue en perspective d'un radiateur d'ondes selon l'invention;
    • - les figures 6 à 9 sont des coupes-longitudinales de différents modes de réalisation d'un radiateur d'ondes selon l'invention;
    • - la figure 10 est une coupe longitudinale d'un radiateur d'ondes selon l'invention, associé à un déphaseur;
    • - la figure 11 est une vue en perspective d'une fraction d'antenne réseau constituée selon l'invention;
    • - la figure 12 est une vue en perspective d'un radiateur d'ondes selon l'invention, présentant des fils d'adaptation;
    • - la figure 13 est une coupe longitudinale d'une fraction de lentille réalisée à partir de l'invention.
  • Les éléments portant les mêmes références dans les différentes figures remplissent les mêmes fonctions et aboutissent à des résultats semblables.
  • En se reportant à la figure 1, un radiateur d'ondes selon l'invention est réalisé à partir d'une plaquette de substrat diélectrique I, de longueur L et d'axe longitudinal médian A, sur une des faces de laquelle sont déposés deux rubans conducteurs 2 et 3, symétriques par rapport à l'axe A. Les bords 4 et 5 en vis à vis des deux rubans sont parallèles.
  • Le radiateur d'ondes est constitué d'un élément rayonnant 14, auquel est associé un dispositif d'alimentation, réalisé comme l'élément rayonnant à partir de la plaquette diélectrique 1.
  • Le dispositif d'alimentation est constitué par une ligne à fente 9 placée à l'intérieur d'un boîtier métallique parallélépipédique 6 de même longueur Li que celle de la ligne à fente. La ligne à fente 9 est réalisée à partir des deux rubans conducteurs 2 et 3 de largeur totale d2 dont les bords 4 et 5 en vis à vis sont séparés par une distance constante d, définissant ainsi la largeur de la ligne à fente, et dont les deux autres bords 7 et 8, opposés aux précédents 4 et 5 sont en contact électrique avec les parois internes du boîtier métallique 6. Ces deux rubans 2 et 3 sont équivalents à deux plans métalliques parallèles.
  • De façon pratique, la plaquette diélectrique 1 peut reposer sur deux épaulements ou dans deux rainures 109 réalisées sur les parois internes du boîtier 6. Pour assurer le meilleur contact électrique possible entre les bords 7 et 8 de la ligne à fente 9 et le boîtier, ceux-ci sont soudés ou collés à l'aide d'une colle conductrice aux parois internes du boîtier. Ainsi, sont assurés à la fois une bonne tenue mécanique de la plaquette 1 par rapport au boîtier 6 et un bon contact électrique de la ligne à fente 9 avec le boîtier, la ligne à fente 9 étant de plus placée à l'intérieur de ce dernier de façon à éviter tout mode de propagation ailleurs que dans la fente elle-même. La plaquette diélectrique 1 supportant la ligne à fent est placée sensiblement dans le plan médian longitudinal du boîtier 6 pour éviter une dissymétrie de la figure de champ.
  • Le boîtier, placé ainsi sous coupure, permet aux deux rubans conducteurs 2 et 3 d'être équivalents à deux plans parallèles métalliques de largeur infinie par rapport à la ligne à fente. Le boîtier 6 est donc un blindage et ne doit pas se comporter comme un guide d'ondes rayonnant.
  • L'élément rayonnant est réalisé aussi à partir de la plaquette diélectrique 1. Il comprend deux parties conductrices symétriques par rapport à l'axe Δ, prolongeant respectivement les deux rubans 2 et 3 et séparées par la même distance d que ces derniers. Ces deux parties sont réunies aux deux rubans 2 et 3 par deux parties conductrices amincies formant une transition 13 entre la ligne à fente 9 et l'élément rayonnant 14, transition telle que la largeur d2 des rubans conducteurs 2 et 3 varie continuement. Dans des variantes de réalisation, la largeur d2 varie circulairement ou exponentiellement ou selon une courbure représentative d'une fonction mathématique qui peut être transcendante.
  • Sur la figure 1, l'élément rayonnant 14 est du type dipôle, les deux parties conductrices étant constituées dans ce cas par deux brins 16 et 17.
  • Dans le cas particulier de réalisation pratique, représenté sur la figure 1, la ligne à fente 9 et l'élément rayonnant sont photogravés sur la plaquette diélectrique 1 dont la largeur dans le boîtier 6 est égale supérieure ou inférieure à sa valeur à l'extérieur du boîtier. La ligne à fente 9 est excitée par une ligne coaxiale 100 disposée perpendiculairement à la fente contre le boîtier métallique 6. L'âme de cette ligne coaxiale se prolonge par un fil photogravé 101 sur la plaquette diélectrique 1, sur la face opposée à celle de la ligne à fente, la transition entre ce fil et la fente étant constituée par une aile de papillon d'adaptation métallisée 102 quart d'onde. Cette dernière ainsi que le fil 101 sont dessinés en pointillés sur la figure 1. Le substrat diélectrique peut être par exemple de la céramique ou du verre époxy.
  • La figure 2 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un radiateur d'ondes du type dipôle selon l'invention.
  • Au delà de la ligne à fente 9 la largeur d2 des rubans conducteurs 2 et 3 décroît pour constituer une transition 130 entre la ligne à fente 9 et un tronçon de la ligne bifilaire 15 dont l'extrémité, opposée à la ligne à fente 9, est réunie aux brins 16 et 17 d'un dipôle constituant l'élément rayonnant 14.
  • Comme précédemment la ligne à fente 9, la transition 130, le tronçon de ligne bifilaire 15 et les brins du dipôle 14 sont photogravés sur la plaquette diélectrique 1.
  • Dans deux autres cas particuliers de réalisation représentés respectivement sur les figures 3 et 4, la plaquette diélectrique 1 peut être découpée suivant la largeur des rubans réalisant la transition 13 et 130 et la ligne bifilaire 15 mais toutes les formes de découpes entre ces deux cas sont également possibles. Le mode de réalisation préférentiel est celui représenté sur la figure 4.
  • La figure 5 représente une vue en perspective d'un radiateur d'ondes selon l'invention, pour lequel l'élément rayonnant 14 a une forme particulière. Le dispositif d'alimentation est identique à celui décrit auparavant pour les autres figures et l'élément rayonnant 14 est constitué d'une part par deux parties en forme de triangle prolongeant chaque ruban conducteur formant la transition 13, ces triangles formant une pointe à l'extrémité de la plaquette 1 et d'autre part par une portion 10 de ruban conducteur rectangulaire perpendiculaire à l'axe A et placée sur la face de la plaquette opposée à celle sur laquelle sont déposés les rubans 2 et 3. Des variantes de cette solution consistent à mettre la portion de ruban 10 placée sur la face opposée de la plaquette diélectrique 1 au potentiel d'un des rubans 2 ou 3 constituant la ligne à fente 9. Ceci est possible en perçant la plaquette diélectrique 1 de part en part et en introduisant dans le ou les trous pratiqués un fil conducteur 11 ou 12 dont les extrémités sont soudées d'un côté à la portion de ruban 10 et de l'autre côté à un ruban 2 ou 3, ou les deux, constituant la ligne à fente 9.
  • La position des trous autorisant la liaison électrique entre les éléments rayonnants associés, la ligne à fente 9 et la portion du ruban 10 détermine de nouvelles formes de diagramme de rayonnement de la structure ainsi créée par rapport à celles données par le modèle de base (sans liaison électrique). Pour des positions particulières de ces trous, le diagramme de rayonnement dans le plan E présente un creux dans l'axe. Il est donc du type différence. Ce modèle à faible largeur de bande de bon fonctionnement peut néanmoins correspondre à des applications particulières pour lesquelles ce type de diagramme est recherché.
  • On peut également obtenir une bonne adaptation entre l'élément rayonnant et la ligne à fente ainsi qu'une grande largeur de bande de fonctionnement en faisant varier la forme de l'ouverture du guide comme le montre la figure 5, en pointillés. Par exemple, l'ouverture du boîtier, de section droite rectangulaire, présente sur les deux grandes faces parallèles 60 et 61 du boîtier deux saillies en forme de V s'avançant dans la direction de l'axe A et symétriques par rapport à cet axe.
  • L'ouverture du boîtier peut comporter également de façon opposée deux échancrures en forme de V, dirigées vers l'intérieur du boîtier.
  • Dans le cas où l'élément est du type dipôle, le dipôle rayonnant peut être un dipôle onde entière ou demi-onde, ses brins 16 et 17 étant constitués par des languettes rectangulaires ou évasées, dites en ailes de papillon, comme ceux de la figure 6 par exemple. Lorsque l'on veut augmenter l'impédance caractéristique de la source, on peut utiliser un dipôle dit replié comme le montre la figure 7.
  • L'adaptation du dipôle rayonnant, quel que soit son type, est réalisée par les dimensions de la transition entre la ligne à fente d'alimentation et la ligne bifilaire aboutissant aux brins du dipôle.
  • La figure 6 est une coupe longitudinale d'une source rayonnante selon l'invention, sur laquelle est représenté le transformateur d'impédance 21 de longueur égale au quart d'onde à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement de la source. Ce transformateur peut être réalisé soit au niveau de la ligne bifilaire 15, soit au niveau de la ligne à fente 9 comme cela est représenté en pointillés sur la figure. Pour améliorer encore cette adaptation, il est possible d'adjoindre à ce précédent transformateur des capacités ponctuelles, réalisée par exemple sous forme de surfaces métallisées 23 déposées sur la face de la plaquette diélectrique opposée à la ligne à fente, et représentées en pointillés sur la figure 6.
  • Des modifications du diagramme de rayonnement de la source selon l'invention peuvent être obtenues au moyen de l'adjonction d'un réflecteur placé à une distance égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement, constitué par exemple, comme cela est représenté sur la figure 8, par deux brins 24 et 25 métalliques photogravés sur la plaquette diélectrique 1 dans le plan de l'ouverture du boîtier 6 ou bien par les bords 26 du boîtier 6 selon sa section droite d'ouverture. La directivité peut être améliorée par la présence de directeurs placés devant le dipôle. Dans le cas de la figure 9, trois directeurs 27 ou brins métalliques photogravés, sont placés parallèlement au dipôle 14 et sont de taille décroissant dans le sens du rayonnement émis. Les caractéristiques électromagnétiques de la ligne à fente du dispositif d'alimentation selon l'invention sont définies par la largeur d de la fente, l'épaisseur ainsi que la valeur de la constante diélectrique de la plaquette 1 la supportant, ainsi que des dimensions mécaniques du boîtier métallique dans lequel elle est placée.
  • Comme cela a été dit au début de cette description, un avantage très important d'un tel radiateur d'ondes est la possibilité de constituer un module en plaçant, en amont du dispositif d'alimentation un déphaseur28 comme le montre la figure 10. Ce déphaseur 28 comprend une ligne à fente 29 couplée à une ligne coplanaire 30 de même axe de propagation et un dispositif à deux diodes 31 et 32, situé dans la zone de couplage de ces deux lignes de transmission, comme cela a été décrit dans le brevet n° 2 379 196 déposé au nom de la demanderesse. Le boîtier 6 protège radioélectri- quement les diodes du déphaseur. On constate qu'un tel module présente des dimensions réduites et évite les pertes d'insertion. Comme cela a été dit au point de vue avantage, lorsqu'une telle source est utilisée comme élément d'une antenne réseau comme le montre la figure 11, tous les bords métalliques 26 des boîtiers 6 placés côte à côte, constituent une surface réfléchissante très importante devenant un plan dans lequel se trouvent uniquement les ouvertures des boîtiers pour le passage des dipôles rayonnants. Le réflecteur ainsi formé est à une distance de λ/4 des brins du dipôle. On constate que le boîtier dans lequel est placé chaque ligne à fente du radiateur d'ondes selon l'invention permet l'empilement de plusieurs radiateurs.
  • Dans la source décrite ici, la hauteur du boîtier est telle qu'elle détermine un filtre pour les fréquences sous coupure en polarisation horizontale.
  • Par contre, pour une onde polarisée verticalement la largeur du boîtier est telle que la fréquence de coupure est placée beaucoup plus basse, la mise en place d'un réseau de fils métalliques parallèles au filtre de polarisation croisée compense ce défaut.
  • La figure 12 représente une source rayonnante dont le dispositif d'alimentation comporte, au niveau de l'ouverture 34 du boîtier un réseau de fils conducteurs 33 parallèles, dont la direction est orthogonale à celle du champ électrique E rayonné par la ligne à fente 9. Lorsque cette source est utilisée comme élément d'une antenne réseau par exemple, fonctionnant à l'émission comme à la réception, un tel réseau permet de réfléchir toute onde dont la direction de polarisation est perpendiculaire à celle rayonnée par la source. Ainsi vient d'être décrit un radiateur d'ondes électromagnétiques alimenté par une ligne à fente déposée sur une plaquette de substrat diélectrique dont le principal avantage est en dehors du faible encombrement radioélectrique lorsque l'on utilise un substrat diélectrique à forte constante diélectrique une très grande largeur de bande, de l'ordre de 20%. Cela permet par conséquent la réalisation d'antennes-réseaux à faible pas de répartition mesuré en longueur d'onde.
  • La figure 13 représente une coupe longitudinale d'une fraction de lentille, pouvant être éclairée d'un côté par une source. Cette lentille est réalisée à partir de l'empilement de modules constitués chacun par deux radiateurs d'ondes selon l'invention, placés symétriquement par rapport à un déphaseur à diodes 28. La source éclaire les éléments rayonnants 140 par exemple, qui reçoivent ainsi l'énergie. Puis, grâce aux déphaseurs 28, les différents signaux sont déphasés avant d'être rayonnés par les éléments 14. Ce mode de réalisation, à partir d'une ligne à fente 9 réalisée sur une même plaquette diélectrique 1 et mise dans un même boîtier 6, simplifie les problèmes d'adaptation d'impédance.

Claims (22)

1. Radiateur d'ondes électromagnétiques constitué par un élément rayonnant (14) et son dispositif d'alimentation, le radiateur comportant une plaquette diélectrique (1) métallisée sur une face selon deux rubans (2, 3) en partie parallèles, formant une ligne à fente (9) constituant ledit dispositif d'alimentation, l'extrémité des deux rubans formant ledit élément rayonnant (14), le radiateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un boîtier métallique parallélépipèdique (6) dont les dimensions sonttelles que les fréquences de fonctionnement du radiateur soient inférieures à la fréquence de coupure du boîtier, interdisant ainsi la propagation des ondes dans le boîtier.
2. Radiateur d'ondes électromagnétiques selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les bords en vis à vis (4 et 5) des deux rubans conducteurs (2 et 3) sont symétriques par rapport à l'axe longitudinal médian (Δ) de la plaquette diélectrique (1) et séparés par une distance constante, et que les bords extérieurs (7 et 8) des rubans sont reliés électriquement aux parois internes du boîtier (6), la longueur de la ligne à fente (9) étant égale à la longueur L, du boîtier.
3. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la plaquette diélectrique (1) repose dans deux rainures (109) réalisées dans les parois internes du boîtier (6).
4. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément rayonnant (14) comporte deux parties conductrices formant l'extrémité des rubans, symétriques par rapport à l'axe (A) de la ligne à fente (9), et que les bords en vis à vis de ces parties sont séparés par la même distance (d) que les bords de la ligne à fente (9).
5. Radiateur d'ondes selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'entre les deux parties conductrices de l'élément rayonnant (14) et les deux rubans (2 et 3) de la ligne à fente (9) sont placées deux parties conductrices amincies formant une transition (13) entre la ligne à fente et l'élément rayonnant.
6. Radiateur d'ondes selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la transition (13 ou 130) est telle que la largeur (d2) des rubans (2 et 3) varie continuement.
7. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait que la largeur (d2) des deux rubans conducteurs (2 et 3) parallèles, symétriques par rapport à l'axe (A), varie circulairement ou exponentiellement ou selon une courbure représentative d'une fonction mathématique qui peut être transcendante.
8. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément rayonnant (14) est du type dipôle.
9. Radiateur d'ondes selon les revendications 5 et 8, caractérisé par le fait que les brins (16 et 17) du dipôle (14) sont réunis à l'extrémité de la transition (130) opposée à la ligne à fente (9) par un tronçon de ligne bifilaire (15).
10. Radiateur d'ondes selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte un tansfor- mateur d'impédance (21), de longueur égale au quart de la longueur d'onde à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement, placé au niveau de la ligne à fente (9) ou de la ligne bifilaire (15).
11. Radiateur d'ondes selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte des brins directeurs (27) placés parallèlement aux brins (16 et 17) du dipôle (14), en aval de celui-ci par rapport à la direction du rayonnement émis.
12. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la plaquette diélectrique (1) est découpée suivant la largeur (d2) des rubans conducteurs (2 et 3).
13. Radiateur d'ondes selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'élément rayonnant (14) est constitué d'une part par deux parties en forme de triangle prolongeant chaque ruban conducteur formant la transition (13), ces triangles formant une pointe à l'extrémité de la plaquette diélectrique (1), et d'autre part, par une métallisation (10) rectangulaire, perpendiculaire à l'axe (Δ) de la ligne à fente et placée sur l'autre face de la plaquette diélectrique (1).
14. Radiateur d'ondes selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'au moins un fil conducteur (11, 12) aussure le contact électrique de la métallisation rectangulaire (10) conducteur, avec l'un des deux rubans conducteur (2 ou 3), à travers la plaquette diélectrique (1), de façon à mettre au même potentiel électrique la métallisation (10) et les rubans (2 et 3).
15. Radiateur d'ondes selon la revendication 13, caractérisé par le fait que l'ouverture du boîtier (6) présente sur les deux grandes faces parallèles (60 et 61) du boîtier deux saillies en forme de V s'avançant dans la direction de l'axe de la ligne à fente (Δ) et symétriques par rapport à cet axe.
16. Radiateur d'ondes selon la revendication 13, caractérisé par le fait que l'ouverture du boîtier (6) comporte deux échancrures en forme de V, dirigées vers l'intérieur du boîtier.
17. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que les rubans conducteurs (2 ou 3) sont déposés par procédé de photogravure sur la plaquette diélectrique (1).
18. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait qu'il comporte deux brins réflecteurs (24 et 25) métalliques déposés sur la plaquette diélectrique (1), dans le plan de l'ouverture du boîtier (6).
19. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que la ligne à fente (9) est directement située dans le prolongement de la ligne à fente (29) de sortie d'un déphaseur (28) à diodes.
20. Radiateur d'ondes selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'ouverture (34) du boîtier (6) comporte un réseau de fils (33) parallèles conducteurs, dont la direction est perpendiculaire à celle du champ électrique E rayonné par la ligne à fente (9).
21. Utilisation d'un radiateur d'ondes selon l'une des revendications précédentes comme source élémentaire d'une antenne-réseau à balayage électronique.
22. Utilisation de deux radiateurs d'ondes selon l'une des revendications 1 à 20 comme module d'une lentille, les deux radiateurs d'ondes étant disposés symétriquement par rapport à un déphaseur à diodes (28).
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