EP0117803B1 - Source hyperfréquence à large bande du type cornet, et antenne comportant une telle source - Google Patents
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- EP0117803B1 EP0117803B1 EP84400295A EP84400295A EP0117803B1 EP 0117803 B1 EP0117803 B1 EP 0117803B1 EP 84400295 A EP84400295 A EP 84400295A EP 84400295 A EP84400295 A EP 84400295A EP 0117803 B1 EP0117803 B1 EP 0117803B1
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- 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
- H01Q13/02—Waveguide horns
Definitions
- the present invention relates to a broadband microwave source of the broadband horn type in a plane.
- the antennas of the first type have an exponential structure or a logarithmic periodicity: the directivity obtained is of the same order for the two main planes.
- certain technological problems linked to the operating range or to the level of the radiated power prevent total control of the width of the diagram and therefore do not always meet the needs relating to directivity and polarization.
- US-A-3,530,482 describes a horn comprising a movable partition allowing the radiation pattern to be varied.
- This distribution can be modified by various means which limit the band and are only suitable for particular directivities.
- the source according to the invention comprises a sector horn in said plane with a cylindrical radiating opening and internal radial partitions forming a plurality of elementary sources, the respective amplitudes of which can be adjusted so that the sectoral horn radiates according to the desired amplitude distribution.
- the main object of the invention is a broadband microwave source according to claim 1.
- the broadband microwave source object of the invention, makes it possible to obtain, depending on the opening angle, protruding or entering, of the cylinder section in the first reference plane a wide variety of directivities in the first plane of reference.
- a first and a second reference planes are chosen to be parallel respectively to the electric field E and to the magnetic field H of an electromagnetic wave which propagates in a guide. wave 6 and which excites the source according to the invention. It is assumed in the following description that it is desired to cover a wide angular range over a wide frequency band, in the first reference plane.
- the source according to the invention comprises a sectoral horn 1 in the plane H, that is to say a rectangular waveguide having a flaring in the plane of the field H.
- the horn sectoral 1 then flares in the plane of the electric field E by means of a horn 2 sectoral in the plane E having the shape of a cylindrical sector of director parallel to the field H.
- a plurality of N internal partitions 31, ... 3k, ..., 3N are produced radially in the cylindrical sector 2.
- the diagram (not shown) of such a source covers, in the plane E of the horn, a very wide and substantially constant angular range over a fairly wide frequency band. Depending on the opening angle of the cylindrical sector, semi-omnidirectional coverage can be obtained.
- the frequency band can be widened by the use of an excitation guide 6 with steps of variable height and width, arranged on the internal walls of the sectoral horn 1 on the sides in the plane H of the horn.
- the contour of the cylindrical sector 2 can be an arc of a circle as in the figures but can also have another shape.
- the N partitions 31, ..., 3k, ..., 3N play the role of power distributors.
- the cylindrical opening of the horn 2 can therefore be considered as a network of (N + 1) elementary sources of order k between 1 and N + 1 whose amplitude can be modified.
- An elementary source is limited by two partitions or a partitioning and a side wall of the horn 2.
- a, and A denote the spacings between the partition 31 and the side wall, at the inlet and at the opening of the horn 2 respectively, and by aN +1 and A N + 1 the spacings between the 3N partition. and the side wall, at the entrance and at the opening of the horn 2 respectively.
- the spacing a k of order k determines the amplitude of the field over the radiating opening of the elementary radiating source of order k cut in the cylindrical part 2.
- the spacings A 1 , ..., A k , .... A N + 1 must comply with the conditions specific to the operation of networks of radiating sources: they must be of the order of ⁇ M / 2, ⁇ M being the length wave corresponding to the maximum operating frequency.
- FIG. 2 represents a partial view in cross section in the plane E of the source of FIG. 1.
- the excitation waveguide 6 and part of the sectoral horn 1 have not been shown.
- the source according to the invention can, as illustrated by FIG. 2, include phase shifters 5 arranged between certain partitions.
- Each phase shifter 5 makes it possible to adjust the phase of the radiating elementary source constituted by the part of the cylindrical sector 2 comprised between the two partitions or a partitioning and a side wall framing the phase shifter 5 considered.
- the phase shifters 5 can be with a dielectric strip for example.
- the broadband source represented by FIGS. 1 and 2 therefore behaves like a network of (N + 1) elementary sources distributed over a cylindrical sector the amplitude law of which can be modified using the spacings a k between partitions and possibly the phase law by inserting phase shifters 5 between certain partitions.
- FIGS. 3a and 4a show partial schematic sections in the plane E of variants of the source according to the invention.
- the sources which have the configuration illustrated by FIGS. 3a and 4a respectively, have different directivities as shown by their radiation diagrams represented schematically by corresponding FIGS. 3b and 4b.
- the source in FIG. 3a has an average directivity.
- the one in Figure 4a is semi-omnidirectional.
- a pyramidal horn 7 that is to say sectoral in the planes E and H connects the excitation waveguide 6 (with or without steps) to the cylindrical sector 2 forming a horn provided with partitions 31, ..., 3k, ..., 3N.
- the opening angle 0 (the definition of which is indicated in the description of FIG. 1 but which is not repeated in FIGS. 3a and 3a so as not to complicate them) of the cylindrical sector 2 is of the order of 90 ° in the source of FIG. 3a with medium directivity but is re-entrant in the case of the semi-omnidirectional antenna of FIG. 4a.
- the frequency band can be increased by the use of a stepped excitation waveguide 6.
- the steps 4 (not shown) are then placed on the walls, parallel to the field H of the guide 6 and of the pyramid horn 7.
- a source has thus been described, the radiation diagram of which can be made wide in a plane (plane E in the figures) and is independent of the frequency over a wide frequency band.
- the present invention is applicable to direction finding, listening or wideband jamming antennas in K band for example.
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Description
- La présente invention concerne une source hyperfréquence à large bande du type cornet à large rayonnement dans un plan.
- Dans le domaine des systèmes d'écoute et de détection large bande des signaux radars ou systèmes de brouillage de signaux radars, on a besoin d'une antenne présentant un diagramme de rayonnement large dans un des plans principaux, gisement par exemple, et constant sur une largeur de bande importante. Le diagramme peut être, dans l'autre plan principal, modélé suivant le besoin.
- Il existe deux types connus d'antennes dont le diagramme de rayonnement est indépendant de la fréquence:
- Les antennes du premier type sont à structure exponentielle ou à périodicité logarithmique: la directivité obtenue est du même ordre pour les deux plans principaux. Mais certains problèmes technologiques liés à la gamme de fonctionnement ou au niveau de la puissance rayonnée empêchent la maîtrise totale de la largeur du diagramme et ne répondent donc pas toujours aux besoins concernant la directivité et la polarisation.
- Les antennes du deuxième type sont à ouverture rayonnante. Elles sont limitées en ce qui concerne la gamme de fréquence et les possibilités de directivité. Parmi les sources à ouvertures rayonnantes, les cornets sont adaptés à des directivités moyennes ou larges. La largeur du faisceau rayonne par les cornets varie en fonction de la longueur d'onde, donc en fonction de la fréquence. Les variations de la largeur du faisceau en fonction de la fréquence peuvent être minimisées de differentes façons. Mais les techniques de compensation utilisées imitent la gamme de fonctionnement. On peut citer par exemple:
- - Pour les guides d'onde qui présentent un allongement progressif des grands côtés, c'est-à-dire un évasement dans le plan du champ magnétique H, ces guides étant encore appelés cornets sectoraux dans le plan H, les différences de trajets d'onde peuvent être minimisées en prenant un cornet très long ce qui augmente l'encombrement de la source. Si le cornet est court, la compensation peut être réalisée par un déphasage sur l'ouverture du cornet qui limite les variations de largeur du faisceau dans la gamme de fréquence.
- - La compensation peut être réalisée par des rainures. C'est la technique des cornets dits "corrugués". La largeur de bande de ce type de cornet est inférieure ou égale à l'octave, ce qui est très insuffisant.
- - Une compensation réalisée par des éléments diffractants tels que barreaux métalliques devant l'ouverture, volets métalliques flanquant chaque côté de l'ouverture, permet d'obtenir une stabilité des performances qui dépasse difficilement une largeur de bande d'une octave. De plus les diagrammes de directivité peuvent presenter des défauts.
- Le document 1979 INTERNATIONAL SYMPOSIUM DIGEST - ANTENNAS AND PROPAGATION, volume 2, juin 1979, pages 718-721, IEEE, New-York, USA; F.M. LANDSTORFER et al.: "Side lobe reduction with horn-antennas", décrit des cornets comportant des partitions permettant de limiter les lobes latéraux. Toutefois, la répartition de l'énergie varie en fonction de la fréquence.
- Le brevet US-A-3 530 482 décrit un cornet comportant une partition mobile permettant de faire varier le diagramme de rayonnement.
- Les brevets FR-A-1 343 253, FR-A-1 025 244, US-A-2 415 807 décrivent diverses positions de partitions dans un cornet.
- Les limitations observées avec les moyens de compensation mentionnés ci-dessus sont dues au fait qu'on maîtrise mal la répartition du champ sur l'ouverture rayonnante. Elle est en effet souvent imposée par le mode d'excitation de l'ouverture, par exemple dans le cas d'une excitation par un guide d'onde, par le mode de propagation dans le guide.
- Cette répartition peut être modifiée par différents moyens qui limitent la bande et conviennent seulement à des directivités particulières.
- Pour résoudre le problème posé dans le préambule de la description, à savoir l'obtention sur une large bande de fréquences d'un diagramme qui dans un plan déterminé peut couvrir un domaine angulaire très étendu, la source selon l'invention comprend un cornet sectoral dans ledit plan avec une ouverture rayonnante cylindrique et des cloisonnements radiaux internes formant une pluralité de sources élémentaires dont les amplitudes respectives peuvent être ajustées de telle façon que le cornet sectoral rayonne suivant la distribution d'amplitude désirée.
- L'invention a principalement pour objet une source hyperfréquence à large bande conforme à la revendication 1.
- La source hyperfréquence à large bande, objet de l'invention, permet d'obtenir selon l'angle d'ouverture, saillant ou rentrant, de la section de cylindre dans le premier plan de référence une grande variété de directivités dans le premier plan de référence.
- D'autres avantages et caractéristiques de la source selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec référence aux figures ci-annexées qui représentent:
- - Fig. 1, la vue en perspective d'une source selon l'invention;
- - Fig. 2, une vue partielle en coupe d'une variante de la source de la figure 1 ;
- - Figs. 3a et 4a, une autre variante de la source selon l'invention pour deux directivités différentes, leur diagramme de rayonnement étant représenté schématiquement par les figures 3b et 4b respectivement.
- Les mêmes références sont utilisées dans les figures pour désigner des éléments identiques ou remplissant la même fonction.
- Dans les modes de réalisation non-limitatifs représentés par les figures et décrits ci-après, un premier et un deuxième plans de référence sont choisis parallèles respectivement au champ électrique E et au champ magnétique H d'une onde électromagnétique qui se propage dans un guide d'onde 6 et qui excite la source selon l'invention. On suppose dans la suite de la description que l'on désire couvrir sur une large bande de fréquence un domaine angulaire étendu, dans le premier plan de référence.
- La source selon l'invention, représentée en perspective par la figure 1, comprend un cornet 1 sectoral dans le plan H, c'est-à-dire un guide d'onde rectangulaire présentant un évasement dans le plan du champ H. Le cornet sectoral 1 s'evase ensuite dans le plan du champ électrique E moyenant un cornet 2 sectoral dans le plan E ayant la forme d'un secteur cylindrique de directrice parallèle au champ H. Une pluralité de N cloisonnements internes 31,...3k,...,3N sont réalisés radialement dans le secteur cylindrique 2. Le diagramme (non représenté) d'une telle source couvre, dans le plan E du cornet, un domaine angulaire très étendu et sensiblement constant sur une bande de fréquence assez large. Selon l'angle d'ouverture du secteur cylindrique, une couverture semi-omnidirectionnelle peut être obtenue. La bande de fréquence peut être élargie par l'emploi d'un guide d'excitation 6 à redans de hauteur et largeur variables, disposés sur les parois intérieures du cornet sectoral 1 sur les côtés dans le plan H du cornet.
- Le contour du secteur cylindrique 2 peut être un arc de cercle comme dans les figures mais peut également présenter une autre forme.
- Les N cloisonnements 31,...,3k,...,3N jouent le rôle de répartiteurs de puissance. L'ouverture cylindrique du cornet 2 peut donc être considérée comme un reseau de (N + 1) sources élémentaires d'ordre k compris entre 1 et N + 1 dont on peut modifier l'amplitude respective. Une source élémentaire est limitée par deux cloisonnements ou un cloisonnement et une paroi latérale du cornet 2. Sur les figures on désigne par ak(k=2 à N) l'espacement de deux cloisonnements 3(k-1) et 3k du côté de l'excitation du secteur cylindrique 2 par le cornet sectoral 1 et par Ak (k-2 à N) l'ouverture rayonnante comprise entre les deux cloisonnements 3(k-1) et 3k considérés, sur la face extérieure rayonnante de la source. De même on désigne par a, et A, les espacements entre le cloisonnement 31 et la paroi latérale, à l'entrée et à l'ouverture du cornet 2 respectivement et par aN +1 et AN+1 les espacements entre le cloisonnement 3N et la paroi latérale, à l'entrée et à l'ouverture du cornet 2 respectivement.
- L'espacement ak d'ordre k détermine l'amplitude du champ sur l'ouverture rayonnante de la source élémentaire rayonnante d'ordre k decoupée dans la partie cylindrique 2.
- Les espacements A1,...,Ak,....AN+1 doivent respecter les conditions propres au fonctionnement des réseaux de sources rayonnantes: ils doivent être de l'ordre de λM/2, λM étant la longueur d'onde correspondant à la fréquence maximale de fonctionnement.
- De plus, la source représentée par la figure 1, avec ou sans redans 4, peut fonctionner sur une large bande de fréquence si la largeur de la face de sortie du secteur cylindrique 2, à savoir si la somme
- La figure 2 représente une vue partielle en coupe transversale dans le plan E de la source de la figure 1. Le guide d'onde d'excitation 6 et une partie du cornet sectoral 1 n'ont pas été représentés. Mais tandis que la source de la figure 1 est à répartition équiphase, en plus des élements de la figure 1 qui portent les mêmes réferences, la source selon l'invention peut, comme illustré par la figure 2, comporter des déphaseurs 5 disposés entre certains cloisonnements. Chaque déphaseur 5 permet d'ajuster la phase de la source élémentaire rayonnante constituée par la partie du secteur cylindrique 2 comprise entre les deux cloisonnements ou un cloisonnement et une paroi latérale encadrant le dephaseur 5 considéré. Les déphaseurs 5 peuvent être à lame diélectrique par exemple.
- La source à large bande représentée par les figures 1 et 2 se comporte donc comme un réseau de (N + 1) sources élémentaires reparties sur un secteur cylindrique dont on peut modifier la loi d'amplitude à l'aide des espacements ak entre cloisonnements et éventuellement la loi de phase en insérant des déphaseurs 5 entre certains cloisonnements.
- Les figures 3a et 4a représentent des coupes schématiques partielles dans le plan E de variantes de la source selon l'invention. Les sources qui présentent la configuration illustrée par les figures 3a et 4a respectivement, ont des directivités différentes ainsi que le montrent leurs diagrammes de rayonnement représentés schématiquement par les figures 3b et 4b correspondantes.
- La source de la figure 3a présente une directivité moyenne. Celle de la figure 4a est semi-omnidirectionnelle. Dans les deux cas, un cornet pyramidal 7 (c'est-à-dire sectoral dans les plans E et H) raccorde le guide d'onde d'excitation 6 (muni ou non de redans) au secteur cylindrique 2 formant cornet muni de cloisonnements 31,..., 3k,...,3N. L'angle d'ouverture 0 (dont la définition est indiquée dans la description de la figure 1 mais qui n'est pas rappelée sur les figures 3a et 3a afin de ne pas les compliquer) du secteur cylindrique 2 est de l'ordre de 90° dans la source de la figure 3a à directivité moyenne mais est rentrant dans le cas de l'antenne semi-omnidirectionnelle de la figure 4a.
- Vu le nombre important de cloisonnements dans la source de la figure 4a étant donné les grandes dimensions du secteur cylindrique 2 et les conditions de fonctionnement mentionnées plus haut et portant sur le dimensionnement du secteur cylindrique, seuls certains cloisonnements sont prolongés jusqu'à la face d'excitation du secteur cylindrique 2 à sa jonction avec le cornet pyramidal 7.
- Comme pour le mode de réalisation de la figure 1, la bande de fréquence peut être augmentée par l'emploi d'un guide d'onde d'excitation 6 à redans. Les redans 4 (non représentés) sont alors disposés sur les parois, parallèles au champ H du guide 6 et du cornet pyramidal 7.
- On a ainsi décrit une source dont le diagramme de rayonnement peut être rendu large dans un plan (plan E dans les figures) et est indépendant de la fréquence sur une large bande de fréquence.
- La présente invention est applicable aux antennes de goniométrie, d'écoute ou de brouillage large bande en bande K par exemple.
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RU2065648C1 (ru) | Антенна с протяжным раскрывом (ее варианты) |
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