EP0202979B1 - Polarization-selective reflecting device and method of making such a device - Google Patents
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- H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
- H01Q19/19—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface
- H01Q19/195—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface wherein a reflecting surface acts also as a polarisation filter or a polarising device
Definitions
- the main object of the invention is a device reflecting the electromagnetic waves of a polarization and its production method.
- Specialized speed cameras are being added to modern speed cameras to collect additional information. It is essential to be able to separate electromagnetic waves belonging to various channels. It is known in Cassegrain type antennas to use crossed polarizations for the various channels. For example, a main channel works in horizontal rectilinear polarization while an additional channel works in vertical rectilinear polarization. Separation at reception takes place at an auxiliary reflector of the Cassegrain antenna, reflecting for one polarization and transparent for the other. Such reflectors were made with parallel metal wires. The parallel metal wires are embedded in a low loss dielectric, or form a screen. The known type of auxiliary reflector was not perfectly transparent for one channel without being perfectly reflective for the other. In theory, the system only works in the main planes, that is to say the horizontal plane and the vertical plane.
- US Patent 4,144,535 describes a system which attempts to optimize simultaneously the transmission of electromagnetic waves having a first polarization and the reflection of waves having a second polarization orthogonal to the first. Thus, neither the reflection nor the transmission are completely optimized.
- the device according to the present invention is made perfectly reflective for one of the polarizations. So the addition of an additional lane to an existing radar does not in any way disturb its operation. However, it should be noted that the reflector according to the invention is not perfectly transparent for the electromagnetic waves belonging to the additional channel.
- FIG 1 the principle of embodiment of a reflector 1 according to the invention is illustrated.
- an orthonormal reference frame 2 O, x , y , z The axis of z is the axis of propagation of electromagnetic energy.
- the origin O of the reference corresponds for example to the opening of a primary source.
- the primary source not shown is for example a rectangular monopolarization horn.
- the opening of the primary source is the seat of uniform illumination in polarization, the electric field being, for example, parallel to the axis Ox.
- the field radiated in space by such a source is at any point parallel to the axis Ox.
- the lines of electric fields are circles 4 included in horizontal planes.
- a straight line 5 passes through the origin O and through a point 42 of the part 41 of the circle 4.
- ⁇ the angle formed between the line 5 and the axis Oy.
- the metallizations are carried out successively for a series of horizontal circles 4 belonging to the sphere 3.
- the metallizations are for example wires of round section.
- the wires are included in a dielectric material.
- the diameter of the wires, their spacing and the thickness of the dielectric are chosen in a manner known to those skilled in the art. This choice is the same as for the known type of reflector with parallel metallic wires.
- metallic surfaces are produced by depositing metallic layers on a dielectric. This realization implements the same techniques as those of the realization of printed circuits.
- the auxiliary reflector 1 is a hyperbolic reflector.
- the current lines obtained on the reflector 1 are sections of this reflector by the apex cones O resting on the circles C. In the example illustrated in FIG. 1, these cones are cones of revolution whose apex is located at the focal point O of the hyperboloid of revolution 1.
- the lines 6 of current induced in the auxiliary reflector 1 are the planar sections of this reflector.
- FIG. 3 an exemplary embodiment of a radar antenna according to the invention can be seen.
- the antenna of FIG. 3 comprises a first source 9 and a second source 15 of electromagnetic radiation.
- the sources 9 and 15 are for example horns with rectangular opening. Sources 9 and 15 work in orthogonal polarizations between them.
- the antenna also includes an auxiliary reflector 1 and a main reflector 74.
- Source 9 corresponds to the main channel of the antenna illustrated.
- the antenna is of the Cassegrain type, the waves 19 emitted for example in horizontal polarization are first of all reflected on the auxiliary reflector 1 then on the main reflector 74.
- the reflector 1 is perfectly reflective for the waves emitted by the source 9.
- the radiation source 15 corresponds to an additional channel added to the antenna.
- the antenna behaves like a monoreflective antenna.
- the radiation 115 emitted by the source 15, for example in vertical polarization, passes through the auxiliary reflector 1 before being reflected by the main mirror 74.
- the auxiliary reflector 1 according to the invention does not constitute an obstacle and does not present any shadow effect for the radiation emitted by the source 15.
- auxiliary reflector 1 for the channel corresponding to the source 9 does not make it perfectly transparent for the channel corresponding to the source 15. However, this is not very troublesome for an auxiliary channel.
- the invention applies mainly to radars with several channels.
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Description
L'invention a principalement pour objet un dispositif réfléchissant les ondes électromagnétiques d'une polarisation et son procédé de réalisation.The main object of the invention is a device reflecting the electromagnetic waves of a polarization and its production method.
On adjoint aux radars modernes des voies spécialisées permettant de recueillir des informations supplémentaires. Il est essentiel de pouvoir séparer les ondes électromagnétiques appartenant à diverses voies. Il est connu dans les antennes de type Cassegrain d'utiliser des polarisations croisées pour les diverses voies. Par exemple, une voie principale travaille en polarisation rectiligne horizontale tandis qu'une voie supplémentaire travaille en polarisation rectiligne verticale. La séparation à la réception s'effectue au niveau d'un réflecteur auxiliaire de l'antenne Cassegrain, réfléchissant pour une polarisation et transparent pour l'autre. De tels réflecteurs étaient réalisés avec des fils métalliques parallèles. Les fils métalliques parallèles sont noyés dans un diélectrique à faible perte, ou constituent un grillage. Le réflecteur auxiliaire de type connu n'était pas parfaitement transparent pour une voie sans pour autant être parfaitement réfléchissant pour l'autre. En effet théoriquement le système ne fonctionne que dans les plans principaux c'est-à-dire le plan horizontal et le plan vertical.Specialized speed cameras are being added to modern speed cameras to collect additional information. It is essential to be able to separate electromagnetic waves belonging to various channels. It is known in Cassegrain type antennas to use crossed polarizations for the various channels. For example, a main channel works in horizontal rectilinear polarization while an additional channel works in vertical rectilinear polarization. Separation at reception takes place at an auxiliary reflector of the Cassegrain antenna, reflecting for one polarization and transparent for the other. Such reflectors were made with parallel metal wires. The parallel metal wires are embedded in a low loss dielectric, or form a screen. The known type of auxiliary reflector was not perfectly transparent for one channel without being perfectly reflective for the other. In theory, the system only works in the main planes, that is to say the horizontal plane and the vertical plane.
Le Brevet US 4 144 535 décrit un système qui essaie d'optimiser simultanément la transmission d'ondes électromagnétiques ayant une première polarisation et la réflexion d'ondes ayant une seconde polarisation orthogonale à la première. Ainsi, ni la réflexion ni la transmission ne sont complètement optimisées.US Patent 4,144,535 describes a system which attempts to optimize simultaneously the transmission of electromagnetic waves having a first polarization and the reflection of waves having a second polarization orthogonal to the first. Thus, neither the reflection nor the transmission are completely optimized.
Le dispositif selon la présente invention est rendu parfaitement réfléchissant pour l'une des polarisations. Ainsi l'adjonction d'une voie supplémentaire dans un radar existant ne perturbe en rien le fonctionnement de celui-ci. Toutefois, il faut signaler que le réflecteur selon l'invention n'est pas parfaitement transparent pour les ondes électromagnétiques appartenant à la voie supplémentaire.The device according to the present invention is made perfectly reflective for one of the polarizations. So the addition of an additional lane to an existing radar does not in any way disturb its operation. However, it should be noted that the reflector according to the invention is not perfectly transparent for the electromagnetic waves belonging to the additional channel.
L'invention a principalement pour objet un réflecteur d'ondes hyperfréquence comportant des surfaces métalliques et des surfaces non métalliques, principalement caractérisé par le fait qu'il est parfaitement réfléchissant pour les ondes d'une première polarisation et partiellement transparent pour les ondes d'une seconde polarisation orthogonale à la première polarisation, les surfaces métalliques se trouvent aux intersections de la surface du réflecteur avec un faisceau de droites passant par un foyer 0 dudit réflecteur et par un cercle horizontal inclus dans une sphère de centre 0 de telle manière que lesdites surfaces métalliques sont placées à l'intersection de la surface du réflecteur et des plans d'équation:
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs parmi lesquels:
- _ la figure 1 est un schéma explicatif;
- _ la figure 2 est un schéma explicatif;
- _ la figure 3 est un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention.
- _ Figure 1 is an explanatory diagram;
- _ Figure 2 is an explanatory diagram;
- _ Figure 3 is a diagram of an exemplary embodiment of the device according to the invention.
Sur les figures 1 à 3 les mêmes références désignent les mêmes éléments.In FIGS. 1 to 3, the same references designate the same elements.
Sur la figure 1, est illustré le principe de réalisation d'un réflecteur 1 selon l'invention. Sur la figure 1 on peut voir un repère orthonormé 2 O,
Sur la figure 1 une ligne droite 5 passe par l'origine O et par un point 42 de la partie 41 du cercle 4. Notons α l'angle formé entre la droite 5 et l'axe Oy. En faisant décrire toute la partie 41 au point 42 du cercle 4 on obtient une portion de cône d'axe Oy. L'intersection 6 de ce cône avec le réflecteur 1 correspond aux métallisations à réaliser sur le réflecteur 1 pour le rendre parfaitement réfléchissant aux rayonnements de polarisation horizontale, le champ électrique parallèle à Ox.In FIG. 1, a
Les métallisations sont réalisées successivement pour une série de cercles 4 horizontaux appartenant à la sphère 3. Les métallisations sont par exemple des fils de section ronde. Dans une variante de réalisation du dispositif selon l'invention les fils sont inclus dans un matériau diélectrique. Le diamètre des fils, leur espacement ainsi que l'épaisseur du diélectrique sont choisis de façon connue à l'homme de l'art. Ce choix est le même que pour le réflecteur de type connu à fils métalliques parallèles.The metallizations are carried out successively for a series of horizontal circles 4 belonging to the
Dans une autre variante de réalisation du dispositif selon l'invention des surfaces métalliques sont réalisées par dépôt de couches métalliques sur un diélectrique. Cette réalisation met en oeuvre les mêmes techniques que celles de la réalisation de circuits imprimés.In another alternative embodiment of the device according to the invention, metallic surfaces are produced by depositing metallic layers on a dielectric. This realization implements the same techniques as those of the realization of printed circuits.
Pour la clarté de la figure une seule surface métallique est illustrée.For clarity of the figure only one metal surface is illustrated.
Sur la figure 2, on peut voir un schéma explicatif permettant de déterminer les lignes de courant induit dans le réflecteur auxiliaire 1. Dans l'exemple illustré le réflecteur auxiliaire 1 est un réflecteur hyperbolique. Les lignes de courant obtenues sur le réflecteur 1 sont des sections de ce réflecteur par les cônes de sommet O s'appuyant sur les cercles C. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, ces cônes sont des cônes de révolution dont le sommet est situé au foyer O de l'hyperboloïde de révolution 1. Les lignes 6 de courant induit dans le réflecteur auxiliaire 1 sont les sections planes de ce réflecteur. Le cône des révolutions de sommet O, d'axe Oy et de demi-angle au sommet α a pour équation:
Le réflecteur auxiliaire hyperbolique 1 a pour équation:
En éliminant x entre l'équation (1) et (2) on obtient:
L'équation (3) est l'équation d'un faisceau linéaire des plans paramétrés par α passant par la droite 73 fixe d'équations:
Soit 11 l'hyperboloïde de révolution correspondant au réflecteur auxiliaire 1. Soit 7 et 70 les asymptotes à l'hyperboloïdes de révolution 11 inclus dans le plan d'équation x = 0. Le point 8 intersection des droites 7 et 70 est le centre de symétrie de l'hyperboloïde de révolution 11. Soit J la projection du foyer 0 de l'hyperboloïde de révolution 11 sur la droite 70. I est la projection du point J sur l'axe Oz et l'intersection de la droite 73 avec le plan d'équation x = 0. Les lignes de courant 6 sur le réflecteur auxiliaire 1 sont définies comme les intersections du réflecteur 1 avec les plans d'équation (3). En remplaçant la surface du réflecteur auxiliaire 1 par une nappe de fils métalliques qui épouse les lignes de courant 6 on constitue un dispositif strictement équivalent au réflecteur auxilliare 1 pour le rayonnement ayant induit la ligne de courant 6.Let 11 be the hyperboloid of revolution corresponding to the auxiliary reflector 1. Let 7 and 70 be the asymptotes with the hyperboloid of
Sur la figure 3, on peut voir un exemple de réalisation d'antenne radar selon l'invention. L'antenne de la figure 3 comporte une première source 9 et une seconde source 15 de rayonnement électromagnétique. Les sources 9 et 15 sont par exemple des cornets à ouverture rectangulaire. Les sources 9 et 15 travaillent en polarisations orthogonales entre elles. L'antenne comporte aussi un réflecteur auxiliaire 1 et un réflecteur principal 74.In FIG. 3, an exemplary embodiment of a radar antenna according to the invention can be seen. The antenna of FIG. 3 comprises a first source 9 and a
La source 9 correspond à la voie principale de l'antenne illustrée. Pour la source 9 l'antenne est du type Cassegrain, les ondes 19 émises par exemple en polarisation horizontale sont tout d'abord réfléchies sur le réflecteur auxiliaire 1 puis sur le réflecteur principal 74. Le remplacement d'un réflecteur entièrement métallisé par le réflecteur auxiliaire 1 selon l'invention ne perturbe en rien le fonctionnement de la voie correspondant à la source 9. Le réflecteur 1 est parfaitement réfléchissant pour les ondes émises par la source 9.Source 9 corresponds to the main channel of the antenna illustrated. For the source 9 the antenna is of the Cassegrain type, the
La source de rayonnement 15 correspond à une voie supplémentaire rajoutée à l'antenne. Pour cette source l'antenne se comporte comme une antenne monoréflecteur. Le rayonnement 115 émis par la source 15, par exemple en polarisation verticale, traverse le réflecteur auxiliaire 1 avant d'être réfléchi par le miroir principal 74. Le réflecteur auxiliaire 1 selon l'invention ne constitue pas un obstacle et ne présente pas d'effet d'ombre pour le rayonnement émis par la source 15.The
Il est à signaler que l'optimisation du réflecteur auxiliaire 1 pour la voie correspondant à la source 9 ne permet pas de le rendre parfaitement transparent pour la voie correspondant à la source 15. Toutefois cela n'est pas très gênant pour une voie auxiliaire.It should be noted that the optimization of the auxiliary reflector 1 for the channel corresponding to the source 9 does not make it perfectly transparent for the channel corresponding to the
L'invention s'applique principalement aux radars comportant plusieurs voies.The invention applies mainly to radars with several channels.
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