EP0206846A1 - Déphaseur en micro-ondes, notamment en ondes millimétriques, à commande piézoélectrique - Google Patents
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- EP0206846A1 EP0206846A1 EP86400891A EP86400891A EP0206846A1 EP 0206846 A1 EP0206846 A1 EP 0206846A1 EP 86400891 A EP86400891 A EP 86400891A EP 86400891 A EP86400891 A EP 86400891A EP 0206846 A1 EP0206846 A1 EP 0206846A1
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- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/32—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by mechanical means
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- H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
- H01Q3/443—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element varying the phase velocity along a leaky transmission line
Definitions
- the present invention relates to a microwave phase shifter and more particularly to such a millimeter wave phase shifter comprising a dielectric waveguide, a reflective conducting plane parallel to one of the sides of the waveguide and piezoelectric means for varying the distance between the reflecting plane and the guide.
- the invention relates to dielectric waveguide antennas with variable diagram or lobe scanning in which the phase shifter has periodic disturbances.
- the present invention aims to provide a phase shifter for microwaves with a dielectric waveguide offering a continuously variable phase shift by virtue of a displacement of a conductive plane relative to the guide controlled by piezoelectric means.
- phase shifter according to the invention is as defined in claim 1.
- Re denotes the real part of a complex quantity.
- phase shift per unit of length as a function of the parameter t / b for a given value of bk o .
- the phase shift curve can be plotted per unit of length as a function of t for a given operating frequency, as shown in Fig. 3.
- phase shift per unit of length is given by the following relation:
- k z (t,) and k z (t2) respectively designating propagation constants corresponding to thicknesses of the air space of t, and t2.
- ⁇ is expressed in radians per centimeter if k z is in radians per centimeter. If the action of the air gap is exerted on a length l of isolated image guide, the corresponding phase shift will be equal to:
- a waveguide 10 of dielectric or semiconductor material - rests on two shims 11 and 11 'of dielectric material of low permittivity. These shims themselves rest on the rim 12 of a rectangular box 13 of the U-shaped support. In this box is housed a stack of piezoelectric ceramic washers 14. The electrodes of these washers are respectively connected to two poles of a variable DC voltage source 15. To the highest washer is fixed, for example by gluing, a rectangular plate forming a reflector plane 16 bevelled in chamfers 17. Depending on the activation voltage of the piezoelectric washers connected in parallel, the reflector is moved from a position distant from the waveguide 10 to a position in which it is pressed against the large face of the waveguide 10.
- the chamfers or tapered portions 17 are provided to take account of the variation in impedance with the distance "reflector plane guide”.
- the transition "metallic guide-dielectric guide” in Fig.6 can be used.
- This transition includes a gentle slope narrowing 18 of the height of the metal guide 20 followed by a widening 18 'also in gentle slope of this same height.
- This narrowing and this widening form a structure in double truncated pyramid which provides a rectangular slot 19 in the metal guide. It is in this slot that the dielectric guide is inserted.
- the slot is slightly greater than the height of the dielectric guide to allow travel of at most a few hundred microns. The dielectric guide is thus excited in Ey mode 1,1-
- the phase shifter with a dielectric guide in FIG. 6 can be converted into an antenna or an array of antennas by having, along the dielectric guide, means for disturbing the guided wave which form radiating elements.
- Fig.7 shows a network of antennas.
- the radiation pattern of such a network of bands depends as it is known on the number of radiating elements N, on the spacing between elements measured at wavelength n and on the phase shift between adjacent radiating elements p.
- the radiation diagram is represented by the function:
- ⁇ z is varied by means of a conducting plane, one obtains a variation in the phase shift between bands and consequently a lobe scan.
- the conductive strips form three groups 22, 22 ', 22 "whose spacings between strips are respectively ⁇ , ⁇ ', ⁇ ''.
- Three flat conductive plates 24, 24 ', 24" are provided below the three groups of strips and are based on stacks of piezoelectric ceramic washers 25, 25 ', 25 ". These stacks are activated by variable direct current sources 26, 26', 26". By an appropriate adjustment of the current sources, one obtains either a change of diagram of the antenna array or a lobe scan.
- Fig.8 shows a dielectric waveguide antenna 27 in which the radiating disturbances are corrugations 28 of the guide 27.
- the adjustment system of the conductive plane 29 is the same as in Fig.6; that is to say comprises washers 14 made of piezoelectric material.
- the antenna array in Fig. 7 has three independent conducting planes for adjusting the guided wavelength, and the antenna array in Fig. 8 has a single conducting plane.
- the number of independent adjustment conducting planes depends on the antenna diagrams that one wants to obtain.
- each conducting plane for adjusting the guided wavelength is moved in translation by means of a stack of piezoelectric ceramic washers.
- the order of magnitude of the translation is from a few tens to a few hundred microns.
- a stack of 40 piezoelectric washers with a total thickness of 8 cm allows a displacement of 20 / .Lm for an activation voltage of 700 Volts.
- the biplate consists of two washers or piezoelectric discs 31 and 32, as shown in Figs. 9a and 9b, or of two portions of washers forming two parallelepipedic elements, supplied in opposition.
- the curvature of the biplate is changed, as shown in Fig. 9b.
- the upper surface of the washer 31 is metallized into a surface deposit 33 ′ which constitutes the conducting plane for adjusting the guided wavelength.
- the movement of the conductive plane is no longer a translation as in the antenna networks previously described. Movement is a transformation of a plane surface into a substantially spherical, convex or concave surface.
- Fig. 10 shows the arrow in mm. a 50 mm diameter twin plate as a function of the supply voltage in volts.
- Fig.11a shows an antenna in which the phase shift from one radiating element to the next is different and variable.
- Strips 34 are formed on the dielectric waveguide 35.
- the conductive surface 33 ′ is constituted by the metallized surface, of substantially concave shape, of the upper face of a parallelepipedal biplate 31-32 which is mounted on a baluster 37 and is supplied by the direct current source 30.
- FIG. 11 represents an antenna in which the phase shift from one radiating element to the next is the same and is variable.
- the conductive surface consists of a metal plate 33 bonded to the center of a biplate 31-32 supplied by the direct current source 30.
- Fig.12 shows an array of antennas in which the fineness and the direction of the main lobe can be adjusted according to two different rectangular coordinates.
- a millimeter wave generator 40 feeds several dielectric wave guides 41, 42, 43, 44.
- the guides 41 to 44 are identical, parallel and coplanar and are respectively supplied in phase directly and through phase shifters 51, 52 and 53.
- dielectric waveguides 41 to 44 On the dielectric waveguides 41 to 44 are formed, by metallization, parallel and transverse conductive strips 54, 55, 56, 57, respectively.
- a conductive plate 49 On a frame 45 are fixed to the vertices of an equilateral triangle stacks of piezoelectric washers 46, 47, 48, and on the upper washers is fixed a conductive plate 49.
- a variable DC voltage source makes it possible to adjust the heights of the piezoelectric stacks 46, 47, 48.
- the plate 49 is generally horizontal but thanks to the stacks of variable height it can take any inclination in any direction. These inclinations are obviously very small.
- the plate 49 is dielectric and, at the center of the equilateral triangle, is mounted between the plate 49 and the dielectric guides a biplate, the metallized upper washer of which, acting as a reflecting plane, can take a spherical convex or concave shape.
- This biplate can be everywhere distant from the waveguides or be in contact with them in certain places and not in others.
- the DC voltage source then makes it possible to vary the deflection of the piezoelectric biplate.
- Fig.14 shows an alternative embodiment of the antenna array of Figure 12.
- the antennas consisting of dielectric waveguides 71, 72, 73, 74, ... 75 parallel and coplanar and a conductive plane 76 supported by a two-plate disc 77, are respectively supplied via a power distributor 70 and a set of phase shifters 78, 79, 80, 81, ...
- the set of phase shifters consists of guides d dielectric wave and a metallic plane 82 carried by a bi-plate disc 83 whose electrical characteristics can be identical or different from those of the biplate 77.
- the two biplates 77 and 83 are supported by a base 84.
- the metal plane 82 is shaped so that the lengths l 1 , 1 2 , l 3 ... l n-1 of notches in staircase from plane 82 opposite the waveguides are such that: in order to ensure a distribution of the phases ⁇ 1 , ⁇ 2 ... ⁇ n-1 linear such that:
- the invention has been described in the case of a rectangular dielectric waveguide, it can be applied to dielectric waveguides of any shape having at least one wall or planar side, such as guides with semi-cylindrical cross section, the movable metal wall carried by the piezoelectric means being more or less close to said flat wall.
- the invention also applies to the production of a variable power divider 60 shown - schematically in FIG. 13.
- the power divider 60 then consists of a 3 dB Y coupler 61 and a hybrid 3 dB coupler 62 connected together by means of two adjustable phase shifters 63 and 64 according to the invention.
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
- La présente invention concerne un déphaseur pour micro-ondes et plus particulièrement un tel déphaseur en ondes millimétriques comprenant un guide d'onde diélectrique, un plan conducteur réflecteur parallèle à l'un des côtés du guide d'onde et des moyens piézoélectriques de faire varier la distance entre le plan réflecteur et le guide.
- Outre un déphaseur à guide d'onde diélectrique et à commande piézoélectrique, l'invention concerne des antennes à guide d'onde diélectrique et à diagramme variable ou à balayage de lobe dans lesquelles le déphaseur comporte des perturbations périodiques.
- On sait par l'article "Electronic Phase Shifter for Millimeter-Wave Semiconductor Dielectric Inte- grated Circuits" par Harold JACOBS et Metro M. CHREPTA, IEEE transactions on microwave theory and techniques, Vol. MTT-22, N° 4, Avril 1974, pages 411 à 417, que la présence d'un plan métallique sur une face d'un guide diélectrique transforme ce dernier en guide image. Cet article contient un calcul approché par la méthode de MARCATILI pour évaluer la constante de propagation dans le guide dans les deux états extrêmes : guide totalement diélectrique correspondant à un plan conducteur infiniment éloigné, et guide image correspondant à un plan conducteur posé sur un côté du guide. Aucun calcul n'a été fait dans cet article sur le cas général, montrant la variation de la constante de propagation dans le guide en fonction de la distance du plan conducteur au guide diélectrique.
- On a cherché à obtenir une variation de la constante de propagation par une commande électronique en utilisant des barrettes de diodes PIN régulièrement espacées et intégrées sur un côté du guide d'onde diélectrique. Quand les diodes sont polarisées en direct, les zones intrinsèques des diodes PIN se comportent comme un plan conducteur et quand les diodes sont polarisées en inverse, c'est-à-dire sont non-conductrices, elles simulent un état dans lequel aucun plan conducteur n'est présent. Des dispositifs à guide d'onde diélectrique et à barrettes de diodes PIN ont été décrits dans l'article précité et dans l'article "Metal Walls in Close Proximity to a Dielectic Wa- veguide Antenna" par Kenneth L. KLOHN, IEEE transactions on microwave theory and techniques, Vol. MTT-29, N° 9, Septembre 1981; pages 962-966.
- Le principe consistant à simuler la présence ou l'absence du plan conducteur par des diodes PIN est théoriquement bon. Cependant, en pratique, malgré l'injection des porteurs dans la zone intrinsèque des diodes, celles-ci ne sont pas parfaitement conductrices surtout en ondes millimétriques. C'est ce qui explique le résultat décevant obtenu avec ces déphaseurs : un déphasage limité à 35 °/cm à 70 GHz. En outre ce type de dispositif ne peut pas être utilisé pour créer un déphasage continûment variable. En effet, pour de faibles polarisations de la diode (donc faible déphasage), la zone intrinsèque se comporte comme un diélectrique à très fortes pertes.
- La présente invention vise à fournir un déphaseur pour micro-ondes à guide d'onde diélectrique offrant un déphasage continûment variable grâce à un déplacement d'un plan conducteur par rapport au guide commandé par des moyens pièzoélectriques.
- A cette fin, un déphaseur selon l'invention est tel que défini dans la revendication 1.
- Le déphaseur de l'invention présente plusieurs avantages :
- -Le déphasage est parfaitement réciproque.
- -Le déphasage par unité de longueur du guide est très grand. Autour de la fréquence de 94 GHz, on peut obtenir un déphasage de 360 °/cm pour un déplacement du plan réflecteur de 20 microns dans le cas d'un guide diélectrique de forte permittivité relative (Er≅10).
- -Les pertes d'insertion sont extrêmement faibles. Un guide diélectrique isolé, du type alumine-air par exemple, présente des pertes d'insertion de l'ordre de 15 à 20 dB/m autour de 94 GHz, ce qui correspond à des pertes de l'ordre de 0,15 à 0,2 dB/cm.
- -La modulation d'amplitude est négligeable. Lors de la variation du déphasage de 0° à 360°, les pertes d'insertion varient peu à cause des pertes très faibles du dispositif.
- -Le dispositif présente une grande souplesse dans le choix de la pente du déphasage en fonction du déplacement du plan réflecteur. Cette pente peut être de 360°/cm/20 microns dans le cas d'un guide diélectrique isolé, du type alumine-air, et de 360°/cm/300 microns quand on utilise un diélectrique de permittivité relativement faible, tel que téflon par exemple.
- L'invention va être maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexés, dans lesquels :
- -la Fig.1 représente la section rectangulaire d'un guide d'onde image diélectrique alumine-air ainsi que le plan réflecteur de position variable ;
- -la Fig.2 représente des courbes de dispersion du guide de la figure 1 donnant les variations de la constante de propagation normalisée kzlk o du mode fondamental en fonction d'un produit bkod'une dimension ou hauteur b du guide et de la constante de propagation dans l'air pour plusieurs valeurs prédéterminées d'un rapport de la distance guide-réflecteur et de ladite dimension t/b ;
- -la Fig.3 représente la variation du déphasage à 94 GHz par unité de longueur en fonction de la distance entre la face du guide et le plan réflecteur
- -la Fig.4 représente les pertes d'insertion en décibels par mètre en fonction de la hauteur du petit côté du guide pour une longueur d'onde X donnée et plusieurs valeurs de la distance "guide-plan réflecteur" t ;
- -la Fig.5 représente l'impédance du guide en fonction de la hauteur b du petit côté du guide pour différentes valeurs de la distance "guide-plan réflecteur" t ;
- -la Fig.6 représente un déphaseur à guide d'onde diélectrique et à commande piézoélectrique conforme à l'invention ;
- -la Fig.7 représente un réseau d'antenne à guide d'onde diélectrique dont la forme du diagramme de rayonnement et la position du lobe sont commandées par des éléments piézoélectriques, conformément à l'invention ;
- -la Fig.8 est une antenne à guide d'onde diélectrique et à perturbations constituées par des corrugations périodiques, le balayage du lobe étant commandé par des rondelles de céramique piézoélectrique conformément à l'invention ;
- -les Figs.9a, 9b et 10 montrent une "biplaque piézoélectrique" à des états désactivé et activé, et une courbe de déformation en fonction de la tension de cette biplaque, respectivement ;
- -les Figs.11 a et 11 b représentent deux antennes à diagramme variable commandé par biplaque piézoélectrique ;
- -la Fig.12 représente un réseau d'antennes à lobe effilé réglable suivant deux directions différentes ;
- -la Fig.13 représente un diviseur de puissance variable commandé par un déphaseur conforme à l'invention ; et
- -la Fig.14 représente une variante de réalisation du réseau d'antennes de la figure 12.
- En référence à la Fig.1, on considère un guide d'onde diélectrique de section rectangulaire ayant une largeur a et une hauteur b, et un plan réflecteur parallèle à un grand côté du guide et à une distance t de ce grand côté.
- Un calcul rigoureux utilisant la méthode de raccordement des champs permet de tracer les courbes de dispersion donnant la constante de propagation normalisée k2/ko en fonction de bko. ko = 2π/λoest la constante de propagation dans l'air, λo la longueur d'onde dans l'air et b la hauteur du barreau de diélectrique formant le guide. L'on prend comme paramètre t, l'épaisseur de la lame d'air entre le diélectrique et le plan réflecteur. Les courbes obtenues sont indiquées sur la Fig.2
- Les pertes d'insertion en décibels par mètre, représentant la somme des pertes diélectriques et conductrices, en fonction de bko pour différentes valeurs de t/b, sont représentées sur la Fig.4. L'impédance définie par V2/2P en fonction de bko avec t/b comme paramètre, est indiquée sur la Fig.5. Les grandeurs V et P sont définies par les relations suivantes :
- Ey = champ électrique suivant la direction perpendiculaire au plan réflecteur ;
- Ex = champ électrique suivant la direction parallèle au plan réflecteur :
- H X = champ magnétique conjugué suivant H y = champ magnétique conjugué suivant C = paramètre introduit dans la méthode de calcul par raccordement des champs (généralement C≅4 b) :
- P = puissance transportée par le guide ;
- S = surface de la section droite du guide.
- Re désigne la partie réelle d'une quantité complexe.
- On peut déduire des courbes de dispersion de la Fig.2 le déphasage par unité de longueur en fonction du paramètre t/b pour une valeur donnée de bko . Pour un guide image isolé donné, on peut tracer la courbe de déphasage par unité de longueur en fonction de t pour une fréquence de fonctionnement donnée, comme montré à la Fig.3.
- Prenant l'exemple d'un guide image isolé constitué par un barreau d'alumine dans l'air fonctionnant autour de 94 GHz, on a tracé la courbe de déphasage ΔΦ en °/cm en fonction de t en microns pour deux valeurs de bko : 0,75 correspondant à b = 0,38 mm, et 0,90 correspondant à b = 0,45 mm. On constate que ΔΦ = 360 °/cm est obtenu avec une variation de l'épaisseur de la lame d'air de 10 microns à 50 microns par exemple.
-
- kz (t,) et kz (t2) désignant respectivement des constantes de propagation correspondant à des épaisseurs de la lame d'air de t, et t2. ΔΦ s'exprime en radians par centimètre si kz est en radians par centimètre. Si l'action de la lame d'air est exercée sur une longueur ℓ de guide image isolé, le déphasage correspondant sera égal à :
- Les pertes d'insertion et la variation d'impédance d'un tel dispositif quand le déphasage varie de 0 à 360° vont être évaluées en prenant par exemple, le cas où b = 0,45 mm à 94 GHz. Pour t = 10 microns, on a t/b = 2,22% et pour t = 50 microns, on a t/b = 11,11%.
- Les courbes de la Fig.4 montrent que les pertes d'insertions varient de 25 dB/m, ce qui donne des pertes variant de 0,25 à 0,1 dB/cm ; ces pertes d'insertion sont tout à fait négligeables. Ceci montre qu'un déphaseur réalisé suivant l'invention n'introduit pratiquement pas de modulation d'amplitude quel que soit le déphasage.
- Quand à t'impédance définie par V2/2P, pour un déphasage variant de 0 à 360°, elle passe de 90 Ω à 140 Q, soit une variation autour de la valeur moyenne de 22%, comme montré à la Fig.5.
- En se référant à la Fig.6, un guide d'onde 10 en matériau diélectrique ou semi conducteur - (AsGa) repose sur deux cales 11 et 11' en matériau diélectrique de faible permittivité. Ces cales reposent elles-mêmes sur le rebord 12 d'un boîtier rectangulaire 13 du genre support en U. Dans ce boîtier est logé un empilement de rondelles en céramique piézoélectrique 14. Des électrodes de ces rondelles sont connectées respectivement à deux pôles d'une source de tension continue variable 15. A la rondelle la plus haute est fixé, par exemple par collage, une plaque rectangulaire formant plan réflecteur 16 biseauté en des chanfreins 17. Selon la tension d'activation des rondelles piézoélectriques connectées en parallèle, le réflecteur est déplacé d'une position éloignée du guide d'onde 10 à une position dans laquelle il est plaqué contre la grande face du guide d'onde 10.
- Les chanfreins ou parties effilées 17 sont prévues pour tenir compte de la variation d'impédance avec la distance "guide-plan réflecteur".
- Si le déphaseur d'ondes millimétriques est connecté à un guide d'onde métallique en mode TE0,1, on peut utiliser la transition "guide métallique-guide diélectrique" de la Fig.6. Cette transition comprend un rétrécissement en pente douce 18 de la hauteur du guide métallique 20 suivi d'un élargissement 18' également en pente douce de cette même hauteur. Ce rétrécissement et cet élargissement forment une structure en double pyramide tronquée qui ménage une fente rectangulaire 19 dans le guide métallique. C'est dans cette fente qu'est inséré le guide diélectrique. La fente est légèrement supérieure à la hauteur du guide diélectrique pour permettre un débattement d'au plus quelques centaines de microns. Le guide diélectrique se trouve ainsi excité en mode Ey1,1-
- On peut convertir le déphaseur à guide diélectrique de la Fig.6 en antenne ou en réseau d'antennes en disposant, le long du guide diélectrique, des moyens de perturbation de l'onde guidée qui forment des éléments rayonnants.
- La Fig.7 représente un réseau d'antennes. Sur le guide d'onde diélectrique 21 reposant sur des branches d'un support en U par l'intermédiaire de petites cales diélectriques 23,sont formées des bandes conductrices parallèles 22 également espacées dans trois groupes et séparées par des intervalles diélectriques. Ces bandes constituent des perturbations rayonnantes. Le diagramme de rayonnement d'un tel réseau de bandes dépend ainsi qu'il est connu du nombre d'éléments rayonnants N, de l'espacement entre éléments mesuré en longueur d'onde n et du déphasage entre éléments rayonnants adjacents p. Le diagramme de rayonnement est représenté par la fonction :
- Si 3 est l'intervalle entre bandes, le déphasage entre bandes adjacentes est
- Φ = 2π(δ/λz)
- Si l'on fait varier λz grâce à un plan conducteur, on obtient une variation du déphasage entre bandes et par suite un balayage de lobe. Les bandes conductrices forment trois groupes 22, 22', 22" dont les espacements entre bandes sont respectivement δ,δ',δ''. Trois plaques conductrices planes 24, 24', 24" sont prévues en dessous des trois groupes de bandes et reposent sur des empilements de rondelles en céramique piézoélectrique 25, 25', 25". Ces empilements sont activés par des sources de courant continu variable 26, 26', 26". Par un réglage approprié des sources de courant, on obtient soit un changement de diagramme du réseau d'antennes soit un balayage de lobe.
- La Fig.8 représente une antenne à guide d'onde diélectrique 27 dans lequel les perturbations rayonnantes sont des corrugations 28 du guide 27. Le système de réglage du plan conducteur 29 est le même que dans la Fig.6 ; c'est-à-dire comprend des rondelles 14 en matériau piézoélectrique.
- Le réseau d'antennes dans la Fig.7 est à trois plans conducteurs indépendants de réglage de la longueur d'onde guidée et le réseau d'antennes de la Fig.8 est à un seul plan conducteur. Bien entendu le nombre de plans conducteurs de réglage indépendants dépend des diagrammes d'antennes que l'on veut obtenir.
- Dans les dispositifs des Figs.6, 7 et 8, chaque plan conducteur de réglage de la longueur d'onde guidée est déplacé en translation grâce à un empilement de rondelles de céramique piézoélectriques. Pour fixer les idées, l'ordre de grandeur de la translation est de quelques dizaines à quelques centaines de microns. Un empilement de 40 rondelles piézoélectriques d'épaisseur totale de 8 cm permet d'obtenir un déplacement de 20 /.Lm pour une tension d'activation de 700 Volts. On va maintenant décrire l'emploi de "biplaques piézoélectriques" qui sont représentées sur les Figs.9a et 9b et dont la caractéristique "déformation-tension" est donnée par la Fig.10.
- La biplaque se compose de deux rondelles ou disques piézoélectriques 31 et 32, comme montré aux Figs.9a et 9b, ou de deux portions de rondelles formant deux éléments parallélépipédiques, alimentées en opposition. Quand elle est activée, la courbure de la biplaque est modifiée, comme montré à la Fig.9b. La surface supérieure de la rondelle 31 est métallisée en un dépôt superficiel 33' qui constitue le plan conducteur de réglage de la longueur d'onde guidée. Le mouvement du plan conducteur n'est plus une translation comme dans les réseaux d'antennes précédemment décrits. Le mouvement est une transformation d'une surface plane en une surface subtantiellement sphérique, convexe ou concave.
- La Fig.10 représente la flèche en mm. d'une biplaque de 50 mm de diamètre en fonction de la tension d'alimentation en volts.
- La Fig.11a représente une antenne dans laquelle le déphasage d'un élément rayonnant au suivant est différent et variable. Des bandes 34 sont formées sur le guide d'onde diélectrique 35. La surface conductrice 33' est constituée par la surface métallisée, de forme substantiellement concave, de la face supérieure d'une biplaque parallélépipédique 31-32 qui est montée sur une colonnette 37 et est alimentée par la source de courant continu 30.
- La figure 11 représente une antenne dans laquelle le déphasage d'un élément rayonnant au suivant est le même et est variable. La surface conductrice est constituée d'une plaque métallique 33 collée au centre d'une biplaque 31-32 alimentée par la source de courant continu 30.
- La Fig.12 représente un réseau d'antennes dans lequel la finesse et la direction du lobe principal peuvent être réglées selon deux coordonnées rectangulaires différentes.
- Sur la Fig.12, un générateur d'ondes millimétriques 40 alimente plusieurs guides d'ondes diélectriques 41, 42, 43, 44. Les guides 41 à 44 sont identiques, parallèles et coplanaires et sont respectivement alimentés en phase directement et à travers des déphaseurs 51, 52 et 53.
- Sur les guides d'onde diélectrique 41 à 44 sont formées, par métallisation, des bandes conductrices parallèles et transversales 54, 55, 56, 57, respectivement.
- Sur un bâti 45 sont fixés aux sommets d'un triangle équilatéral des empilements de rondelles piézoélectriques 46, 47, 48, et sur les rondelles supérieures est fixée une plaque conductrice 49. Une source de tension continue variable permet de régler les hauteurs des empilements piézoélectriques 46, 47, 48. La plaque 49 est généralement horizontale mais grâce aux empilements de hauteur variable elle peut prendre n'importe quelle inclinaison dans n'importe quelle direction. Ces inclinaisons sont évidemment très faibles.
- En variante, la plaque 49 est diélectrique et, au centre du triangle équilatéral, est montée entre la plaque 49 et les guides diélectriques une biplaque dont la rondelle supérieure métallisée, jouant le rôle de plan réflecteur, peut prendre une forme sphérique convexe ou concave. Cette biplaque peut être partout distante des guides d'onde ou être en contact avec eux à certains endroits et pas à d'autres. La source de tension continue permet alors de faire varier la flèche de la biplaque piézoélectrique.
- On peut ainsi régler le diagramme du réseau d'antennes ou, le diagramme restant sensiblement le même, effectuer un balayage du lobe.
- La Fig.14 représente une variante de réalisation du réseau d'antennes de la figure 12. Les antennes, constituées de guides d'onde diélectriques 71, 72, 73, 74,... 75 parallèles et coplanaires et d'un plan conducteur 76 supporté par un disque biplaque 77, sont respectivement alimentées par l'intermédiaire d'un répartiteur de puissance 70 et d'un ensemble de déphaseurs 78, 79, 80, 81,... L'ensemble de déphaseurs est constitué de guides d'onde diélectriques et d'un plan métallique 82 porté par un disque biplaque 83 dont les caractéristiques électriques peuvent être identiques ou différentes de celles de la biplaque 77. Les deux biplaques 77 et 83 sont supportées par un socle 84. Le plan métallique 82 est conformé pour que les longueurs ℓ1, 12, ℓ3...ℓn-1 d'encoches en escalier du plan 82 en regard des guides d'onde soient telles que :
- Les plans 76 et 82 formés par des plaques métalliques se déplacent parallèlement à leur position de repos pour assurer respectivement :
- -un balayage de lobe de chacune des antennes, dans le plan E parallèle à l'axe longitudinal desdites antennes,
- -et un balayage dans un plan H orthogonal au plan E et aux guides.
- Par deux commandes électriques indépendantes des biplaques 77 et 83 on peut alors obtenir un balayage de lobe de type balayage de télévision.
- Bien que l'invention ait été décrite dans le cas d'un guide d'onde diélectrique rectangulaire, elle peut s'appliquer à des guides d'onde diélectriques de forme quelconque ayant au moins une paroi ou côté plan, tels que des guides à section droite demi-cylindrique, la paroi mobile métallique portée par les moyens piézoélectriques étant plus ou moins rapproché de ladite paroi plane.
- L'invention s'applique aussi à la réalisation de diviseur de puissance variable 60 représenté - schématiquement à la Fig.13. Le diviseur de puissance 60 alors constitué d'un coupleur 3 dB en Y 61 et d'un coupleur 3 dB hybride 62 reliés entre eux au moyen de deux déphaseurs ajustables 63 et 64 conformes à l'invention.
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