EP0439970A1 - Guide à fentes rayonnantes non inclinées à excitation par des motifs conducteurs imprimés rayonnants - Google Patents

Guide à fentes rayonnantes non inclinées à excitation par des motifs conducteurs imprimés rayonnants Download PDF

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EP0439970A1
EP0439970A1 EP90403194A EP90403194A EP0439970A1 EP 0439970 A1 EP0439970 A1 EP 0439970A1 EP 90403194 A EP90403194 A EP 90403194A EP 90403194 A EP90403194 A EP 90403194A EP 0439970 A1 EP0439970 A1 EP 0439970A1
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    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
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    • 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
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas

Definitions

  • the present invention relates to a guide with non-inclined radiating slots excited by radiating pattern of the type comprising slots perpendicular to the axis of the guide, cut out on a short side of the guide with a spacing substantially equal to half a length of operating wave in the guide.
  • Slotted guides are frequently used as linear arrays of radiating sources in array antennas, for example in radar. Their advantages are low cost and low losses. To obtain a radiation close to normal to the guide and a good adaptation, it is necessary on the one hand a distance between successive slits close to ⁇ g / 2, where ⁇ g is the wavelength in the guide, and on the other hand a additional phase shift of ⁇ between two consecutive slots.
  • slots arranged on the long side of a rectangular section guide or on the short side have several drawbacks and in particular a large pitch between successive guides, which limits the scanning angle of the beam in a plane perpendicular to the guides. We therefore prefer to use slots on the short side of the guides.
  • a first solution therefore consists in tilting the slots alternately on one side and on the other to obtain the necessary conditions specified above.
  • this solution to the drawback due to the inclination of the slits, of radiating a cross-polarized component which can reach levels incompatible with proper operation of the antenna using these guides.
  • Another known solution then consists in using non-inclined slots (perpendicular to the axis of the guide) and in exciting them by means of an obstacle placed in the guide (iris, rods).
  • US patent US 4,435,715 (Hughes Aircraft) describes a guide with non-inclined slits in which the excitation of a slit is obtained by placing conductive rods on either side of the slit. Each rod is arranged between an edge of the slot and one of the long sides of the guide.
  • a solution has the drawback of being costly to produce. Indeed, it is necessary to individually fix the rods inside the guide, for example by welding in a bath.
  • the subject of the invention is a guide with slits which remedies these drawbacks by using flat radiating conductive patterns (called “patches” in the English literature) to excite each slit.
  • a guide with non-inclined radiating slots excited by radiating pattern of the type comprising slots perpendicular to the axis of the guide cut out on a small side of the guide with a spacing substantially equal to half a length d operating wave in the guide, characterized in that each slot is excited by means of a radiating pattern arranged in the guide near the slot, parallel to said short side, and serving as an antenna for coupling with the energy propagating in the guide, said pattern transmitting the energy captured to said associated slot via a transmission line connected to said pattern.
  • Figures 1 and 2 show a waveguide 1 comprising, cut on the short side, radiating slots 2, 3 not inclined, that is to say perpendicular to the axis of the guide. As already mentioned, such slots are normally not coupled to the energy propagating in the guide 1 and therefore do not radiate.
  • the radiating patterns 5, 7 serve as a coupling antenna with the electromagnetic energy propagating in the guide 1; the energy taken up by a pattern 5, 7 feeds the line 6, 8 which is connected to it and the latter comes to excite the associated slot 2, 3 which then radiates the energy which is thus transmitted to it.
  • the radiating patterns 5, 7 and the lines 6, 8 are produced according to the technique of printed circuits on the face of the wafer 4 which is not in contact with the short side carrying the slots.
  • This short side serves as a ground plane for the radiating patterns 5, 7 and for the microstrip lines 6, 8.
  • the plate 4 is fixed against the short side for example by gluing.
  • the radiating patterns are not placed in front of the slots so as not to disturb the behavior of the latter and the radiation they provide.
  • the microstrip lines 6, 8 sse extend by a length substantially equal to ⁇ g / 4 beyond the associated slot, which substantially reduces a short circuit at the level of the slot.
  • the slots are spaced approximately ⁇ g / 2 apart and it is necessary to provide an additional phase shift of ⁇ between two consecutive slots.
  • This phase shift is obtained by taking the energy alternately from one side and the other of the corresponding pattern and, consequently, by exciting the slots 2, 3 alternately at one end 2 ′ and at the other 3 ⁇ ( Figure 2 ).
  • the slot following the slot 3 would thus be excited at its end situated on the side of the end 2 ′.
  • the value of the coupling of the radiating pattern with the wave propagated in the guide can be adjusted by the diameter of the pattern (or its dimensions in the case of shapes other than circular).
  • Another way of adjusting the coupling coefficient of the slit is to modify the position of the connection point of the microstrip line on the pattern. Indeed, the coupling is theoretically zero for a point located in the median plane of the guide and increases to a maximum when the connection point moves away towards the points located in the median plane of the pattern parallel to the slots, this is that is to say moves away towards the long sides of the guide.
  • FIG. 3 represents a variant in which the holding in position of the plate 4 is obtained by giving the latter a width slightly greater than the internal width of the short side carrying the slots.
  • two grooves 40, 41 are provided in the long sides of the guide 1, adjacent to the short side carrying the slots. The plate 4 is then slid into the grooves 40, 41 where it is thus held in position. Any fixing and any stop allows correct centering of the pattern-line microstrip assemblies on the associated slots.
  • Figure 4 similar to Figure 2, shows another alternative embodiment in which the microstrip line 6 ′, 8 ′ is electrically connected to a longitudinal edge of the slot 2, 3. This can be achieved for example via a metallized hole 6 monll, 8 ⁇ through the dielectric plate. In this case, the microstrip line does not need to extend beyond the metallized hole.

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  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Le dispositif concerne un guide à fentes rayonnantes non inclinées à excitation par motif rayonnant. Dans un guide d'ondes (1) comportant des fentes (2, 3) perpendiculaires à l'axe du guide découpées dans un petit côté du guide, on dispose une plaquette de circuit imprimé (4) portant des motifs rayonnants (5, 7) pour le couplage à l'énergie se propageant dans le guide et des lignes microrubans (6, 8) connectées aux motifs pour exciter les fentes (2, 3) avec l'énergie ainsi prélevée. Le dispositif s'applique aux guides à fentes, notamment pour antennes réseaux.

Description

  • La présente invention se rapporte à un guide à fentes rayonnantes non inclinées à excitation par motif rayonnant du type comportant des fentes perpendiculaires à l'axe du guide, découpées sur un petit côté du guide avec un espacement sensiblement égal à une demi-longueur d'onde de fonctionnement dans le guide.
  • Les guides à fentes sont fréquemment utilisés comme réseaux linéaires de sources rayonnantes dans des antennes réseaux, par exemple en radar. Ils ont pour avantages un faible coût et des pertes faibles. Pour obtenir un rayonnement voisin de la normale au guide et une bonne adaptation, il faut d'une part une distance entre fentes successives voisine de λg/2, où λg est la longueur d'onde dans le guide, et d'autre part un déphasage supplémentaire de ¶ entre deux fentes consécutives.
  • On peut remplir ces conditions avec des fentes disposées sur le grand côté d'un guide de section rectangulaire ou sur le petit côté. Les fentes sur le grand côté ont plusieurs inconvénients et notamment un pas important entre guides successifs, ce qui limite l'angle de balayage du faisceau dans un plan perpendiculaire aux guides. On préfère donc utiliser des fentes sur le petit côté des guides.
  • Si les fentes sont perpendiculaires à l'axe du guide, il n'y a pas couplage d'énergie entre les fentes et le guide et le rayonnement est nul.
  • Une première solution consiste donc à incliner les fentes alternativement d'un côté et de l'autre pour obtenir les conditions nécessaires spécifiées précédemment. Cependant cette solution à l'inconvénient, du fait de l'inclinaison des fentes, de rayonner une composante en polarisation croisée qui peut atteindre des niveaux incompatibles avec un bon fonctionnement de l'antenne utilisant ces guides.
  • Une autre solution connue consiste alors à utiliser des fentes non inclinées (perpendiculaires à l'axe du guide) et à les exciter au moyen d'un obstacle disposé dans le guide (iris, tiges).
  • En particulier, le brevet américain US 4 435 715 (Hughes Aircraft) décrit un guide à fentes non inclinées dans lequel l'excitation d'une fente est obtenu en disposant des tiges conductrices de part et d'autre de la fente. Chaque tige est disposée entre un bord de la fente et un des grands côtés du guide. Cependant une telle solution a l'inconvénient d'être coûteuse à réaliser. En effet, il est nécessaire de fixer individuellement les tiges à l'intérieur du guide, par exemple par soudure au bain.
  • L'invention a pour objet un guide à fentes remédiant à ces inconvénients grâce à l'utilisation de motifs conducteurs rayonnants plats (appelés "patch" dans la littérature anglo-saxonne) pour exciter chaque fente.
  • Selon l'invention, il est prévu un guide à fentes rayonnantes non inclinées à excitation par motif rayonnant du type comportant des fentes perpendiculaires à l'axe du guide découpées sur un petit côté du guide avec un espacement sensiblement égal à une demi-longueur d'onde de fonctionnement dans le guide, caractérisé en ce que chaque fente est excitée par l'intermédiaire d'un motif rayonnant disposé dans le guide à proximité de la fente, parallèlement audit petit côté, et servant d'antenne de couplage avec l'énergie se propageant dans le guide, ledit motif transmettant l'énergie captée à ladite fente associée par l'intermédiaire d'une ligne de transmission reliée audit motif.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où :
    • - la figure 1 représente, vu en perspective, un guide à fentes selon l'invention ;
    • - la figure 2 représente le guide de la figure 1 vu de face, côté fentes rayonnantes ;
    • - les figures 3 et 4 montrent des variantes de réalisation du guide à fentes selon l'invention.
  • Sur toutes les figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes numéros de référence.
  • Les figures 1 et 2 représentent un guide d'ondes 1 comportant, découpées sur le petit côté, des fentes rayonnantes 2, 3 non inclinées, c'est-à-dire perpendiculaires à l'axe du guide. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, de telles fentes ne sont normalement pas couplées à l'énergie se propageant dans le guide 1 et ne rayonnent donc pas.
  • Selon l'invention, on prévoit, sur une plaquette diélectrique 4 fixée contre le petit côté portant les fentes, des motifs rayonnants ("patch") 5, 7 servant d'antenne associés chacun à une ligne de transmission de type microruban 6, 8 coupant transversalement les fentes associées. Les ensembles patch-ligne microruban se répètent au même pas que les fentes, c'est-à-dire sensiblement λg/2 où λg est la longueur d'onde de fonctionnement dans le guide 1.
  • Les motifs rayonnants 5, 7 servent d'antenne de couplage avec l'énergie électromagnétique se propageant dans le guide 1 ; l'énergie prélevée par un motif 5, 7 alimente la ligne 6, 8 qui lui est connectée et celle-ci vient exciter la fente associée 2, 3 qui rayonne alors l'énergie qui lui est ainsi transmise.
  • Les motifs rayonnants 5, 7 et les lignes 6, 8 sont réalisés selon la technique des circuits imprimés sur la face de la plaquette 4 qui n'est pas en contact avec le petit côté portant les fentes. Ce petit côté sert de plan de masse pour les motifs rayonnants 5, 7 et pour les lignes microrubans 6, 8. La plaquette 4 est fixée contre le petit côté par exemple par collage.
  • Comme on le voit mieux sur la figure 2, les motifs rayonnants ne sont pas placés en face des fentes de façon à ne pas perturber le comportement de celles-ci et le rayonnement qu'elles fournissent. D'autre part, les lignes microrubans 6, 8 sse prolongent d'une longueur sensiblement égale à λg/4 au-delà de la fente associée, ce qui ramène sensiblement un court-circuit au niveau de la fente.
  • Comme on l'a déjà indiqué plus haut, les fentes sont espacées sensiblement de λg/2 et il est nécessaire de fournir un déphasage additionnel de ¶ entre deux fentes consécutives. Ce déphasage est obtenu en prélevant l'énergie alternativement d'un côté et de l'autre du motif correspondant et, par suite, en excitant les fentes 2, 3 alternativement à une extrémité 2′ et à l'autre 3˝ (Figure 2). La fente suivant la fente 3 serait ainsi excitée à son extrémité située du côté de l'extrémité 2′.
  • Sur les figures, on a représenté des motifs rayonnants circulaires. Mais on pourrait choisir toute autre forme géométrique telle que carré, rectangle ou triangle.
  • La valeur du couplage du motif rayonnant avec l'onde propagée dans le guide peut être réglée par le diamètre du motif (ou ses dimensions dans le cas de formes autres que circulaire).
  • Une autre façon de régler le coefficient de couplage de la fente est de modifier la position du point de connexion de la ligne microruban sur le motif. En effet, le couplage est théoriquement nul pour un point situé dans le plan médian du guide et croit jusqu'à un maximum lorsque le point de connexion s'éloigne vers les points situés dans le plan médian du motif parallèle aux fentes, c'est-à-dire s'éloigne vers les grands côtés du guide.
  • La figure 3 représente une variante dans laquelle le maintien en position de la plaquette 4 est obtenu en donnant à celle-ci une largeur légèrement supérieure à la largeur interne du petit côté portant les fentes. On prévoit en outre deux rainures 40, 41 dans les grands côtés du guide 1, adjacentes au petit côté portant les fentes. La plaquette 4 est ensuite glissée dans les rainures 40, 41 où elle est ainsi maintenue en position. Une fixation et une butée quelconque permettent de centrer correctement les ensembles motif-ligne microruban sur les fentes associées.
  • La figure 4, similaire à la figure 2, représente une autre variante de réalisation dans laquelle la ligne microruban 6′, 8′ est reliée électriquement à un bord longitudinal de la fente 2, 3. Cela peut être réalisé par exemple par l'intermédiaire d'un trou métallisé 6˝, 8˝ à travers la plaquette diélectrique. Dans ce cas, la ligne microruban n'a pas besoin de se prolonger au-delà du trou métallisé.
  • Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention.

Claims (9)

1. Guide à fentes rayonnantes non inclinées à excitation par motif rayonnant du type comportant des fentes perpendiculaires à l'axe du guide découpées sur un petit côté du guide avec un espacement sensiblement égal à une demi-longueur d'onde de fonctionnement dans le guide, caractérisé en ce que chaque fente (2, 3) est excitée par l'intermédiaire d'un motif rayonnant (5, 7) disposé dans le guide (1) à proximité de la fente, parallèlement audit petit côté, et servant d'antenne de couplage avec l'énergie se propageant dans le guide, ledit motif transmettant l'énergie captée à ladite fente associée par l'intermédiaire d'une ligne de transmission (6, 8) reliée audit motif.
2. Guide à fentes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ligne de transmission est une ligne microruban (6, 8).
3. Guide à fentes selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite ligne microruban s'étend parallèlement audit petit côté et transversalement à la fente associée et se prolonge d'une longueur sensiblement égale à un quart de longueur d'onde de fonctionnement au-delà de la fente.
4. Guide à fente selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits motifs rayonnants (5, 7) et lesdites lignes microrubans (6, 8) sont réalisés par la technique des circuits imprimés sur une face d'une plaquette (4) en matériau diélectrique avec un pas égal à celui des fentes du guide et en ce que ladite plaquette est fixée avec son autre face contre la paroi interne du petit côté dudlt guide portant les fentes, ledit petit côté servant de plan de masse pour lesdites lignes microrubans.
5. Guide à fentes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le point de liaison de chaque ligne (6, 8) avec le motif associé (5, 7) est situé sur la périphérie dudit motif sensiblement à proximité du plan médian du motif parallèle aux fentes.
6. Guide à fentes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites lignes (6, 8) prélèvent l'énergie captée par lesdits motifs (5, 7) alternativement d'un côté et de l'autre des motifs correspondants de manière à introduire un déphasage supplémentaire de ¶ entre les excitations de deux fentes consécutives.
7. Guide à fentes selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites lignes (6, 8) excitent les fentes associées alternativement à une extrémité (2′) et à l'autre (3˝) des fentes, correspondant au côté de prélèvement de l'énergie sur le motif associé.
8. Guide à fentes selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite ligne microruban (6′, 8′) est reliée à un des bords longitudinaux de la fente associée (2, 3) par un trou métallisé (6˝, 8˝) percé à travers ladite plaquette (4), ladite ligne n'étant pas prolongée au-delà dudit trou.
9. Guide à fentes selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ladite plaquette (4) est légèrement plus large que la largeur Interne du petit côté du guide portant les fentes (2, 3) et en ce que chacun des grands côtés du guide (1) comporte une rainure (40, 41) adjacente audit petit côté portant les fentes pour enfiler ladite plaquette dans lesdites rainures et la maintenir en place.
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