EP0479696A1 - Microwave plate antenna, especially for Doppler radar - Google Patents

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EP0479696A1
EP0479696A1 EP91460044A EP91460044A EP0479696A1 EP 0479696 A1 EP0479696 A1 EP 0479696A1 EP 91460044 A EP91460044 A EP 91460044A EP 91460044 A EP91460044 A EP 91460044A EP 0479696 A1 EP0479696 A1 EP 0479696A1
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EP
European Patent Office
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sub
network
radiating elements
elements
antenna according
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EP91460044A
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German (de)
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EP0479696B1 (en
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Philippe Dupuis
Eduardo Motta Cruz
Jean-Pierre Louis Marie Daniel
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CENTRE REGIONAL D'INNOVATION ET DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIE EN ELECTRONIQUE ET COMMUNICATIONS DE BRETAGNE LOI 1901 (CRITT)
Universite de Rennes 1
Original Assignee
CENTRE REGIONAL D'INNOVATION ET DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIE EN ELECTRONIQUE ET COMMUNICATIONS DE BRETAGNE LOI 1901 (CRITT)
Universite de Rennes 1
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/004—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing two or four symmetrical beams for Janus application
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array

Definitions

  • the invention relates to a multi-beam or single-beam microwave plate antenna used in particular as an antenna of a Doppler measurement system, for example, of a speed measurement system.
  • an antenna which is used in such a system. It presents a directional diagram with two main lobes, one being symmetrical with the other with respect to a plane orthogonal to its main plane.
  • one of the two main lobes is inclined towards the front and the other towards the rear, the plane of symmetry between these two lobes being orthogonal to the direction of advance of the vehicle.
  • the antenna described in the above document consists of a plurality of identical, parallel and symmetrical linear sub-arrays whose centers are aligned along a line perpendicular to their longitudinal direction and which are supplied in phase.
  • Each sub-network is made up of a plurality of radiating elements which radiate fields in phase opposition from one element to the next.
  • the pitch between each element is equal to a wavelength guided on the substrate of the circuit on which they are printed and corresponding to the operating frequency of the antenna.
  • each radiating element is arranged alternately on one side or the other of a secondary supply line supplied at the center of symmetry of the sub-networks.
  • each radiating element consists of a conductive square surface whose side is substantially equal to the guided half-wavelength.
  • a corner is galvanically connected to the secondary supply line and the diagonal passing through this galvanic contact point is perpendicular to the longitudinal direction of the sub-network.
  • a plate antenna A emitting two beams F1 and F2 through which passes a plane H located in the axis of the antenna and othognonale on its surface. These beams are symmetrical with respect to a plane E orthogonal to the plane H and to the surface of the antenna A.
  • An antenna as has just been described has drawbacks. Among these, we can cite the fact that it has a radiation power in the E plane which is relatively high compared to that which is emitted in the H plane. This phenomenon causes difficulties in processing the signal delivered by the antenna so that in some cases measurement errors can occur.
  • a second disadvantage results from its fixed structure which makes it difficult to adapt to measurement systems with Janus configuration which have particular geometrical characteristics.
  • the angle that each lobe forms in relation to a normal to the main plane of the antenna called the depointing angle, is 41.8 ° and its value can only be modified by changing the material of the substrate, that is to say by modifying its dielectric constant.
  • the invention aims to remedy these drawbacks and proposes an antenna of the type described above, the power radiated in the E plane is much lower than that which is radiated in the H plane and the deflection angles of which have values included in a wide range of angles.
  • a plate antenna according to the present invention is of the type mentioned above and is further characterized in that between two radiating elements neighboring a same sub-network, the feed line has at least a bend so that the distance projected on an axis parallel to the transverse direction of the sub-network between two radiating elements of the same sub-network and neighbors between them is less than the dimension of the radiating elements in this direction.
  • the radiating elements of the same sub-network are aligned in the longitudinal direction of this sub-network.
  • the gain of the antenna in its plane E is much lower than its gain in the plane H.
  • the distance between two neighboring radiating elements of the same sub-array is adjusted to determine the angle of inclination, relative to a normal to its main plane, of the emission lobes of the antenna.
  • the length of the line between two neighboring radiating elements is substantially equal to a multiple of the wavelength guided on the substrate.
  • One of the aims of the invention is to substantially reduce the value of the gains of the maxima of these additional lobes.
  • each radiating element is constituted by a block comprising at least two elementary radiating elements emitting in phase with one another.
  • Another object of the invention is to reduce the value of the gains of the maxima of the secondary lobes to that main lobes.
  • each radiating element is constituted by a block comprising at least two elementary radiating elements emitting in phase opposition to each other.
  • the elementary radiating elements of each block are two in number, are aligned in the longitudinal direction of the sub-network and the distance projected on the longitudinal direction of the sub-network which separates the two elementary elements of each block is equal to the distance between two blocks of the same sub-network divided by 2n + 1, n being a positive integer.
  • Another object of the invention is to provide a microwave plate antenna, in particular for a Doppler radar, having, in the H plane, a single lobe inclined at an angle relative to a normal to the main plane of the antenna.
  • sub-networks arranged according to two types of sub-networks, the sub-networks of the first type consisting of elementary radiating elements arranged at regular intervals and which radiate in phase opposition, the second type sub-arrays consisting of blocks of elementary radiating elements arranged at regular intervals, the elementary radiating elements of each block being arranged at regular intervals and radiating fields in phase opposition from one element to the next, the distance between two neighboring elementary radiating elements of the same block being equal to the distance between two neighboring blocks of the same sub-network.
  • the antennas shown in Figs. 2a to 2c are all formed by a network of four rows a1, a2, a3 and a4 of radiating elements b1, b2, b3 and b4, b1 ', b2', etc., which are identical and parallel to each other.
  • Each row a j constitutes a linear sub-network of radiating elements b.
  • the antennas of the present invention comprise a plurality of radiating elements b which are each constituted (Figs. 2a to 2c) by a conductive square surface of which a corner c is galvanically connected to a sub-network supply line d , the diagonal e passing through the galvanic contact point c being perpendicular to the line d at point c.
  • the side of the square has a dimension substantially equal to a guided half-wavelength on the antenna substrate at the operating frequency thereof.
  • two neighboring radiating elements b and b ⁇ +1 generally emit in phase opposition. Being supplied in phase by the supply line d, these two elements are on either side of the line d which supplies them.
  • each sub-network a j is formed of two half-sub-networks which are symmetrical to one another with respect to its center.
  • the sub-networks a1, a2, a3 and a4 are connected to a common line f perpendicular to the longitudinal direction of the sub-networks at a feed point placed on the line d so that the elements b1 and b1 'which surround the center of symmetry of the subnetwork radiate in phase opposition.
  • the feed point is offset from the center of symmetry of the sub-network by a guided half-wavelength ⁇ g on the substrate where the radiating elements b and the operating frequency of the antenna are printed.
  • the feed line g of the antenna is connected.
  • the antenna of FIG. 2b presents a configuration, hereinafter called a tree-like configuration, in which the ends of the subnetworks a1, a2, a3 and a4 are respectively connected to lines h1, h2, h3 and h4.
  • Lines h1 and h3 respectively have two points in common with lines h2 and h4. These common points are respectively connected to two lines f1 and f2 also having a common point connected to the feed line g of the antenna.
  • the antenna of FIG. 2c presents a mixed configuration.
  • the subnetworks a1 and a2 are linked together in a star configuration.
  • the subnetworks a3 and a4 are linked together in a star configuration.
  • the two couples thus formed are respectively connected to two lines f1 and f2 which have a common point connected to the feed line g of the antenna.
  • FIG. 3 There is also shown (FIG. 3) an antenna consisting of a network comprising a single linear sub-network which is symmetrical with respect to its center and fed in its center by a line f. It will be noted that in this case, the elements framing the center of symmetry of the sub-network b1 and b1 'are located on either side of the sub-network supply line d. Note that this subnetwork could also be supplied by one of its ends.
  • Figs. 5a to 5c show subnetworks a with four elements b1, b2, b3 and b4.
  • the sub-array supply line d s is rectilinear and the distance d s which separates two neighboring radiating elements b i and b i + 1 is an integer multiple (here the unit) of the guided wavelength by the supply line on the substrate of the circuit on which they are printed. This wavelength will be noted below ⁇ g .
  • the distance projected on an axis transverse to the sub-network which separates two neighboring elements b and b i + 1 is equal to the dimension in this transverse direction of the radiating elements, that is to say, here, the length of a diagonal of the square forming the elements.
  • This subnetwork is that which is described in document FR-A-2 622 055.
  • a gain diagram is plotted as a function of the angle formed by the direction of measurement with a normal to the main plane of the antenna, which diagram will later be called directional diagram.
  • FIG. 6a such a diagram in the plane E and in the plane H of emission of an antenna produced from the sub-array of FIG. 5a.
  • the plane H the presence of two maxima in directions making with a normal of the plane of the antenna angles of approximately +30 ° and -30 ° and, in the plane E, of two maxima substantially in directions at +40 ° and -40 °.
  • the maximum power emitted in plane E is approximately -3 dB lower than the maximum power emitted in plane H.
  • the transverse distance between two neighboring elements b and b i + 1 is equal to the half-length of a diagonal of a square forming an element b and, in FIG. 5c, this distance is zero. In the latter case, the elements b are aligned in the longitudinal direction of the sub-network.
  • Figs. 6b and 5c the directional diagrams of two antennas using respectively the two sub-arrays of FIGS. 5b and 4c. It can be seen that, although the amplitudes of the maxima in the plane H are substantially the same as those of the same maxima with the sub-network of FIG. 5a, the amplitudes of the maxima in plane E are weakened (-10 dB, Fig. 6b), or even canceled (Fig. 6c).
  • the directional diagram in the H plane presents two main lobes which are inclined with respect to the normal of the main plane of the antenna of 0 and -0, the values of these two angles being given by the relation: where ⁇ 0 is the wavelength in a vacuum at the operating frequency of the antenna.
  • the angles of inclination of the main lobes can be varied.
  • the radiating elements b i are supplied at points alternately on one side and on the other of the sub-array supply line d so that, for two consecutive elements b i and b i + 1 emit in phase opposition, they must be supplied in phase. Between two neighboring elements b i and b i + 1 , the line d must therefore have a length L equal to an integer multiple of the guided wavelength in the substrate at the operating frequency of the antenna.
  • FIGS. 7a to 7c have different distances d s between neighboring radiating elements b i and b i + 1 .
  • the distance d s is 1.22 ⁇ o and the length L of the supply line d between two consecutive radiating elements b i and b i + 1 is 2 ⁇ g .
  • the directional diagram obtained with an antenna network using this sub-network shows (Fig. 8a), in the plane H, two lobes respectively inclined at +25 ° and -25 °.
  • the distance d s is 1.33 ⁇ o and the length L of the line is 3 ⁇ g .
  • the corresponding directional diagram shows, in the H plane, two lobes respectively inclined by +22 ° and -22 °.
  • the distance d s is ⁇ o and the length L is 2 ⁇ g .
  • the corresponding directional diagram shows, in the plane H, two lobes respectively inclined by about +30 ° and -30 °.
  • the supply line d does not present changes of direction in the vicinity of the radiating elements b.
  • the "S" shape is substantially equidistant from the two elements b i and b i + 1 . If these changes were very close to the radiating elements b i , it could result in couplings between the line d and the radiating elements b i , which would produce disturbances in the characteristics of the antenna.
  • the depointing angle of the antenna can be varied within a fairly large range of angles.
  • the upper value is around 55 °.
  • a radiating element b i a block 1 made up of two radiating elements m1 and m2 spaced apart by a distance equal to and located on the same side of the supply line d of the subnetwork ( Fig. 11a).
  • the length of the line part d which separates the two elements m1 and m2 of the same block 1 is an integer multiple of the wavelength guided on the substrate ⁇ g (here, it is equal to ⁇ g ).
  • the elements m1 and m2 therefore emit waves in phase.
  • the directional diagram is shown in the H plane of such a block in FIG. 11 b. It can be seen that it has a relatively wide lobe centered around 0 ° and two secondary lobes which form, with the main lobe, two minima whose values of the angles of inclination are given by the relation:
  • the distance is chosen such that the value of the angles of the inclinations of the minima of the blocks correspond to the values of the angles of the maxima of the side lobes.
  • a linear network of eight 1 1 blocks was produced.
  • the distance d s between the blocks 1 is 1.93 ⁇ o and, in each block, the two elements m1 and m2 are separated by 0.64 ⁇ o .
  • FIG. 11c the directional diagram obtained, in the plane H, with such a network.
  • the two main lobes are inclined at approximately +15 ° and -15 ° and the additional lobes at approximately +55 ° and -55 °.
  • the latter have an attenuation of -28 dB compared to the maxima of the main lobes.
  • the aim is to provide a four-beam antenna which can be used in Doppler speed measurement systems. It offers redundant lobes which can be useful, for example, when the system analyzes a surface with a low backscatter coefficient (puddle, oil, snow or ice patches, etc.).
  • FIG. 12c shows the directional diagram obtained, in the plane H, with such a network.
  • each block p i By decreasing the distance between the elements m i of each block p i is moved to the highest value of angles the radiation pattern of each block p i, which reduces gains of the maxima of the main lobes with respect to those of the side lobes. By increasing the distance from, we get the opposite effect.
  • the two elements m1 and m2 of blocks 1 (Fig. 11a) or blocks p i (Fig. 12a) are connected to the same supply line d.
  • they can be supplied by two separate lines d1 and d2, each line d j with the elements m i which are connected to it forming a sub-network q j .
  • an element m i is in phase or in phase opposition with one of its neighbors, according to the desired effect, suppression of the secondary lobes or equalization of these lobes, it is necessary to adjust the lengths of the parts of lines of between elements m i and provide a correct supply for each sub-network q j .
  • the distance between elements m i is 0.75 ⁇ o .
  • the directional diagrams obtained in the H plane for the source and for the network are equivalent to those shown in Figs. 11b and 11c.
  • the antennas described so far have two or four lobes and can therefore be used in a speed measurement system which has a Janus-type configuration. If these systems allow a measurement to be made which is independent of the inclination of the vehicle relative to the ground, they do not allow the detection of the direction of movement of the vehicle. It may be useful, in certain applications, to determine the speed and the direction of movement of the vehicle, the orientation relative to the ground thereof remaining, in these applications, substantially constant.
  • an antenna is used whose only transmission / reception lobe in the H plane is inclined by rap bearing on the ground and, therefore, in relation to its main plane.
  • Such an antenna was produced (Fig. 14). It consists of four subnetworks a1, a2, a3 and a4 which are parallel to each other and fed at their center by a line f.
  • Each sub-network a j is symmetrical with respect to its center and comprises, on each side of the latter, four radiating elements b. spaced a distance equal to d s and located on either side of the supply line d j of the sub-network a j .
  • the supply line f has two elbows so that the first sub-network a1 is offset longitudinally by d s / 2 with respect to the two central sub-networks a2 and a3 and the last sub-network a4 is also offset longitudinally, in the opposite direction of the first network a1, from d s / 2.
  • the radiating elements b are advantageously square surfaces such as those which have already been described.
  • this particular antenna is as follows.
  • the two central subnetworks a2 and a3 form a network such as that which is already described in the document FR-A-2 622 055. It could be produced according to a structure such as one of those which are represented in the present ask in Figs. 2, 3, 4 and 7.
  • this network has a directional diagram which comprises two lobes inclined relative to the normal to the plane of the antenna inside which the emitted waves are in phase opposition (Fig. . 15a). The inclination of the lobes is a function of the distance d s between elements b.
  • the two external sub-networks a1 and a4 form a second network where the elements b which correspond in a sub-network a1 and in the other sub-network a4 form a block of elements m1 and m2 in phase opposition such that those which have been described in relation to FIGS. 11 and 13a.
  • These elements m1 and m2 are supplied in phase by the line d j of the sub-network a j and are respectively directed in one direction and in the other. They therefore emit in phase.
  • the power line sections of the subnetworks a1 and a4 that is to say those which connect the subnetworks a1 and a2 respectively and the subnetworks a3 and a4, are longer than an integer multiple of the guided wavelength ⁇ g . They have, in fact, a length of ⁇ g + 1/4 ⁇ g . Indeed, for the subnetworks a1 and a4 to be able to play the role of a subnetwork of blocks with two radiating elements, it is necessary that, on the one hand, they are supplied in phase one with respect to the other and that, on the other hand, they are supplied phase shifted by more or less 90 ° relative to the subnetworks a2 and a3.
  • a network of blocks p made up of two elements m1 and m2 emitting in phase opposition has a directional diagram which presents, in the plane H, two lobes symmetrical compared to normal to its principal plane, a lobe being in phase relative to each other (Fig. 15b).
  • the network made up of the four subnetworks a1, a2, a3 and a4 has a directional diagram which is made up, in the plane H, of the vector sum of the waves emitted by each subnetwork. Because the distances between radiating elements b are the same in each sub-network, and that, consequently, the inclinations of their main lobes are equal, on the one hand, the waves in phase opposition emitted by each of the sub-networks networks a1 and a4 and a2 and a3 cancel each other out while, on the other side, they add up.
  • the result (Fig. 15c) is an antenna whose directional diagram in the H plane shows a single lobe inclined relative to the normal of the antenna (Fig. 16). This inclination is a function of the distance d s between radiating elements.
  • One aspect of the invention relates to the structure of blocks used as radiating elements.
  • Two-element blocks oriented in the longitudinal direction of the sub-network to which they belong have been described.
  • the invention is not limited to such blocks. Indeed, blocks of three or four (or more) elements can be envisaged. With such blocks, as before, the gain characteristics of each block combine with the gain characteristics of an antenna of the same structure but which would be provided with elementary radiating elements, which makes it possible to obtain new gain characteristics. .
  • antennas comprising one or more sub-arrays in which the blocks have distances of between different radiating elements in order to be able to cancel or amplify, the first the secondary lobes of order one, the second the lobes of order two, etc. . It is then possible to produce antennas with six or eight beams and / or antennas whose main beams have a slight inclination, for example less than 12 °, or even 9 °.
  • supply lines of the radiating elements can include quarter-wave transformers in order to weight the supply of each individual element.

Abstract

The invention relates to a microwave plate antenna, in particular, for Doppler radar, for example, of the type with Janus configuration, consisting of a plurality of mutually parallel linear sub-arrays or of a single linear sub-array, each sub-array consisting of a plurality of radiating elements arranged on either side of a sub-array supply line, the sub-arrays being supplied in phase, the length of the sub-array supply line is, between two neighbouring elements, an integer multiple of the wavelength guided over the substrate of the printed circuit on which the radiating elements are printed and which corresponds to the frequency of operation of the antenna. It is such that between two neighbouring radiating elements of a same sub-array, the sub-array supply line has at least one elbow with the result that the distance projected onto an axis parallel to the transverse direction of the sub-array between two consecutive radiating elements of a same sub-array between them is less than the dimension of the said elements in this direction. <IMAGE>

Description

L'invention concerne une antenne plaque micro-onde multifaisceaux ou monofaisceau utilisée notamment en tant qu'antenne d'un système de mesure par effet Doppler, parexemple, d'un système de mesure de vitesse.The invention relates to a multi-beam or single-beam microwave plate antenna used in particular as an antenna of a Doppler measurement system, for example, of a speed measurement system.

On connaît, par exemple par le document FR-A-2 622 055, une antenne qui est utilisée dans un tel système. Elle présente un diagramme directionnel à deux lobes principaux, l'un étant symétrique de l'autre par rapport à un plan orthogonal à son plan principal. Lorsqu'elle est montée sur un véhicule selon la configuration Janus, un des deux lobes principaux est incliné vers l'avant et l'autre vers l'arrière, le plan de symétrie entre ces deux lobes étant orthogonal à la direction d'avancement du véhicule.We know, for example from document FR-A-2 622 055, an antenna which is used in such a system. It presents a directional diagram with two main lobes, one being symmetrical with the other with respect to a plane orthogonal to its main plane. When it is mounted on a vehicle according to the Janus configuration, one of the two main lobes is inclined towards the front and the other towards the rear, the plane of symmetry between these two lobes being orthogonal to the direction of advance of the vehicle.

L'antenne décrite dans le document ci-dessus est constituée d'une pluralité de sous-réseaux linéaires identiques, parallèles et symétriques dont les centres sont alignés selon une ligne perpendiculaire à leur direction longitudinale et qui sont alimentés en phase. Chaque sous-réseau est constitué par une pluralité d'éléments rayonnants qui rayonnent des champs en opposition de phase d'un élément au suivant. Le pas entre chaque élément est égal à une longueur d'onde guidée sur le substrat du circuit sur lequel ils sont imprimés et correspondant à la fréquence de fonctionnement de l'antenne.The antenna described in the above document consists of a plurality of identical, parallel and symmetrical linear sub-arrays whose centers are aligned along a line perpendicular to their longitudinal direction and which are supplied in phase. Each sub-network is made up of a plurality of radiating elements which radiate fields in phase opposition from one element to the next. The pitch between each element is equal to a wavelength guided on the substrate of the circuit on which they are printed and corresponding to the operating frequency of the antenna.

Avantageusement, chaque élément rayonnant est disposé alternativement d'un côté ou de l'autre d'une ligne d'alimentation secondaire alimentée au centre de symétrie des sous-réseaux.Advantageously, each radiating element is arranged alternately on one side or the other of a secondary supply line supplied at the center of symmetry of the sub-networks.

De plus, chaque élément rayonnant est constitué d'une surface carrée conductrice dont le côté est sensiblement égal à la demi-longueur d'onde guidée. Un coin est relié galvaniquement à la ligne d'alimentation secondaire et la diagonale passant par ce point de contact galvanique est perpendiculaire à la direction longitudinale du sous-réseau.In addition, each radiating element consists of a conductive square surface whose side is substantially equal to the guided half-wavelength. A corner is galvanically connected to the secondary supply line and the diagonal passing through this galvanic contact point is perpendicular to the longitudinal direction of the sub-network.

A la Fig. 1, on a représenté une antenne plaque A émettant deux faisceaux F1 et F2 par lesquels passe un plan H situé dans l'axe de l'antenne et othognonale à sa surface. Ces faisceaux sont symétriques par rapport à un plan E orthogonale au plan H et à la surface de l'antenne A.In Fig. 1, there is shown a plate antenna A emitting two beams F1 and F2 through which passes a plane H located in the axis of the antenna and othognonale on its surface. These beams are symmetrical with respect to a plane E orthogonal to the plane H and to the surface of the antenna A.

Une antenne telle qu'il vient d'être décrit a des inconvénients. Parmi ceux-ci, on peut citer le fait qu'elle présente une puissance de rayonnement dans le plan E qui est relativement élevé par rapport à celle qui est émise dans le plan H. Ce phénomène entraîne des difficultés de traitement du signal délivré par l'antenne si bien que, dans certains cas, des erreurs de mesure peuvent avoir lieu.An antenna as has just been described has drawbacks. Among these, we can cite the fact that it has a radiation power in the E plane which is relatively high compared to that which is emitted in the H plane. This phenomenon causes difficulties in processing the signal delivered by the antenna so that in some cases measurement errors can occur.

Un second inconvénient résulte de sa structure figée qui la rend difficilement adaptable à des systèmes de mesure à configuration Janus qui présentent des caractéristiques géométriques particulières. Par exemple, l'angle que forme chaque lobe par rapport à une normale au plan principal de l'antenne, appelé angle de dépointage, est de 41,8° et sa valeur ne peut être modifiée qu'en changeant le matériau du substrat, c'est-à-dire en modifiant sa constante diélectrique.A second disadvantage results from its fixed structure which makes it difficult to adapt to measurement systems with Janus configuration which have particular geometrical characteristics. For example, the angle that each lobe forms in relation to a normal to the main plane of the antenna, called the depointing angle, is 41.8 ° and its value can only be modified by changing the material of the substrate, that is to say by modifying its dielectric constant.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients et propose une antenne du type décrite ci-dessus dont la puissance rayonnée dans le plan E est très inférieure à celle qui est rayonnée dans le plan H et dont les angles de dépointage ont des valeurs comprises dans une large gamme d'angles.The invention aims to remedy these drawbacks and proposes an antenna of the type described above, the power radiated in the E plane is much lower than that which is radiated in the H plane and the deflection angles of which have values included in a wide range of angles.

A cet effet, une antenne plaque selon la présente invention est du type mentionné ci-dessus et est, de plus, caractérisée en ce qu'entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation présente au moins un coude si bien que la distance projetée sur un axe parallèle à la direction transversale du sous-réseau entre deux éléments rayonnants d'un même sous-réseau et voisins entre eux est inférieure à la dimension des éléments rayonnants dans cette direction.To this end, a plate antenna according to the present invention is of the type mentioned above and is further characterized in that between two radiating elements neighboring a same sub-network, the feed line has at least a bend so that the distance projected on an axis parallel to the transverse direction of the sub-network between two radiating elements of the same sub-network and neighbors between them is less than the dimension of the radiating elements in this direction.

En particulier, et selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments rayonnants d'un même sous-réseau sont alignés selon la direction longitudinale de ce sous-réseau.In particular, and according to another characteristic of the invention, the radiating elements of the same sub-network are aligned in the longitudinal direction of this sub-network.

Par cette structure particulière, le gain de l'antenne dans son plan E est très inférieur à son gain dans le plan H.By this particular structure, the gain of the antenna in its plane E is much lower than its gain in the plane H.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la distance entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau est ajustée pour déterminer l'angle d'inclinaison, par rapport à une normale à son plan principal, des lobes d'émission de l'antenne. Bien sûr, la longueur de la ligne entre deux éléments rayonnants voisins est sensiblement égale à un multiple de la longueur d'onde guidée sur le substrat.According to another characteristic of the invention, the distance between two neighboring radiating elements of the same sub-array is adjusted to determine the angle of inclination, relative to a normal to its main plane, of the emission lobes of the antenna. Of course, the length of the line between two neighboring radiating elements is substantially equal to a multiple of the wavelength guided on the substrate.

Si l'on diminue la distance qui sépare deux éléments rayonnants voisins, on augmente la valeur des angles de dépointage des lobes d'émission dans le plan H. On est limité, dans cette voie, car cette distance ne peut être ramenée à zéro.If we decrease the distance separating two neighboring radiating elements, we increase the value of the deflection angles of the emission lobes in the H plane. We are limited in this way, because this distance cannot be reduced to zero.

Par contre, si l'on augmente la distance entre éléments rayonnants voisins, on diminue les angles de dépointage. En deça d'une certaine inclinaison, on voit apparaître deux lobes secondaires dont les gains de leurs maxima sont du même ordre de grandeur que ceux des lobes principaux.On the other hand, if the distance between neighboring radiating elements is increased, the depointing angles are reduced. Below a certain inclination, we see two secondary lobes appear whose gains of their maxima are of the same order of magnitude as those of the main lobes.

Un des buts de l'invention est de réduire substanciellement la valeur des gains des maxima de ces lobes supplémentaires.One of the aims of the invention is to substantially reduce the value of the gains of the maxima of these additional lobes.

A cet effet, chaque élément rayonnant est constitué par un bloc comprenant au moins deux éléments rayonnants élémentaires émettant en phase l'un par rapport à l'autre.For this purpose, each radiating element is constituted by a block comprising at least two elementary radiating elements emitting in phase with one another.

Un autre but de l'invention, est de ramener la valeur des gains des maxima des lobes secondaires à celle des lobes principaux.Another object of the invention is to reduce the value of the gains of the maxima of the secondary lobes to that main lobes.

Pour ce faire, chaque élément rayonnant est constitué par un bloc comprenant au moins deux éléments rayonnants élémentaires émettant en opposition de phase l'un par rapport à l'autre.To do this, each radiating element is constituted by a block comprising at least two elementary radiating elements emitting in phase opposition to each other.

Avantageusement, les éléments rayonnants élémentaires de chaque bloc sont au nombre de deux, sont alignés selon la direction longitudinale du sous-réseau et la distance projetée sur la direction longitudinale du sous-réseau qui sépare les deux éléments élémentaires de chaque bloc est égale à la distance qui sépare deux blocs d'un même sous-réseau divisée par 2n+1, n étant un nombre entier positif.Advantageously, the elementary radiating elements of each block are two in number, are aligned in the longitudinal direction of the sub-network and the distance projected on the longitudinal direction of the sub-network which separates the two elementary elements of each block is equal to the distance between two blocks of the same sub-network divided by 2n + 1, n being a positive integer.

Un autre but de l'invention est de proposer une antenne plaque microonde, notamment pour radar Doppler, présentant, dans le plan H, un seul lobe incliné d'un certain angle par rapport à une normale au plan principal de l'antenne.Another object of the invention is to provide a microwave plate antenna, in particular for a Doppler radar, having, in the H plane, a single lobe inclined at an angle relative to a normal to the main plane of the antenna.

Pour ce faire, on a prévu d'utiliser des sous-réseaux arrangés selon deux types de sous-réseaux, les sous-réseaux du premier type étant constitués d'éléments rayonnants élémentaires disposés à intervalles réguliers et qui rayonnent en opposition de phase, les sous-réseaux de second type étant constitués de blocs d'éléments rayonnants élémentaires disposés à intervalles réguliers, les éléments rayonnants élémentaires de chaque bloc étant disposés à intervalles réguliers et rayonnant des champs en opposition de phase d'un élément au suivant, la distance entre deux éléments rayonnants élémentaires voisins d'un même bloc étant égale à la distance entre deux blocs voisins d'un même sous-réseau.To do this, provision has been made to use sub-networks arranged according to two types of sub-networks, the sub-networks of the first type consisting of elementary radiating elements arranged at regular intervals and which radiate in phase opposition, the second type sub-arrays consisting of blocks of elementary radiating elements arranged at regular intervals, the elementary radiating elements of each block being arranged at regular intervals and radiating fields in phase opposition from one element to the next, the distance between two neighboring elementary radiating elements of the same block being equal to the distance between two neighboring blocks of the same sub-network.

Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels:

  • la Fig. 1 est une vue en perspective d'une antenne,
  • les Figs. 2a à 2c montrent des exemples d'antenne dont les réseaux sont constitués de plusieurs sous-réseaux alimentés différemment d'une antenne à l'autre,
  • la Fig. 3 est une vue d'une antenne qui est constituée d'un seul sous-réseau linéaire,
  • la Fig. 4 est une vue agrandie de deux éléments rayonnants reliés galvaniquement à une ligne d'alimentation,
  • les Figs. 5a à 5c montrent des sous-réseaux d'antenne selon l'invention, lesdits sous-réseaux étant de structures différentes,
  • les Figs. 6a à 6c montrent des diagrammes directionnels dans le plan E et le plan H respectivement obtenus avec des antennes comportant les sous-réseaux des Fig. 5,
  • les Figs. 7a à 7c montrent des structures de sous-réseaux pouvant équiper une antenne selon l'invention, les distances entre éléments rayonnants voisins étant différentes d'une structure à l'autre,
  • les Figs. 8a à 8c montrent les diagrammes directionnels respectivement obtenus, dans le plan H, avec des antennes comportant les sous-réseaux des Figs. 7a à 7c,
  • la Fig. 9 montre la géométrie de la partie d'une ligne d'alimentation de sous-réseau qui relie deux éléments rayonnants,
  • les Figs. 10a et 10b montrent deux diagrammes directionnels par lesquels on peut mettre en évidence l'apparition de lobes secondaires lorsque la distance entre éléments rayonnants devient supérieure à une certaine valeur,
  • les Figs. 1 ta à 11c montrent respectivement un réseau linéaire comportant, comme éléments rayonnants, des blocs à deux éléments rayonnants élémentaires émettant en phase, un diagramme directionnel obtenu dans le plan H avec un unique bloc et le diagramme directionnel obtenu dans le plan H avec le réseau linéaire de la Fig. 11a,
  • les Figs. 12a à 12c montrent respectivement un réseau linéaire constitué de blocs à deux éléments rayonnants élémentaires émettant en opposition de phase, un diagramme directionnel obtenu dans le plan H avec un unique bloc et le diagramme directionnel obtenu dans le plan H avec le réseau de la Fig. 12a, la Fig. 13 est une vue d'une antenne dont les éléments rayonnants sont des blocs à deux éléments rayonnants élémentaires, les éléments élémentaires de chaque bloc étant respectivement alimentés au moyen de deux sous-réseaux alimentés au centre par des extrémités d'une ligne alimentée au centre,
  • la Fig. 14 montre une antenne comportant deux réseaux, un réseau élémentaire et un réseau de blocs, les Figs. 15a à 15c sont des courbes des points à gain constant dans un plan H normal au plan principal de l'antenne respectivement obtenues avec une antenne telle que celle qui est représentée à la Fig. 14, et
  • la Fig. 16 est un diagramme directionnel obtenu avec une antenne telle que celle qui est représentée à la Fig. 14.
The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of an exemplary embodiment, said description being made in relation to the accompanying drawings, among which:
  • Fig. 1 is a perspective view of an antenna,
  • Figs. 2a to 2c show examples of antenna whose networks consist of several sub-networks supplied differently from one antenna to the other,
  • Fig. 3 is a view of an antenna which consists of a single linear sub-array,
  • Fig. 4 is an enlarged view of two radiating elements galvanically connected to a supply line,
  • Figs. 5a to 5c show antenna sub-networks according to the invention, said sub-networks being of different structures,
  • Figs. 6a to 6c show directional diagrams in the E plane and the H plane respectively obtained with antennas comprising the subarrays of FIGS. 5,
  • Figs. 7a to 7c show structures of sub-networks which can be fitted to an antenna according to the invention, the distances between neighboring radiating elements being different from one structure to another,
  • Figs. 8a to 8c show the directional diagrams respectively obtained, in the plane H, with antennas comprising the sub-arrays of Figs. 7a to 7c,
  • Fig. 9 shows the geometry of the part of a subnetwork supply line which connects two radiating elements,
  • Figs. 10a and 10b show two directional diagrams by which the appearance of secondary lobes can be demonstrated when the distance between radiating elements becomes greater than a certain value,
  • Figs. 1 ta to 11c respectively show a linear network comprising, as radiating elements, blocks with two elementary radiating elements emitting in phase, a directional diagram obtained in the H plane with a single block and the directional diagram obtained in the H plane with the network linear in Fig. 11a,
  • Figs. 12a to 12c respectively show a linear network made up of blocks with two elementary radiating elements emitting in phase opposition, a directional diagram obtained in the plane H with a single block and the directional diagram obtained in the plane H with the network of FIG. 12a, FIG. 13 is a view of an antenna whose radiating elements are blocks with two elementary radiating elements, the elementary elements of each block being respectively supplied by means of two sub-networks supplied in the center by ends of a line supplied in the center ,
  • Fig. 14 shows an antenna comprising two networks, an elementary network and a block network, FIGS. 15a to 15c are curves of the points with constant gain in a plane H normal to the main plane of the antenna respectively obtained with an antenna such as that which is represented in FIG. 14, and
  • Fig. 16 is a directional diagram obtained with an antenna such as that shown in FIG. 14.

Les antennes représentées aux Figs. 2a à 2c sont toutes constituées par un réseau de quatre rangées a1, a2, a3 et a4 d'éléments rayonnants b1, b2, b3 et b4, b1', b2', etc., qui sont identiques et parallèles entre elles. Chaque rangée aj constitue un sous-réseau linéaire d'éléments rayonnants b.The antennas shown in Figs. 2a to 2c are all formed by a network of four rows a1, a2, a3 and a4 of radiating elements b1, b2, b3 and b4, b1 ', b2', etc., which are identical and parallel to each other. Each row a j constitutes a linear sub-network of radiating elements b.

Les antennes de la présente invention comportent une pluralité d'éléments rayonnants b qui sont, chacun, constitués (Figs. 2a à 2c) par une surface carrée conductrice dont un coin c est relié galvaniquement à une ligne d'alimentation de sous-réseau d, la diagonale e passant par le point de contact galvanique c étant perpendiculaire à la ligne d au point c. Le côté du carré a une dimension sensiblement égale à une demi-longueur d'onde guidée sur le substrat de l'antenne à la fréquence de fonctionnement de celle-ci. Cette forme particulière d'éléments rayonnants, bien que présentant certains avantages, notamment qu'elle est parfaitement modéli- sable, n'est nullement obligatoire pour le bon fonctionnement des antennes décrites.The antennas of the present invention comprise a plurality of radiating elements b which are each constituted (Figs. 2a to 2c) by a conductive square surface of which a corner c is galvanically connected to a sub-network supply line d , the diagonal e passing through the galvanic contact point c being perpendicular to the line d at point c. The side of the square has a dimension substantially equal to a guided half-wavelength on the antenna substrate at the operating frequency thereof. This particular form of radiating elements, although having certain advantages, in particular that it is perfectly modelable, is in no way obligatory for the proper functioning of the antennas described.

Dans les antennes selon l'invention, deux éléments rayonnants voisins b et b¡+1 émettent généralement en opposition de phase. Etant alimentés en phase par la ligne d'alimentation d, ces deux éléments sont de part et d'autre de la ligne d qui les alimente.In the antennas according to the invention, two neighboring radiating elements b and b ¡+1 generally emit in phase opposition. Being supplied in phase by the supply line d, these two elements are on either side of the line d which supplies them.

A la Fig. 2a, on montre une configuration, dite par la suite en étoile, dans laquelle chaque sous-réseau aj est formé de deux demi-sous-réseaux symétriques l'un de l'autre par rapport à son centre. Les sous-réseaux a1, a2, a3 et a4 sont reliés à une ligne commune f perpendiculaire à la direction longitudinale des sous-réseaux en un point d'alimentation placé sur la ligne d de manière que les éléments b1 et b1' qui encadrent le centre de symétrie du sous-réseau rayonnent en opposition de phase. Ces éléments b1 et b1' étant d'un même côté de la ligne d, le point d'alimentation est décalé par rapport au centre de symétrie du sous-réseau d'une demi-longueur d'onde guidée λg sur le substrat où sont imprimés les éléments rayonnants b et à la fréquence de fonctionnement de l'antenne. Au centre de la ligne f, est branchée la ligne d'alimention g de l'antenne.In Fig. 2a, a configuration, hereinafter called a star, is shown, in which each sub-network a j is formed of two half-sub-networks which are symmetrical to one another with respect to its center. The sub-networks a1, a2, a3 and a4 are connected to a common line f perpendicular to the longitudinal direction of the sub-networks at a feed point placed on the line d so that the elements b1 and b1 'which surround the center of symmetry of the subnetwork radiate in phase opposition. These elements b1 and b1 'being on the same side of the line d, the feed point is offset from the center of symmetry of the sub-network by a guided half-wavelength λ g on the substrate where the radiating elements b and the operating frequency of the antenna are printed. In the center of line f, the feed line g of the antenna is connected.

L'antenne de la Fig. 2b présente une configuration, dite par la suite arborescente, dans laquelle les extrémités des sous-réseaux a1, a2, a3 et a4 sont respectivement reliées à des lignes h1, h2, h3 et h4. Les lignes h1 et h3 présentent respectivement deux points communs avec les lignes h2 et h4. Ces points communs sont respectivement reliés à deux lignes f1 etf2 présentant également un point commun relié à la ligne d'alimentation g de l'antenne.The antenna of FIG. 2b presents a configuration, hereinafter called a tree-like configuration, in which the ends of the subnetworks a1, a2, a3 and a4 are respectively connected to lines h1, h2, h3 and h4. Lines h1 and h3 respectively have two points in common with lines h2 and h4. These common points are respectively connected to two lines f1 and f2 also having a common point connected to the feed line g of the antenna.

L'antenne de la Fig. 2c présente une configuration mixte. Les sous-réseaux a1 et a2 sont reliés ensemble dans une configuration en étoile. De même, les sous-réseaux a3 et a4 sont reliés ensemble en une configuration en étoile. Les deux couples ainsi formés sont respectivement reliés à deux lignes f1 et f2 qui ont un point commun relié à la ligne d'alimentation g de l'antenne.The antenna of FIG. 2c presents a mixed configuration. The subnetworks a1 and a2 are linked together in a star configuration. Likewise, the subnetworks a3 and a4 are linked together in a star configuration. The two couples thus formed are respectively connected to two lines f1 and f2 which have a common point connected to the feed line g of the antenna.

A partir de ces trois configurations de base, il est relativement aisé à l'homme de métier d'imaginer d'autres configurations qui peuvent comporter, par exemple, un nombre supérieur de sous-réseaux aj, arrangés en parallèle ou non, en couples, ou par trois ou plus, dans des configurations arborescentes ou mixtes.From these three basic configurations, it is relatively easy for those skilled in the art to imagine other configurations which may include, for example, a greater number of subnets a j , arranged in parallel or not, in couples, or by three or more, in tree or mixed configurations.

Ces configurations ont des caractéristiques de rayonnement sensiblement équivalentes. Il faut mentionner le fait que, dans un réseau combinant plusieurs sous-réseaux, les sous-réseaux aj doivent être alimentés en phase pour que chaque sous-réseau puisse additionner ces effets à ceux des autres sous-réseaux. Pour ce faire, on ajuste les longueurs des parties de ligne f entre eux. Des transformateurs quart d'onde peuvent être inclus dans ces parties de ligne pour pondérer en amplitude les sous-réseaux les uns par rapport aux autres.These configurations have substantially equivalent radiation characteristics. It should be mentioned that, in a network combining several subnetworks, the subnetworks a j must be supplied in phase so that each subnetwork can add these effects to those of the other subnetworks. To do this, we adjust the lengths of the line parts f between them. Quarter-wave transformers can be included in these line portions to amplify weight the subnetworks relative to each other.

On a également représenté (Fig. 3) une antenne constituée d'un réseau comprenant un seul sous-réseau linéaire a symétrique par rapport à son centre et alimenté en son centre par une ligne f. On remarquera, que dans ce cas, les éléments encadrant le centre de symétrie du sous-réseau b1 et b1' sont situés de part et d'autre de la ligne d'alimentation de sous-réseau d. Notons, que ce sous-réseau pourrait également être alimenté par une de ses extrémités.There is also shown (FIG. 3) an antenna consisting of a network comprising a single linear sub-network which is symmetrical with respect to its center and fed in its center by a line f. It will be noted that in this case, the elements framing the center of symmetry of the sub-network b1 and b1 'are located on either side of the sub-network supply line d. Note that this subnetwork could also be supplied by one of its ends.

On va maintenant décrire des sous-réseaux particuliers qui font l'objet de la présente invention. Ils peuvent être arrangés en réseau selon les configurations montrées aux Figs. 2a à 2c et 3.We will now describe particular subnetworks which are the subject of the present invention. They can be arranged in a network according to the configurations shown in Figs. 2a to 2c and 3.

Les Figs. 5a à 5c montrent des sous-réseaux a à quatre éléments b1, b2, b3 et b4. A la Fig. 5a, la ligne d'alimentation de sous-réseau ds est rectiligne et la distance ds qui sépare deux éléments rayonnants voisins bi et bi+1 est un multiple entier (ici l'unité) de la longueur d'onde guidée par la ligne d'alimentation sur le substrat du circuit sur lequel ils sont imprimés. Cette longueur d'onde sera notée par la suite λg . La distance projetée sur un axe transversal au sous-réseau qui sépare deux éléments voisins b et bi+1 est égale à la dimension dans cette direction transversale des éléments rayonnants, c'est-à-dire, ici, la longueur d'une diagonale du carré formant les éléments. Ce sous-réseau est celui qui est décrit dans le document FR-A-2 622 055.Figs. 5a to 5c show subnetworks a with four elements b1, b2, b3 and b4. In Fig. 5a, the sub-array supply line d s is rectilinear and the distance d s which separates two neighboring radiating elements b i and b i + 1 is an integer multiple (here the unit) of the guided wavelength by the supply line on the substrate of the circuit on which they are printed. This wavelength will be noted below λ g . The distance projected on an axis transverse to the sub-network which separates two neighboring elements b and b i + 1 is equal to the dimension in this transverse direction of the radiating elements, that is to say, here, the length of a diagonal of the square forming the elements. This subnetwork is that which is described in document FR-A-2 622 055.

Pour caractériser la directivité d'une antenne, on trace un diagramme du gain en fonction de l'angle que forme la direction de mesure avec une normale au plan principal de l'antenne, diagramme qui sera, par la suite, appelé diagramme directionnel. On a représenté à la Fig. 6a, un tel diagramme dans le plan E et dans le plan H d'émission d'une antenne réalisée à partir du sous-réseau de la Fig. 5a. On constate, dans le plan H, la présence de deux maxima dans des directions faisant avec une normale du plan de l'antenne des angles d'environ +30° et -30° et, dans le plan E, de deux maxima sensiblement dans des directions à +40° et -40°. La puissance maximale émise dans le plan E est inférieure d'environ -3 dB à la puissance maximale émise dans le plan H.To characterize the directivity of an antenna, a gain diagram is plotted as a function of the angle formed by the direction of measurement with a normal to the main plane of the antenna, which diagram will later be called directional diagram. There is shown in FIG. 6a, such a diagram in the plane E and in the plane H of emission of an antenna produced from the sub-array of FIG. 5a. One notes, in the plane H, the presence of two maxima in directions making with a normal of the plane of the antenna angles of approximately +30 ° and -30 ° and, in the plane E, of two maxima substantially in directions at +40 ° and -40 °. The maximum power emitted in plane E is approximately -3 dB lower than the maximum power emitted in plane H.

La présence des deux maxima dans le plan E entraîne des difficultés de traitement du signal reçu de l'antenne lorsqu'elle est utilisée dans un système de mesure, dans le plan H, de vitesse, ledit système étant du type à configuration Janus.The presence of the two maxima in the plane E causes difficulties in processing the signal received from the antenna when used in a speed H measurement system, said system being of the Janus configuration type.

On a donc cherché à remédier à ce problème et, pour ce faire, on a pensé à réduire (Fig. 5b), voire à annuler (Fig. 5c), la distance transversale entre deux éléments voisins b et bi+1. A la Fig. 5b, la distance transversale est égale à la demi-longueur d'une diagonale d'un carré formant un élément b et, à la Fig. 5c, cette distance est nulle. Dans ce dernier cas, les éléments b sont alignés dans le sens longitudinal du sous-réseau.We therefore sought to remedy this problem and, to do this, we thought of reducing (Fig. 5b), or even canceling (Fig. 5c), the transverse distance between two neighboring elements b and b i + 1 . In Fig. 5b, the transverse distance is equal to the half-length of a diagonal of a square forming an element b and, in FIG. 5c, this distance is zero. In the latter case, the elements b are aligned in the longitudinal direction of the sub-network.

On remarquera que les lignes d'alimentation d des sous-réseaux des Fig. 5b et 4c ne sont pas rectilignes mais présentent deux coudes.It will be noted that the supply lines d of the sub-networks of FIGS. 5b and 4c are not straight but have two elbows.

On a représenté, aux Fig. 6b et 5c, les diagrammes directionnels de deux antennes utilisant respectivement les deux sous-réseaux des Fig. 5b et 4c. On peut constater que, bien que les amplitudes des maxima dans le plan H soient sensiblement les mêmes que celles des mêmes maxima avec le sous-réseau de la Fig. 5a, les amplitudes des maxima dans le plan E sont affaiblies (-10 dB, Fig. 6b), voire annulées (Fig. 6c).There is shown in Figs. 6b and 5c, the directional diagrams of two antennas using respectively the two sub-arrays of FIGS. 5b and 4c. It can be seen that, although the amplitudes of the maxima in the plane H are substantially the same as those of the same maxima with the sub-network of FIG. 5a, the amplitudes of the maxima in plane E are weakened (-10 dB, Fig. 6b), or even canceled (Fig. 6c).

Dans un réseau linéaire d'éléments rayonnants équidistants de ds et alimentés de manière que deux éléments consécutifs émettent des ondes en opposition de phase, le diagramme directionnel dans le plan H présente deux lobes principaux qui sont inclinés par rapport à la normale du plan principal de l'antenne de 0 et -0, les valeurs de ces deux angles étant données par la relation:

Figure imgb0001
où λ0 est la longueur d'onde dans le vide à la fréquence de fonctionnement de l'antenne.In a linear network of radiating elements equidistant from d s and supplied in such a way that two consecutive elements emit waves in phase opposition, the directional diagram in the H plane presents two main lobes which are inclined with respect to the normal of the main plane of the antenna of 0 and -0, the values of these two angles being given by the relation:
Figure imgb0001
 where λ 0 is the wavelength in a vacuum at the operating frequency of the antenna.

Ainsi, en faisant varier la distance ds entre éléments rayonnants bi, on peut faire varier les angles d'inclinaison des lobes principaux.Thus, by varying the distance d s between radiating elements b i , the angles of inclination of the main lobes can be varied.

Dans les antennes de l'invention, les éléments rayonnants bi sont alimentés en des points alternativement d'un côté et de l'autre de la ligne d'alimentation de sous-réseau d si bien que, pour que deux éléments consécutifs bi et bi+1 émettent en opposition de phase, il est nécessaire qu'ils soient alimentés en phase. Entre deux éléments voisins bi et bi+1, la ligne d doit, par conséquent, avoir une longueur L égale à un multiple entier de la longueur d'onde guidée dans le substrat à la fréquence de fonctionnement de l'antenne.In the antennas of the invention, the radiating elements b i are supplied at points alternately on one side and on the other of the sub-array supply line d so that, for two consecutive elements b i and b i + 1 emit in phase opposition, they must be supplied in phase. Between two neighboring elements b i and b i + 1 , the line d must therefore have a length L equal to an integer multiple of the guided wavelength in the substrate at the operating frequency of the antenna.

On a réalisé des antennes dont les sous-réseaux représentés aux Fig. 7a à 7c ont des distances ds entre éléments rayonnants voisins bi et bi+1 différentes. A la Fig. 7a, la distance ds est de 1,22λo et la longueur L de la ligne d'alimentation d entre deux éléments rayonnants consécutifs bi et bi+1 est de 2λg. Le diagramme directionnel obtenu avec un réseau d'antenne utilisant ce sous-réseau montre (Fig. 8a), dans le plan H, deux lobes respectivement inclinés à +25° et -25°.Antennas have been produced, the sub-networks of which are shown in FIGS. 7a to 7c have different distances d s between neighboring radiating elements b i and b i + 1 . In Fig. 7a, the distance d s is 1.22λ o and the length L of the supply line d between two consecutive radiating elements b i and b i + 1 is 2λ g . The directional diagram obtained with an antenna network using this sub-network shows (Fig. 8a), in the plane H, two lobes respectively inclined at +25 ° and -25 °.

A la Fig. 7b, la distance ds est de 1,33λo et la longueur L de la ligne est de 3λg. Le diagramme directionnel correspondant montre, dans le plan H, deux lobes respectivement inclinés de +22° et -22°.In Fig. 7b, the distance d s is 1.33λ o and the length L of the line is 3λ g . The corresponding directional diagram shows, in the H plane, two lobes respectively inclined by +22 ° and -22 °.

Enfin, à la Fig. 7c, la distance ds est de λo et la longueur L est de 2λg. Le diagramme directionnel correspondant montre, dans le plan H, deux lobes respectivement inclinés d'environ +30° et -30°.Finally, in FIG. 7c, the distance d s is λ o and the length L is 2λ g . The corresponding directional diagram shows, in the plane H, two lobes respectively inclined by about +30 ° and -30 °.

Afin de disposer d'un dessin général de ligne d qui puisse s'adapter à diverses distances ds entre éléments rayonnants voisins bi et bi+1, on a prévu de courber la ligne d entre ces deux éléments (Fig. 9) de manière qu'elle présente la forme d'un "S". Le tronçon de ligne supérieur d1 et le tronçon de ligne inférieur d2 ont respectivement les longueurs L1 et L2, le tronçon de ligne central d3, la longueur L3 et les deux tronçons de ligne verticaux d4 et d5, respectivement L4 et L5. A la Fig. 9, L1 = L2 et L4 = L5. Par ailleurs, si L désigne la longueur de la ligne d entre deux éléments bi et bi+1, on a:

Figure imgb0002
et l'on doit avoir L = nλg In order to have a general line drawing d which can be adapted to various distances d s between neighboring radiating elements b i and b i + 1 , provision has been made to curve the line d between these two elements (FIG. 9) so that it has the shape of an "S". The upper line section d1 and the lower line section d2 have the lengths L 1 and L 2 respectively , the central line section d3, the length L 3 and the two vertical line sections d4 and d5, respectively L 4 and L 5 . In Fig. 9, L 1 = L 2 and L 4 = L 5 . Furthermore, if L denotes the length of the line d between two elements b i and b i + 1 , we have:
Figure imgb0002
 and we must have L = nλ g

Avantageusement, la ligne d'alimentation d ne présente pas de changements de direction au voisinage des éléments rayonnants b. La forme en "S" est sensiblement à égale distance des deux éléments bi et bi+1. Si ces changements étaient très proches des éléments rayonnants bi, il pourrait en résulter des couplages entre la ligne d et les éléments rayonnants bi, ce qui produirait des perturbations dans les caractéristiques de l'antenne.Advantageously, the supply line d does not present changes of direction in the vicinity of the radiating elements b. The "S" shape is substantially equidistant from the two elements b i and b i + 1 . If these changes were very close to the radiating elements b i , it could result in couplings between the line d and the radiating elements b i , which would produce disturbances in the characteristics of the antenna.

On remarquera, à la Fig. 9, la présence, sur la ligne d d'éléments k obtenus en augmentant la largeur de la ligne d'alimentation d. Ces éléments sont des éléments de pondération qui pondèrent les gains des éléments rayonnants placés en aval sur la ligne d. Ils sont connus de l'homme de métier et sont, par exemple, décrits dans le document FR-A-2 622 055.It will be noted, in FIG. 9, the presence, on line d of elements k obtained by increasing the width of the supply line d. These elements are weighting elements which weight the gains of the radiating elements placed downstream on line d. They are known to those skilled in the art and are, for example, described in document FR-A-2 622 055.

En faisant varier la distance ds entre éléments bi, on peut faire varier l'angle de dépointage de l'antenne dans une gamme d'angles assez importante. On est cependant limité, pour la valeur supérieure, par la distance ds qui ne peut être inférieure à une certaine valeur du fait que deux éléments consécutifs b et bi+1 ne doivent pas être en contact l'un avec l'autre mais doivent, au contraire, laisser place à la ligne d'alimentation d (et éventuellement ses coudes). En pratique, la valeur supérieure est d'environ 55°.By varying the distance d s between elements b i , the depointing angle of the antenna can be varied within a fairly large range of angles. One is however limited, for the higher value, by the distance d s which cannot be lower than a certain value because two consecutive elements b and b i + 1 must not be in contact with each other but must, on the contrary, leave room for the supply line d (and possibly its elbows). In practice, the upper value is around 55 °.

Pour des distances entre éléments bi supérieures à 1,5λo qui donnent des angles de dépointage inférieurs à 19,5°, on a l'apparition, dans le diagramme directionnel obtenu dans le plan H, de deux lobes secondaires dont les gains des maxima sont du même ordre de grandeur que ceux des lobes principaux. On a représenté, pour illustrer cet effet, des diagrammes directionnels dans le plan H (Fig. 10a et 9b) respectivement obtenus avec des réseaux linéaires de huit éléments bi écartés de ds = 1,52 λo et d = 1,93λo. Dans le premier cas, les lobes secondaires apparaissent pour des angles d'environ +80° et -80° avec une atténuation, par rapport aux maxima des lobes principaux, de -19 dB. Dans le second cas, les lobes secondaires apparaissent pour des angles d'environ 51 ° et -51 avec une atténuation de seulement -4 dB.For distances between elements b i greater than 1.5λ o which give depointing angles less than 19.5 °, we have the appearance, in the directional diagram obtained in the plane H, of two secondary lobes whose gains of maxima are of the same order of magnitude as those of the main lobes. To illustrate this effect, there are shown directional diagrams in the H plane (Fig. 10a and 9b) respectively obtained with linear networks of eight elements b i spaced from d s = 1.52 λ o and d = 1.93λ o . In the first case, the secondary lobes appear for angles of approximately + 80 ° and -80 ° with an attenuation, compared to the maxima of the main lobes, of -19 dB. In the second case, the secondary lobes appear for angles of approximately 51 ° and -51 with an attenuation of only -4 dB.

On pourrait montrer que des lobes secondaires apparaissent dans le plan H à des inclinaisons dont les valeurs des angles par rapport à une normale à l'antenne sont données par la relation:

Figure imgb0003
où n est l'ordre d'apparition des lobes secondaires. Aux Figs. 10a et 9b, n = 1 et
Figure imgb0004
 We could show that secondary lobes appear in the H plane at inclinations whose values of the angles with respect to a normal to the antenna are given by the relation:
Figure imgb0003
 where n is the order of appearance of the secondary lobes. In Figs. 10a and 9b, n = 1 and
Figure imgb0004

L'atténuation relativement importante (-19 dB) observée pour ds= 1,52 λo est due à un effet secondaire attribué à la forme géométrique particulière des éléments rayonnants bi, carrée avec un côté qui est sensiblement égal à la demi-longueur de l'onde guidée λg.The relatively large attenuation (-19 dB) observed for d s = 1.52 λ o is due to a secondary effect attributed to the particular geometric shape of the radiating elements b i , square with a side which is substantially equal to half length of the guided wave λ g .

Pour des distances ds relativement importantes, cet effet ne joue plus et les gains des maxima des lobes secondaires sont peu inférieurs aux gains des lobes principaux.For relatively large distances d s , this effect no longer plays and the gains of the maxima of the secondary lobes are little less than the gains of the main lobes.

On a pensé à utiliser, comme élément rayonnant bi, un bloc 1 constitué de deux éléments rayonnants m1 et m2 écartés d'une distance égale à de et situés d'un même côté de la ligne d'alimentation d du sous-réseau (Fig. 11a). La longueur de la partie de ligne d qui sépare les deux éléments m1 et m2 d'un même bloc 1 est un multiple entier de la longueur d'onde guidée sur le substrat λg (ici, elle est égale à λg). Les éléments m1 et m2 émettent donc des ondes en phase. On a représenté le diagramme directionnel dans le plan H d'un tel bloc à la Fig. 11 b. On constate qu'il comporte un lobe relativement large centré autour de 0° et deux lobes secondaires qui forment, avec le lobe principal, deux minima dont les valeurs des angles d'inclinaison sont données par la relation:

Figure imgb0005
We thought of using, as a radiating element b i , a block 1 made up of two radiating elements m1 and m2 spaced apart by a distance equal to and located on the same side of the supply line d of the subnetwork ( Fig. 11a). The length of the line part d which separates the two elements m1 and m2 of the same block 1 is an integer multiple of the wavelength guided on the substrate λ g (here, it is equal to λ g ). The elements m1 and m2 therefore emit waves in phase. The directional diagram is shown in the H plane of such a block in FIG. 11 b. It can be seen that it has a relatively wide lobe centered around 0 ° and two secondary lobes which form, with the main lobe, two minima whose values of the angles of inclination are given by the relation:
Figure imgb0005

A la Fig. 11 b, la distance de est égale 0,51 λo et θe est égal à 55°.In Fig. 11 b, the distance from is equal to 0.51 λ o and θ e is equal to 55 °.

Pour annuler le gain des lobes secondaires, on choisit la distance de telle que la valeur des angles des inclinaisons des minima des blocs correspondent aux valeurs des angles des maxima des lobes secondaires. On a alors θe = 81 soit:

Figure imgb0006
soit encore
Figure imgb0007
 To cancel the gain of the side lobes, the distance is chosen such that the value of the angles of the inclinations of the minima of the blocks correspond to the values of the angles of the maxima of the side lobes. We then have θ e = 8 1 either:
Figure imgb0006
 either again
Figure imgb0007

On a réalisé un réseau linéaire de huit blocs 11. La distance ds entre les blocs 1 est de 1,93λo et, dans chaque bloc, les deux éléments m1 et m2 sont distants de 0,64λo. On a représenté à la Fig. 11c, le diagramme directionnel obtenu, dans le plan H, avec un tel réseau. Les deux lobes principaux sont inclinés à environ +15° et -15° et les lobes supplémentaires à environ +55° et -55°. Ces derniers présentent une atténuation de -28 dB par rapport aux maxima des lobes principaux.A linear network of eight 1 1 blocks was produced. The distance d s between the blocks 1 is 1.93λ o and, in each block, the two elements m1 and m2 are separated by 0.64λ o . There is shown in FIG. 11c, the directional diagram obtained, in the plane H, with such a network. The two main lobes are inclined at approximately +15 ° and -15 ° and the additional lobes at approximately +55 ° and -55 °. The latter have an attenuation of -28 dB compared to the maxima of the main lobes.

Au lieu d'affaiblir les lobes secondaires, on a cherché, au contraire, à rendre leur gain sensiblement égal à celui des lobes principaux. Le but poursuivi est de fournir une antenne à quatre faisceaux qui peut être utilisée dans des systèmes de mesure de vitesse par effet Doppler. Elle permet d'offrir une redondance de lobes qui peut s'avérer utile, par exemple, lorsque le système analyse une surface à faible coefficient de rétrodiffusion (flaque d'eau, d'huile, plaque de neige ou de verglas, etc).Instead of weakening the secondary lobes, efforts have been made to make their gain substantially equal to that of the main lobes. The aim is to provide a four-beam antenna which can be used in Doppler speed measurement systems. It offers redundant lobes which can be useful, for example, when the system analyzes a surface with a low backscatter coefficient (puddle, oil, snow or ice patches, etc.).

Pour amener les valeurs des gains des maxima des lobes secondaires aux valeurs des gains des lobes principaux, on a utilisé des blocs pi constitués de deux éléments m1 et m2 rayonnants en opposition de phase (Fig. 12a). Pour ce faire, la partie de ligne d qui les sépare est un multiple entier de la longueur d'onde guidéeλg et ils sont de part et d'autre de la ligne d. Ils sont séparés d'une distance égale à de. Le diagramme de rayonnement dans le plan H d'un bloc pi seul (Fig. 12b) montre deux maxima de part et d'autre de la normale au bloc.To bring the values of the gains of the maxima of the secondary lobes to the values of the gains of the main lobes, we used blocks p i made up of two radiating elements m1 and m2 in phase opposition (Fig. 12a). To do this, the part of line d which separates them is an integer multiple of the guided wavelength λ g and they are on either side of line d. They are separated by a distance equal to of. The radiation diagram in the H plane of a single block p i (Fig. 12b) shows two maxima on either side of the normal to the block.

On a réalisé un réseau linéaire de huit blocs pi distants de ds = 1,93λo et dont les éléments m1, m2 sont distants de de = 0,75λo. La Fig. 12c montre le diagramme directionnel obtenu, dans le plan H, avec un tel réseau. On constate l'égalité des gains des maxima des quatre lobes respectivement inclinés de -55°, -15°, +15 et +55°.A linear network of eight blocks p i distant from d s = 1.93λ o and whose elements m1, m2 are distant from de = 0.75λ o has been produced . Fig. 12c shows the directional diagram obtained, in the plane H, with such a network. We note the equality of the gains of the maxima of the four lobes respectively inclined by -55 °, -15 °, +15 and +55 ° .

Il peut être nécessaire, dans certains cas, afin d'obtenir un faible niveau des autres lobes secondaires de prévoir, entre les blocs pi consécutifs, des transformateurs quart d'onde.It may be necessary, in certain cases, in order to obtain a low level of the other secondary lobes, to provide, between the consecutive blocks p i , quarter-wave transformers.

En diminuant la distance de entre les éléments mi de chaque bloc pi, on déplace vers des angles de valeur plus élevée le diagramme de rayonnement de chaque bloc pi, ce qui entraîne une réduction des gains des maxima des lobes principaux par rapport à ceux des lobes secondaires. En augmentant le distance de, on obtient l'effet inverse.By decreasing the distance between the elements m i of each block p i is moved to the highest value of angles the radiation pattern of each block p i, which reduces gains of the maxima of the main lobes with respect to those of the side lobes. By increasing the distance from, we get the opposite effect.

Les deux éléments m1 et m2 des blocs 1 (Fig. 11a) ou des blocs pi (Fig. 12a) sont reliés à une même ligne d'alimentation d. En fait, comme il est montré Fig. 13, ils peuvent être alimentés par deux lignes d1 et d2 distinctes, chaque ligne dj avec les éléments mi qui y sont reliés formant un sous-réseau qj. Pour qu'un élément mi soit en phase ou en opposition de phase avec l'un de ses voisins, suivant l'effet recherché, suppression des lobes secondaires ou égalisation de ces lobes, il est nécessaire d'ajuster les longueurs des parties de lignes d entre éléments mi et prévoir une alimentation correcte de chaque sous-réseau qj. A la Fig. 13, on montre un réseau linéaire constitué par deux sous-réseaux q1 et q2 alimentés en phase, l'ensemble présentant huit blocs 1 distants de d = 1,93λo et dont les éléments m1 et m2 sont respectivement alimentés par leurs coins opposés émettant ainsi en opposition de phase. La distance entre éléments mi est de 0,75 λo. Les diagrammes directionnels obtenus dans le plan H pour la source et pour le réseau sont équivalents à ceux respectivement montrés dans les Fig. 11 b et 11 c.The two elements m1 and m2 of blocks 1 (Fig. 11a) or blocks p i (Fig. 12a) are connected to the same supply line d. In fact, as shown in Fig. 13, they can be supplied by two separate lines d1 and d2, each line d j with the elements m i which are connected to it forming a sub-network q j . So that an element m i is in phase or in phase opposition with one of its neighbors, according to the desired effect, suppression of the secondary lobes or equalization of these lobes, it is necessary to adjust the lengths of the parts of lines of between elements m i and provide a correct supply for each sub-network q j . In Fig. 13, a linear network is shown consisting of two subnetworks q 1 and q 2 supplied in phase, the assembly having eight blocks 1 distant from d = 1.93λ o and whose elements m1 and m2 are respectively supplied by their corners opposites thus emitting in phase opposition. The distance between elements m i is 0.75 λ o . The directional diagrams obtained in the H plane for the source and for the network are equivalent to those shown in Figs. 11b and 11c.

Les antennes décrites jusqu'ici ont deux ou quatre lobes et peuvent donc être utilisées dans un système de mesure de la vitesse qui présente une configuration de type Janus. Si ces systèmes permettent d'effectuer une mesure qui est indépendante de l'inclinaison du véhicule par rapport au sol, ils ne permettent pas la détection du sens de déplacement du véhicule. Il peut être utile, dans certaines applications, de déterminer la vitesse et le sens de déplacement du véhicule, l'orientation par rapport au sol de celui-ci restant, dans ces applications, sensiblement constante.The antennas described so far have two or four lobes and can therefore be used in a speed measurement system which has a Janus-type configuration. If these systems allow a measurement to be made which is independent of the inclination of the vehicle relative to the ground, they do not allow the detection of the direction of movement of the vehicle. It may be useful, in certain applications, to determine the speed and the direction of movement of the vehicle, the orientation relative to the ground thereof remaining, in these applications, substantially constant.

Pour cela, on utilise une antenne dont le seul lobe d'émission/réception dans le plan H est incliné par rapport au sol et, donc, par rapport à son plan principal. On a réalisé une telle antenne (Fig. 14). Elle est constituée de quatre sous-réseaux a1, a2, a3 et a4 parallèles entre eux et alimentés en leur centre par une ligne f. Chaque sous-réseau aj est symétrique par rapport à son centre et comporte, de chaque côté de celui-ci, quatre éléments rayonnants b. espacés d'une distance égale à ds et situés de part et d'autre de la ligne d'alimentation dj du sous-réseau aj. La ligne d'alimentation f présente deux coudes si bien que le premier sous-réseau a1 est décalé longitudinalement de ds/2 par rapport aux deux sous-réseaux centraux a2 et a3 et le dernier sous-réseau a4 est également décalé longitudinalement, dans la direction inverse du premier réseau a1, de ds/2. Les éléments rayonnants b sont avantageusement des surfaces carrées telles que celles qui ont déjà été décrites.For this, an antenna is used whose only transmission / reception lobe in the H plane is inclined by rap bearing on the ground and, therefore, in relation to its main plane. Such an antenna was produced (Fig. 14). It consists of four subnetworks a1, a2, a3 and a4 which are parallel to each other and fed at their center by a line f. Each sub-network a j is symmetrical with respect to its center and comprises, on each side of the latter, four radiating elements b. spaced a distance equal to d s and located on either side of the supply line d j of the sub-network a j . The supply line f has two elbows so that the first sub-network a1 is offset longitudinally by d s / 2 with respect to the two central sub-networks a2 and a3 and the last sub-network a4 is also offset longitudinally, in the opposite direction of the first network a1, from d s / 2. The radiating elements b are advantageously square surfaces such as those which have already been described.

Le fonctionnement de cette antenne particulière est le suivant. Les deux sous-réseaux centraux a2 et a3 forment un réseau tel que celui qui est déjà décrit dans le document FR-A-2 622 055. Il pourrait être réalisé selon une structure telle que l'une de celles qui sont représentées dans la présente demande aux Figs. 2, 3, 4 et 7. Dans le plan H, ce réseau a un diagramme directionnel qui comporte deux lobes inclinés par rapport à la normale au plan de l'antenne à l'intérieur desquels les ondes émises sont en opposition de phase (Fig. 15a). L'inclinaison des lobes est fonction de la distance ds entre éléments b.The operation of this particular antenna is as follows. The two central subnetworks a2 and a3 form a network such as that which is already described in the document FR-A-2 622 055. It could be produced according to a structure such as one of those which are represented in the present ask in Figs. 2, 3, 4 and 7. In the H plane, this network has a directional diagram which comprises two lobes inclined relative to the normal to the plane of the antenna inside which the emitted waves are in phase opposition (Fig. . 15a). The inclination of the lobes is a function of the distance d s between elements b.

Les deux sous-réseaux externes a1 et a4 forment un second réseau où les éléments b qui se correspondent dans un sous-réseau a1 et dans l'autre sous-réseau a4 forment un bloc d'éléments m1 et m2 en opposition de phase tels que ceux qui ont été décrits en relation avec les Fig. 11 et 13a. Ces éléments m1 et m2 sont alimentés en phase par la ligne dj du sous-réseau aj et sont respectivement dirigés dans un sens et dans l'autre. Ils émettent donc en phase.The two external sub-networks a1 and a4 form a second network where the elements b which correspond in a sub-network a1 and in the other sub-network a4 form a block of elements m1 and m2 in phase opposition such that those which have been described in relation to FIGS. 11 and 13a. These elements m1 and m2 are supplied in phase by the line d j of the sub-network a j and are respectively directed in one direction and in the other. They therefore emit in phase.

On notera que les tronçons de ligne d'alimentation des sous-réseaux a1 et a4, c'est-à-dire ceux qui relient respectivement les sous-réseaux a1 et a2 et les sous-réseaux a3 et a4, sont plus longs qu'un multiple entier de la longueur d'onde guidée λg. Ils ont, en fait, une longueur de λg + 1/4 λg. En effet, pour que les sous-réseaux a1 et a4 puissent jouer le rôle d'un sous-réseau de blocs à deux éléments rayonnants, il est nécessaire que, d'une part, ils soient alimentés en phase l'un par rapport à l'autre et que, d'autre part, ils soient alimentés déphasés de plus ou moins 90° par rapport aux sous-réseaux a2 et a3.It will be noted that the power line sections of the subnetworks a1 and a4, that is to say those which connect the subnetworks a1 and a2 respectively and the subnetworks a3 and a4, are longer than an integer multiple of the guided wavelength λ g . They have, in fact, a length of λ g + 1/4 λ g . Indeed, for the subnetworks a1 and a4 to be able to play the role of a subnetwork of blocks with two radiating elements, it is necessary that, on the one hand, they are supplied in phase one with respect to the other and that, on the other hand, they are supplied phase shifted by more or less 90 ° relative to the subnetworks a2 and a3.

La distance entre deux blocs pj et pj+i est égale à ds. Pour que les sous-réseaux a1 et a4 émettent une puissance sensiblement égale à la puissance émise par les sous-réseaux a2 et a3, on choisit, pour les sous-réseaux a1 et a3, ds et de de manière que l'inclinaison des lobes créés par chaque bloc p, soit égale à l'inclinaison des lobes créés par les sous-réseaux, soit ds = de. On comprend la nécessité de deux sous-réseaux distincts pour réaliser l'alimentation de chaque élément m1 et m2 d'un bloc pi.The distance between two blocks pj and p j + i is equal to d s . So that the subnetworks a1 and a4 emit a power substantially equal to the power emitted by the subnetworks a2 and a3, one chooses, for the subnetworks a1 and a3, d s and in such a way that the inclination of the lobes created by each block p, either equal to the inclination of the lobes created by the sub-networks, or d s = de. We understand the need for two separate sub-networks to supply power to each element m1 and m2 of a block p i .

Or, un réseau de blocs p, constitués de deux éléments m1 et m2 émettant en opposition de phase a un diagramme directionnel qui présente, dans le plan H, deux lobes symétriques par rapport à la normale à son plan principal, un lobe étant en phase par rapport à l'autre (Fig. 15b).However, a network of blocks p, made up of two elements m1 and m2 emitting in phase opposition has a directional diagram which presents, in the plane H, two lobes symmetrical compared to normal to its principal plane, a lobe being in phase relative to each other (Fig. 15b).

Le réseau constitué des quatre sous-réseaux a1, a2, a3 et a4 a un diagramme directionnel qui est constitué, dans le plan H, de la somme vectorielle des ondes émises par chaque sous-réseau. Du fait que les distances entre éléments rayonnants b sont les mêmes dans chaque sous-réseau, et que, par conséquent, les inclinaisons de leurs lobes principaux sont égales, d'un côté, les ondes en opposition de phase émises par chacun des sous-réseaux a1 et a4 et a2 et a3 s'annulent mutuellement alors que, de l'autre côté, elles s'ajoutent. Le résultat (Fig. 15c) est une antenne dont le diagramme directionnel dans le plan H montre un unique lobe incliné par rapport à la normale de l'antenne (Fig. 16). Cette inclinaison est fonction de la distance ds entre éléments rayonnants.The network made up of the four subnetworks a1, a2, a3 and a4 has a directional diagram which is made up, in the plane H, of the vector sum of the waves emitted by each subnetwork. Because the distances between radiating elements b are the same in each sub-network, and that, consequently, the inclinations of their main lobes are equal, on the one hand, the waves in phase opposition emitted by each of the sub-networks networks a1 and a4 and a2 and a3 cancel each other out while, on the other side, they add up. The result (Fig. 15c) is an antenna whose directional diagram in the H plane shows a single lobe inclined relative to the normal of the antenna (Fig. 16). This inclination is a function of the distance d s between radiating elements.

Un des aspects de l'invention concerne la structure de blocs utilisés comme éléments rayonnants. On a décrit des blocs à deux éléments orientés dans le sens longitudinal du sous-réseau auquel ils appartiennent. L'invention ne se limite pas à de tels blocs. En effet, des blocs de trois ou quatre (ou plus) éléments peuvent être envisagés. Avec de tels blocs, comme précédemment, les caractéristiques de gain de chaque bloc se combinent avec les caractéristiques de gain d'une antenne de même structure mais qui serait munie d'éléments rayonnants élémentaires, ce qui permet d'obtenir de nouvelles caractéristiques de gain.One aspect of the invention relates to the structure of blocks used as radiating elements. Two-element blocks oriented in the longitudinal direction of the sub-network to which they belong have been described. The invention is not limited to such blocks. Indeed, blocks of three or four (or more) elements can be envisaged. With such blocks, as before, the gain characteristics of each block combine with the gain characteristics of an antenna of the same structure but which would be provided with elementary radiating elements, which makes it possible to obtain new gain characteristics. .

On a décrit des structures qui annulent ou amplifient les lobes secondaires d'ordre un. On pourrait envisager des antennes comportant un ou plusieurs sous-réseaux dans lesquels les blocs ont des distances de entre éléments rayonnants différentes pour pouvoir annuler ou amplifier, les premiers les lobes secondaires d'ordre un, les seconds les lobes d'ordre deux, etc. Il est alors possible de réaliser des antennes à six ou huit faisceaux et/ou des antennes dont les faisceaux principaux ont une faible inclinaison, par exemple inférieure à 12°, voire 9°.Structures have been described which cancel or amplify the secondary lobes of order one. One could envisage antennas comprising one or more sub-arrays in which the blocks have distances of between different radiating elements in order to be able to cancel or amplify, the first the secondary lobes of order one, the second the lobes of order two, etc. . It is then possible to produce antennas with six or eight beams and / or antennas whose main beams have a slight inclination, for example less than 12 °, or even 9 °.

Notons que les lignes d'alimentation des éléments rayonnants peuvent comporter des transformateurs quart d'onde afin de pondérer l'alimentation de chaque élément indivuel.Note that the supply lines of the radiating elements can include quarter-wave transformers in order to weight the supply of each individual element.

Claims (20)

1) Antenne plaque micro-onde, notamment pour radar Doppler, par exemple, du type à configuration Janus, constituée d'une pluralité de sous-réseaux linéaires parallèles entre eux, ou d'un seul sous-réseau linéaire, chaque sous-réseau étant constitué d'une pluralité d'éléments rayonnants disposés de part et d'autre d'une ligne d'alimentation de sous-réseau, les sous-réseaux étant alimentés en phase, la longueur de la ligne d'alimentation de sous-réseau est, entre deux éléments voisins, un multiple entier de la longueur d'onde guidée sur le substrat du circuit imprimé sur lequel sont imprimés les éléments rayonnants et qui correspond à la fréquence de fonctionnement de l'antenne, caractérisée en ce qu'entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation de sous-réseau présente au moins un coude si bien que la distance projetée sur un axe parallèle à la direction transversale du sous-réseau entre deux éléments rayonnants consécutifs d'un même sous-réseau entre eux est inférieure à la dimension desdits éléments dans cette direction.1) Microwave plate antenna, in particular for Doppler radar, for example, of the Janus configuration type, consisting of a plurality of linear sub-networks parallel to each other, or of a single linear sub-network, each sub-network consisting of a plurality of radiating elements arranged on either side of a sub-network supply line, the sub-networks being supplied in phase, the length of the sub-network supply line is, between two neighboring elements, an integer multiple of the wavelength guided on the substrate of the printed circuit on which the radiating elements are printed and which corresponds to the operating frequency of the antenna, characterized in that between two radiating elements neighboring a same sub-network, the sub-network supply line has at least one bend so that the distance projected on an axis parallel to the transverse direction of the sub-network between two rayo elements consecutive nnants of the same sub-network between them is less than the dimension of said elements in this direction. 2) Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments rayonnants d'un même sous-réseau sont alignés selon la direction longitudinale des sous-réseaux.2) Antenna according to claim 1, characterized in that the radiating elements of the same sub-network are aligned in the longitudinal direction of the sub-networks. 3) Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation présente deux tronçons de ligne parallèles à la direction longitudinale du sous-réseau et respectivement reliés auxdits éléments, et, reliant leurs extrémités libres, un troisième tronçon de ligne qui forme un certain angle avec les deux premiers.3) Antenna according to claim 1 or 2, characterized in that between two radiating elements neighboring a same sub-network, the supply line has two line sections parallel to the longitudinal direction of the sub-network and respectively connected to said elements, and, connecting their free ends, a third section of line which forms a certain angle with the first two. 4) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'entre deux éléments rayonnants voisins et d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation de sous-réseau présente une forme de "S" avec deux tronçons de ligne extrêmes respectivement reliés auxdits éléments et un tronçon de ligne central, ces tronçons étant parallèles à la direction longitudinale du sous-réseau et deux tronçons de ligne sensiblement perpendiculaires aux trois premiers tronçons et qui relient l'extrémité libre d'un tronçon de ligne extrême à l'extrémité correspondante du tronçon de ligne central.4) Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that between two neighboring radiating elements and of the same sub-network, the sub-network supply line has an "S" shape with two extreme line sections respectively connected to said elements and a central line section, these sections being parallel to the longitudinal direction of the sub-network and two line sections substantially perpendicular to the first three sections and which connect the free end of an extreme line section to the 'corresponding end of the central line section. 5) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins le coude que forme la ligne entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau est sensiblement à égale distance desdits deux éléments rayonnants.5) Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that at least the bend that forms the line between two radiating elements neighboring a same sub-array is substantially equidistant from said two radiating elements. 6) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau est ajustée pour déterminer son angle de dépointage.6) Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between two neighboring radiating elements of the same sub-array is adjusted to determine its deflection angle. 7) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant est une surface carrée conductrice dont le côté est sensiblement égal à la moitié de la longueur d'onde guidée, dont un coin est relié galvaniquement à la ligne d'alimentation de sous-réseau et dont la diagonale passant par ce point de contact galvanique est perpendiculaire à la direction longitudinale du sous-réseau.7) Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that each radiating element is a conductive square surface whose side is substantially equal to half of the guided wavelength, one corner of which is galvanically connected to the supply line of sub-network and whose diagonal passing through this galvanic contact point is perpendicular to the longitudinal direction of the sub-network. 8) Antenne selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant est constitué par un bloc comprenant au moins deux éléments rayonnants élémentaires émettant tous en phase les uns par rapport aux autres.8) Antenna according to one of claims 1 to 6, characterized in that each radiating element is constituted by a block comprising at least two elementary radiating elements all emitting in phase with each other. 9) Antenne selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant est constitué par un bloc comprenant au moins deux éléments rayonnants élémentaires certains émettant en opposition de phase par rapport aux autres au même bloc.9) Antenna according to one of claims 1 to 6, characterized in that each radiating element is constituted by a block comprising at least two elementary radiating elements some emitting in phase opposition with respect to others in the same block. 10) Antenne selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que les éléments rayonnants élémentaires de chaque bloc sont au nombre de deux.10) Antenna according to claim 8 or 9, characterized in that the elementary radiating elements of each block are two in number. 11) Antenne selon une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la distance projetée sur la direction longitudinale du sous-réseau qui sépare les deux éléments élémentaires de chaque bloc est égale à la distance qui sépare deux blocs d'un même sous-réseau divisée par 2n+1, n étant un nombre entier positif.11) Antenna according to one of claims 8 to 10, characterized in that the distance projected on the longitudinal direction of the subarray which separates the two elementary elements from each block is equal to the distance which separates two blocks from the same sub- network divided by 2n + 1, n being a positive integer. 12) Antenne selon une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte, comme éléments rayonnants dans chaque sous-réseau, des blocs d'au moins deux éléments rayonnants élémentaires de plusieurs types, les éléments rayonnants élémentaires d'un premier type de bloc étant séparés d'une première distance égale à la distance qui sépare deux blocs consécutifs de ce type divisée par 2n + 1 avec n = 1, les éléments rayonnants élémentaires d'un second type de bloc étant séparés entre eux d'une distance qui est égale à la distance qui sépare deux blocs consécutifs de ce type divisé par 2n + 1 avec n = 2, etc.12) Antenna according to one of claims 8 to 11, characterized in that it comprises, as radiating elements in each sub-array, blocks of at least two elementary radiating elements of several types, the elementary radiating elements of a first type of block being separated by a first distance equal to the distance which separates two consecutive blocks of this type divided by 2n + 1 with n = 1, the elementary radiating elements of a second type of block being separated from each other by a distance which is equal to the distance between two consecutive blocks of this type divided by 2n + 1 with n = 2, etc. 13) Antenne selon une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que les éléments rayonnants élémentaires des blocs sont respectivement alimentés par des sous-réseaux linéaires parallèles entre eux et alimentés eux-mêmes en phase.13) Antenna according to one of claims 8 to 12, characterized in that the elementary radiating elements of the blocks are respectively supplied by linear sub-arrays parallel to each other and themselves supplied in phase. 14) Antenne selon une des revendications 8 à 13, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant élémentaire est une surface carrée conductrice dont le côté est sensiblement égal à la moitié de la longueur d'onde guidée, dont un coin est relié galvaniquement à la ligne d'alimentation de sous-réseau et dont la diagonale passant par ce point de contact galvanique est prependiculaire à la direction longitudinale du sous-réseau.14) Antenna according to one of claims 8 to 13, characterized in that each elementary radiating element is a conductive square surface whose side is substantially equal to half the guided wavelength, one corner of which is galvanically connected to the line sub-network supply and whose diagonal passing through this galvanic contact point is prependicular to the longitudinal direction of the sub-network. 15) Antenne selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les sous-réseaux sont arrangés selon deux types de sous-réseaux, les sous-réseaux du premier type étant constitués d'éléments rayonnants élémentaires qui rayonnent en opposition de phase, les sous-réseaux de second type étant constitués de blocs comprenant au moins deux éléments rayonnants élémentaires rayonnant des champs en opposition de phase d'un élément au suivant, la distance entre deux éléments rayonnants élémentaires voisins d'un même bloc étant sensiblement égale à la distance entre deux blocs voisins d'un même sous-réseau, les sous-réseaux de second type étant alimentés de manière déphasée de plus ou moins 90° par rapport aux sous-réseaux du premier type.15) Antenna according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sub-networks are arranged according to two types of sub-networks, the sub-networks of the first type consisting of elementary radiating elements which radiate in phase opposition, the sub-networks of the second type consisting of blocks comprising at least two elementary radiating elements radiating fields in phase opposition from one element to the next, the distance between two neighboring elementary radiating elements of the same block being substantially equal to the distance between two neighboring blocks of the same sub-network, the second type of sub-networks being supplied out of phase by more or less 90 ° with respect to the sub-networks of the first type. 16) Antenne selon la revendication 15, caractérisée en ce que chaque sous-réseau de second type est constitué de deux sous-réseaux linéaires symétriques l'un de l'autre et décalés longitudinalement l'un par rapport à l'autre d'une distance égale à la distance qui sépare deux éléments rayonnants élémentaires de chacun de ces sous-réseaux.16) Antenna according to claim 15, characterized in that each second type of sub-network consists of two linear sub-networks which are symmetrical to one another and offset longitudinally with respect to one another by distance equal to the distance which separates two elementary radiating elements from each of these sub-arrays. 17) Antenne selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant des sous-réseaux du premier type et chaque élément rayonnant élémentaire des sous-réseaux du second type sont constitués par une surface carrée conductrice dont le côté est sensiblement égal à la moitié de la longueur d'onde guidée, dont le coin est relié galvaniquement à la ligne d'alimentation de sous-réseau et dont la diagonale qui passe par ce point de contact galvanique est perpendiculaire à la direction longitudinale du sous-réseau.17) Antenna according to claim 15 or 16, characterized in that each radiating element of the sub-arrays of the first type and each elementary radiating element of the sub-arrays of the second type are constituted by a conductive square surface whose side is substantially equal to half the guided wavelength, the corner of which is galvanically connected to the sub-network supply line and the diagonal of which passes through this galvanic contact point is perpendicular to the longitudinal direction of the sub-network. 18) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'alimentation des sous-réseaux est arrangée selon une configuration en étoile.18) Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the supply of the sub-networks is arranged in a star configuration. 19) Antenne selon une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que l'alimentation des sous-réseaux est arrangée selon une configuration arborescente.19) Antenna according to one of claims 1 to 17, characterized in that the supply of the sub-networks is arranged in a tree configuration. 20) Antenne selon une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que les sous-réseaux sont divisés en groupes de sous-réseaux alimentés selon une configuration en étoile, les groupes étant alimentés selon une configuration arborescente.20) Antenna according to one of claims 1 to 17, characterized in that the sub-networks are divided into groups of sub-networks supplied in a star configuration, the groups being supplied in a tree configuration.
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