EP4262024A1

EP4262024A1 - Dispositif de contrôle de faisceaux électromagnétiques rf selon leur bande de fréquence et procédé de fabrication

Info

Publication number: EP4262024A1
Application number: EP23167887.1A
Authority: EP
Inventors: Hervé Legay; Charalampos STOUMPOS; Thierry Pierre; Juan Duran Venegas; Maria GARCIA VIGUERAS
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite de Rennes 1; Thales SA; Institut National des Sciences Appliquees de Rennes; Universite de Nantes; CentraleSupelec
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite de Rennes 1; Thales SA; Institut National des Sciences Appliquees de Rennes; Universite de Nantes; CentraleSupelec
Priority date: 2022-04-14
Filing date: 2023-04-14
Publication date: 2023-10-18
Also published as: FR3134659A1; CA3196067A1; US20230335899A1

Abstract

II est proposé un dispositif de contrôle (300) de faisceaux radiofréquences de polarisation donnée, le dispositif comportant un ensemble d'au moins une cellule (400), comprenant un cadre de support (420) et au moins une interconnexion (460) interne au cadre. Le cadre est inscrit dans un prisme, ayant un axe Z' donné et faces reliées entre elles par arêtes orientées selon l'axe Z'. Le cadre comprend éléments de coin, ayant chacun un bord coïncidant avec une arête et étant agencés tel que le cadre présente, sur chaque face, une fente (440-n) s'étendant selon l'axe Z'. L'interconnexion comprend tiges inductives (462-n), comprenant chacune deux extrémités dont une première extrémité est reliée à un bord, les deuxièmes extrémités étant reliées entre elles en un point de connexion positionné au centre du cadre dans un plan orthogonal à l'axe Z'. Chaque cellule est configurée pour réaliser une transmission et/ou une réflexion de faisceaux invariante en polarisation.

Description

Domaine technique

La présente invention concerne de manière générale de domaine des radiofréquences (RF), et en particulier un dispositif de contrôle des faisceaux électromagnétiques RF selon leur bande de fréquences, notamment pour contrôler la réflexion et/ou la transmission des faisceaux électromagnétiques, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Un exemple de dispositif de contrôle est décrit dans le brevet FR 3095303 B1 .
Les dispositifs de contrôle de la réflexion et/ou de la transmission de faisceaux provenant de sources de signaux électromagnétiques RF, selon leur bande de fréquences, encore appelés « écrans dichroïques RF », peuvent être constitués de surfaces sélectives en fréquence ou FSS (acronyme pour « Frequency Selective Surfaces », selon l'expression anglo-saxonne correspondantes). De telles surfaces sont formées d'un empilement de deux ou plusieurs surfaces périodiques, ellesmêmes conçues à partir de motifs métalliques régulièrement distribués selon un vecteur de périodicité, gravés ou imprimés sur un substrat diélectrique.
Les motifs métalliques usuellement choisis sont des motifs de types annulaires pour constituer des éléments résonnants dont l'interaction avec des signaux électromagnétiques RF est modélisée selon un circuit comprenant une bobine (définie par une inductance L) et un condensateur (définie par une capacité C), avec une partie capacitive prédominante. Ces surfaces périodiques sont dites 'capacitives'. Un écran dichroïque RF conçu à partir de telles surfaces capacitives réfléchit dans une bande de fréquences hautes et transmet dans une bande de fréquences plus basses de sorte qu'il est classiquement utilisé en tant que filtre passe-bas (ou coupe-bande).
Cependant, lors de l'émission de signaux électromagnétiques RF par une source, les puissances RF des faisceaux émis sont usuellement moins élevées dans une bande fréquentielle haute que dans une bande fréquentielle plus basse. Le phénomène de réflexion induit moins de pertes en puissance par rapport au phénomène de transmission. Aussi, pour minimiser la puissance dissipée à l'intérieur de la structure, il est souhaitable qu'un écran dichroïque RF réfléchisse un signal RF ayant une bande fréquentielle basse. Le signal RF pénètre alors peu dans l'écran dichroïque RF, et est moins susceptible d'être affectée par des pertes ohmiques (i.e. pertes en puissance). Pour cela, il est connu d'utiliser un écran dichroïque RF se comportant comme une plaque métallique fortement réfléchissante pour la bande de fréquences basses.
Par ailleurs, un état de surface dégradé d'un écran dichroïque RF produit plus de perturbations sur le front d'onde d'un faisceau RF réfléchi que sur le front d'onde d'un faisceau RF transmis. Cependant, la production de ces perturbations est d'autant plus importante pour une bande de fréquences hautes que pour une bande de fréquences plus basses. Ainsi, il est également désirable que l'écran dichroïque RF se comporte comme un filtre passe-haut, fonctionnant donc en transparence dans une bande de fréquences hautes.
Les substrats diélectriques constitutifs de ces surfaces périodiques induisent en outre des pertes ohmiques sur faisceau RF transmis qui peuvent être minimisées, mais ne peuvent pas être annulées.
D'autre part, l'accroissement du nombre de surfaces périodiques capacitives constitutives d'un tel écran dichroïque RF utilisé en tant que filtre coupe-bande, peut permettre un élargissement de la bande de fréquences passante du faisceau RF transmis. Cependant, en considérant qu'un faisceau RF à transmettre ait un angle d'incidence non nul par rapport à la normal de l'écran dichroïque RF, plus la structure de l'écran dichroïque RF est épaisse (i.e., le nombre de surfaces périodiques est important), plus cette structure devient sensible à cet angle d'incidence. L'épaisseur de la structure et des espacements entre les surfaces périodiques évolue de manière inversement proportionnelle au cosinus de l'angle d'incidence du faisceau RF à transmettre, comme décrit dans l'article "A Low-Profile Third-Order Bandpass Frequency Selective Surface" de N. Behdad et al. Antennas and Propagation, IEEE Transactions on , 2009 , pages. 460- 466.
Il est également connu d'utiliser des écrans dichroïques RF formés de plaques perforées. De tels écrans dichroïques RF sont fréquemment utilisés comme filtres passe-bande. Ces plaques perforées sont constituées de feuilles métalliques perforées selon une périodicité donnée, avec des trous rectangulaires ou circulaires, comme décrit dans l'article "Transmission and reflection of metallic mesh in the far infrared" de P. Vogel et al. Infrared Physics, 1964, vol. 4, pp. 257-262.
Les perforations agissent comme des guides d'ondes pour les faisceaux électromagnétiques RF de longueur d'onde λ, pour lesquelles l'écran dichroïque RF doit être transparent. Ces perforations doivent être assez larges pour qu'un mode électromagnétique puisse s'y établir. La périodicité associé à ces perforations est typiquement de l'ordre de 0,75 λ. Or, des lobes de réseaux peuvent y être excités pour des faisceaux d'angle d'ouverture important et/ou ayant un angle d'incidence non nul par rapport à la normal de l'écran dichroïque RF. La périodicité de ces perforations constitue ainsi une première contrainte, du fait qu'elle limite l'angle d'incidence pour lequel l'écran dichroïque RF peut être utilisé et/ou l'angle d'ouverture du faisceau RF (puisqu'il en résulte des pertes significatives pour un secteur angulaire trop important, par exemple supérieures à 40°).
Une seconde contrainte correspond aux effets des réflexions partielles dans les plans de discontinuités, pour des faisceaux en transmission dans ces guides d'ondes. Ces réflexions partielles dépendent de la quantité de métal constituant les plaques perforées et sont d'autant plus importantes que les parois métalliques sont épaisses. Les réflexions partielles en entrée et en sortie des guides d'ondes peuvent se compenser à une fréquence donnée, en ajustant la longueur des sections guidées. Cependant, autour de cette fréquence donnée et sur un secteur angulaire, la recombinaison des réflexions partielles produit une ondulation dans la bande de fréquences, qui peut atteindre plusieurs dixièmes de dB.
Enfin, en considérant que les sources RF produisent des ondes électromagnétiques RF en mode TEM (en anglais « Transversal Electro-Magnetic »), une troisième contrainte liée à ces perforations est liée au fait que les coefficients de réflexion et de transmission de tel écrans dichroïques RF dépendent de la polarisation TE ou TM de l'onde incidente.
Une solution classique pour adresser les contraintes associées à ces perforations consiste à réduire la périodicité en considérant la propagation dans des médias diélectriques. Il en résulte toutefois des pertes diélectriques significatives et une complexité accrue du processus de fabrication.
L'invariance en polarisation des écrans dichroïques RF est un besoin important. En effet, la polarisation (en particulier circulaire) de l'onde transmise ou réfléchie par l'écran ne doit pas ou peu être perturbée, pour éviter d'induire des pertes significatives des évolutions non négligeables en fonction de l'angle d'incidence du faisceau, comme décrit dans l'article "Upgrade to the K-band uplink channel for the ESA Deep Space Antennas: Analysis of the optics and preliminary dichroic mirror design" de M. Marchetti et al. 14th European Conférence on Antennas and Propagation (EuCAP), Copenhagen, Denmark, 2020.
Il est en outre connu d'améliorer certaines propriétés des écrans dichroïques RF en utilisant des guides d'ondes électromagnétiques RF ayant une structure dite « sous coupure », c'est-à-dire ne permettant pas une propagation d'un mode guidé qu'au-delà de la fréquence de coupure qui est supérieure à la fréquence d'opération souhaitée.
Pour fabriquer de tels guides d'ondes, les parois (ou murs) des perforations présentent des fentes afin de produire des fenêtres fréquentielles de transmission à la fréquence de résonance des fentes, tel que décrit dans l'article "Waveguide 3-D FSSs by 3-D printing technique" de T. Wang et al. International Conférence on Electromagnetics in Advance Applications (ICEAA), Cairns, Australia, 2016.
Les guides d'ondes ainsi créés fonctionnent donc avec une périodicité beaucoup plus faible, typiquement de l'ordre de 0,5 λ, dans la bande de fréquences λ pour laquelle l'écran dichroïque RF doit être transparent. Les fentes peuvent prendre de multiples formes, tel que décrit dans l'article "Circuit Modeling of 3-D Cells to Design Versatile Full-Metal Polarizers" de C. Molero et al. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2019, vol. 67, pp. 1357-1369.
Cependant, la structure de ces guides d'ondes est très résonante, et donc limite la largeur de bande du faisceau RF transmis. Pour élargir la bande passante, il est alors nécessaire d'ajouter des résonateurs sur les parois. Il en résulte une structure ayant une épaisseur importante par rapport à la longueur d'onde des bandes fréquentielles. Cette épaisseur confère une sensibilité trop importante par rapport au secteur angulaire, c'est-à-dire l'angle d'ouverture des faisceaux RF et/ou l'angle d'incidence des faisceaux par rapport à la normal de l'écran dichroïque RF.
De tels écrans dichroïques RF sont néanmoins entièrement métalliques et donc adaptés aux applications avec des faisceaux de forte puissance. Cependant, comme décrit précédemment, les écrans dichroïques RF métalliques connus de l'homme du métier ont des réponses dépendant de la polarisation des faisceaux, non stables sur une large bande passante et sur un large secteur angulaire en incidence (notamment limité à un faisceau d'angle d'ouverture ±5° autour d'un angle d'incidence de 30° par exemple).
Il existe ainsi un besoin pour un dispositif amélioré permettant de contrôler des faisceaux d'ondes électromagnétiques RF en mode TEM (« Transversal Electro-Magnetic ») selon leur bande de fréquences.

Résumé de l'invention

La présente invention vient améliorer la situation en proposant un dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences comprenant un ensemble d'au moins une cellule, la cellule comprenant un cadre de support et au moins une interconnexion interne au cadre de support, les faisceaux radiofréquences étant des ondes électromagnétiques TEM ayant une polarisation donnée. Avantageusement, le cadre de support est inscrit dans un prisme, ayant un axe Z' donné, le prisme comprenant
faces $P_{n}$
reliées entre elles par
arêtes
orientées selon l'axe du prisme Z', le cadre de support comprenant
éléments de coin, chaque élément de coin ayant un bord coïncidant avec une des arêtes du prisme, les éléments de coins étant agencés de sorte que le cadre de support présente, sur chaque face du prisme, une fente s'étendant selon l'axe du prisme Z'. Chaque interconnexion interne comprend
tiges inductives comprenant chacune deux extrémités, les tiges inductives ayant chacune une première extrémité reliée à un des bords du cadre de support, les deuxièmes extrémités des tiges inductives étant reliées entre elles au niveau d'un point de connexion de tiges, le point de connexion de tiges étant positionné sensiblement au centre du cadre de support dans un plan orthogonal à l'axe du prisme Z'. Chaque cellule est configurée pour réaliser une transmission et/ou une réflexion de faisceaux radiofréquences invariante en polarisation des ondes électromagnétiques TEM.
Dans un mode de réalisation particulier, une cellule peut comprendre au moins deux interconnexions internes et en outre au moins un plateau capacitif interne au cadre de support s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe du prisme Z', le au moins un plateau capacitif étant agencé entre les deux interconnexions internes.
Selon des modes de réalisation, une cellule peut comprendre au moins deux interconnexions internes et en outre au moins un pilier central s'étendant selon l'axe du prisme Z' et étant agencé sensiblement au centre du cadre de support, le pilier central comprenant une extrémité supérieure reliée au point de connexion de tiges d'une des interconnexions internes, et une extrémité inférieure reliée au point de connexion de tiges d'une autre interconnexion interne.
Avantageusement, le au moins un plateau capacitif peut être relié au cadre de support par au moins un pilier central s'étendant selon l'axe du prisme Z' et comprenant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, le plateau capacitif étant agencé sensiblement au milieu du pilier central.
Le au moins un plateau capacitif peut être maintenu à l'intérieur du cadre de support au moyen d'un support diélectrique.
Le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences peut être constitué d'un unique matériau électriquement conducteur.
En particulier le nombre
peut être égal à 4 tandis que le cadre de support a une forme de parallélépipède carré, ou le nombre
peut être égal à 6 tandis que le cadre de support ayant une forme de prisme hexagonal.
Le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences peut être défini dans un repère (X,Y,Z) et s'étendre généralement dans un plan (X,Y), et l'axe du prisme Z' peut être parallèle à l'axe Z, le cadre de support ayant une forme de prisme droit.
Alternativement, le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences peut être défini dans un repère (X,Y,Z) et s'étendre généralement dans un plan (X,Y), et l'axe du prisme Z' peut présenter une inclinaison β par rapport à l'axe Z, le cadre de support ayant une forme de prisme oblique.
Dans certains modes de réalisation, les tiges inductives et les bords du cadre de support peuvent former un angle γ compris entre 45° et 90°, et/ou compris entre 90° et 135°.
Le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences peut être défini dans un repère (X,Y,Z), s'étendre généralement dans un plan (X,Y), et comprendre un ensemble de plusieurs cellules ayant des formes géométriques et des dimensions variables dans le plan (X,Y).
L'invention fournit également un système optique comprenant au moins une première source de signaux radiofréquences configurée pour émettre un faisceau radiofréquences de bande de fréquence λ ₁ selon une direction de propagation donnée et un dispositif de contrôle de faisceaux RF, le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences étant configuré pour réfléchir et/ou transmettre le faisceau radiofréquences selon la direction de propagation donnée et la bande de fréquence Al.
Dans certains modes de réalisation, le système optique peut comprendre au moins deux sources de signaux radiofréquences, les sources comprenant une deuxième source configurée pour émettre un faisceau radiofréquences de bande de fréquence λ ₂ selon une direction de propagation donnée, le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences étant défini dans un repère (X,Y,Z) et s'étendant généralement dans un plan (X,Y), le dispositif de contrôle étant configuré pour réfléchir les signaux radiofréquences de bande de fréquence λ ₁ et transmettre les signaux radiofréquences de bande de fréquence λ ₂, le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences étant positionné entre les sources, l'axe Z présentant un angle d'incidence α_i par rapport aux sources, par exemple α_i = 30°.
Le faisceau radiofréquences émis par la première source peut être une onde électromagnétique TEM ayant une phase donnée, et le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences peut être défini dans un repère (X,Y,Z) et s'étendre généralement dans un plan (X,Y), le dispositif de contrôle comprenant un ensemble de plusieurs cellules, le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences étant configuré pour modifier la phase dans le plan (X,Y).
Par ailleurs, l'invention fournit un procédé de fabrication du dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences, le dispositif étant entièrement métallique, et le procédé de fabrication utilisant au moins une technique d'impression 3D.
Le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences comprenant deux faces définies dans le plan (X,Y), le procédé peut comprendre une première étape de dépose de couches de métal empilées selon la direction de ladite inclinaison β, puis une seconde étape de découpe d'au moins une des deux faces du dispositif.
Les modes de réalisation de l'invention fournissent ainsi un dispositif de contrôle des faisceaux d'ondes électromagnétiques RF en mode TEM, capable d'être invariant par rapport à la polarisation, adapté à des signaux RF de forte puissance, et se comportant comme un écran dichroïque de type filtre passe-haut, c'est-à-dire fonctionnant en réflexion dans une bande de fréquences basse et en transparence dans une bande de fréquences plus haute, selon des pertes d'insertion très faibles, pour des secteurs angulaires importants des faisceaux RF incidents.
Le dispositif selon les modes de réalisation de l'invention permet de contrôler des faisceaux d'ondes électromagnétiques RF en mode TEM, selon leur bande de fréquences de façon invariante par rapport à la polarisation. Un tel dispositif peut être par exemple réalisé sous la forme d'un écran dichroïque de type filtre passe-haut, fonctionnant en réflexion dans une bande de fréquences basses (par exemple bande X) et en transparence dans une bande de fréquences plus haute (par exemple bande Ka), selon des pertes d'insertion très faibles.
Un tel dispositif est particulièrement adapté aux nouveaux procédés de fabrication additive qui améliorent les performances de réflexion et de transmission de larges bandes, selon un secteur angulaire important des faisceaux des signaux électromagnétiques RF en incidence, et de forte puissance.

Description des figures

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple.

[Fig.1] La figure 1 est un schéma représentant un système optique comprenant un dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences, selon des modes de réalisation de l'invention.
[Fig.2] La figure 2 est un schéma représentant le cadre de support d'une cellule du dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences selon des modes de l'invention.
[Fig.3] La figure 3 est une vue en perspective d'une cellule du dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences montrant le cadre de support et une interconnexion interne de la cellule, selon des modes de l'invention.
[Fig.4] La figure 4 est une vue en perspective d'une cellule du dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences montrant le cadre de support et deux interconnexions internes à la cellule, selon des modes de l'invention.
[Fig.5] La figure 5 représente un circuit équivalent modélisé à partir de cellules du dispositif de contrôle de faisceaux RF, selon deux schémas (a) et (b), dans des modes de l'invention.
[Fig.6] La figure 6 est une vue en perspective d'une cellule du dispositif de contrôle de faisceaux RF montrant le cadre de support, deux interconnexions internes et un plateau interne à la cellule, selon des modes de l'invention.
[Fig.7] La figure 7 est un tableau illustrant la construction de successions de charges interne à une cellule du dispositif de contrôle de faisceaux RF, selon des modes de l'invention.
[Fig.8] La figure 8 est une vue en perspective d'une cellule du dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences montrant le cadre de support, deux interconnexions internes et un pilier central à la cellule, selon des modes de l'invention.
[Fig.9] La figure 9 est une vue en perspective d'un ensemble de cellules du dispositif de contrôle de faisceaux RF, selon des modes de l'invention.
[Fig.10] La figure 10 est une vue en coupe (X, Z) d'un ensemble de cellules du dispositif de contrôle de faisceaux RF représenté par les schémas (a) et (b), et d'un système optique représenté par le schéma (c), selon des exemples d'application de l'invention.
[Fig.11] La figure 11 représente des étapes du procédé de fabrication du dispositif de contrôle de faisceaux RF, selon des modes de réalisation de l'invention.
[Fig.12] La figure 12 est un graphique illustrant les performances radioélectriques atteintes par un dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, selon des exemples de réalisation de l'invention.

Des références identiques sont utilisées dans les figures pour désigner des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l'échelle.

Description détaillée

La figure 1 représente un système optique 10 comprenant un dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (RF) 300, selon des modes de réalisation de l'invention.
Le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences 300 peut être par exemple utilisé comme écran dichroïque dans un système optique 10 mis en oeuvre dans un système antennaire (non représenté) comprenant un réflecteur de grande dimension associé à plusieurs sources de signaux électromagnétiques radiofréquences (RF) qui peuvent avoir une très forte puissance (par exemple de l'ordre de plusieurs dizaines de kilowatts).
Par exemple et sans limitation, un tel système antennaire peut être implémenté sous la forme d'une antenne montée à bord d'un satellite ou d'une antenne de station de contrôle au sol, pour des missions spatiales et/ou scientifiques.
Tel qu'utilisé ici, le terme « contrôle de faisceaux radiofréquences » (encore appelé 'manipulation de faisceaux radiofréquences') fait référence à divers phénomènes liés aux ondes électromagnétiques qui peuvent se produire lorsqu'un faisceau RF interagit avec la matière d'un objet donné, tel que le dispositif 300. Ces phénomènes comprennent notamment la transmission, la réflexion, l'absorption, la diffusion, la réfraction et/ou la diffraction de l'onde électromagnétique.
Par ailleurs, dans une utilisation du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 en tant qu'écran dichroïque, écran de transmission et/ou écran de réflexion, dans un système antennaire, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être utilisé pour transmettre et/ou réfléchir des faisceaux provenant de sources de signaux RF distinctes ayant chacune une bande de fréquences distincte.
Un système antennaire peut comprendre différents systèmes optiques formant un ou plusieurs « chemin optique » et permettant de contrôler (notamment manipuler et/ou diriger) les signaux RF produits par les sources positionnées à différents endroits du système antennaire (selon l'encombrement), vers le réflecteur.
Classiquement, ces systèmes optiques limitent la conception du système antennaire car ils peuvent induire de fortes pertes de puissance des signaux RF, et contraindre l'architecture du système antennaire en limitant par exemple la largeur des faisceaux (ou ouverture angulaire) produits par les sources RF.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le système optique 10 fait partie d'un système antennaire (non représenté) et comprend une première source RF 100, une deuxième source RF 200 et un dispositif de contrôle de faisceaux RF 300.
Les deux sources RF 100, 200 sont configurées pour émettre des faisceaux d'ondes électromagnétiques en mode TEM (acronyme pour l'expression anglo-saxonne « Transversal Electro-Magnetic » associé aux ondes transverses électromagnétiques) dans deux bandes de fréquences RF distinctes, respectivement notée λ ₁ et λ ₂, et selon deux axes de propagation donnés, notés respectivement 102 et 104. Une onde électromagnétique d'un faisceau RF émis est en outre caractérisée par une phase donnée (et un front d'onde associé). Par exemple, les sources RF 100, 200, peuvent être configurées pour émettre dans des bandes fréquentielles spécifiques de sorte que λ ₁ correspond à la bande dite « bande X », de basse fréquences, comprise typiquement entre 7 GHz et 8,5 GHz, et λ ₂ correspond à la bande dite « bande Ka », de haute fréquences, comprise typiquement entre 22,5 GHz et 27 GHz.
Le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 est donc défini dans un repère (X,Y,Z). Selon les modes de réalisation de l'invention, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 comprend au moins deux faces notées 310 et 320. Les deux faces 310 et 320 sont distantes l'une de l'autre d'une distance d représentant l''épaisseur' du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300. Par exemple, et sans limitation, l'épaisseur d peut être supérieure ou égale à une valeur sensiblement égale à λ ₂/2 . Par exemple et sans limitation l'épaisseur d peut être égale à 5,5 mm. Cette valeur d'épaisseur d étant très petite par rapport à la taille globale du système optique 10, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut avoir une structure sensiblement plane, définie dans le plan (X,Y) associé repère (X,Y,Z) et orthogonal à l'axe Z. Ainsi, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 s'étend généralement dans le plan (X,Y).
Le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être utilisé en tant qu'écran dichroïque pour superposer les faisceaux des sources RF 100, 200 sur un même chemin optique du système antennaire. L'écran dichroïque 300 permet, d'une part, de réfléchir le faisceau de la source RF 100 de basse fréquence et, d'autre part, de transmettre le faisceau de la source RF 200 de haute fréquence. Ainsi, dans exemple de la figure 1, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être positionné entre les deux sources RF 100, 200, tel que :

la source RF 100 émet le faisceau RF selon l'axe de propagation 102 se dirigeant vers la face 310 sur laquelle le faisceau est réfléchi, et
la source RF 200 émet le faisceau RF selon l'axe de propagation 202 se dirigeant vers la face 320. Le faisceau RF de la source RF 100 traverse alors le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 et donc les deux faces 310 et 320.

Comme montré sur la figure 1, dans certains modes d'application, les sources RF 100, 200 peuvent être de type cornet et peuvent être associées respectivement à des faisceaux de champ de rayonnement 104, 204, défini chacun selon un angle d'ouverture noté respectivement θ ₁ et θ ₂. Le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut en outre être configuré pour modifier ou non l'angle d'ouverture (i.e. la phase et le front d'onde associés) des champs de rayonnement transmis et/ou réfléchis noté respectivement θ _1t et θ _2t. Par exemple, et de façon non limitative, les deux sources RF 100, 200 peuvent avoir un champ de rayonnement 104, 204 ayant le même angle d'ouverture noté θ, avant et après interaction avec le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300. L'angle θ peut être par exemple de l'ordre de 30°. Il est à noter que les sources RF 100, 200 peuvent être en outre associées à un front d'onde sphérique qui sera transformé en un front d'onde plan par un autre système optique par exemple.
Dans des modes de réalisation de l'invention, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être incliné par rapport à la direction d'incidence moyenne (i.e. direction de propagation 102 et 202) du faisceau au front d'onde sphérique de deux sources RF 100 et 200, par exemple de manière à former un agencement des sources qui ne génère pas de masquage. La direction d'incidence moyenne des faisceaux avec l'axe normal Z du dispositif 300 forme alors un angle d'incidence noté α_i , par exemple sensiblement égale à 30°.
Il en résulte que, la projection des champs de rayonnement 104 et 204 des sources RF sur l'écran dichroïque peut varier selon un secteur angulaire très large dépendant de l'angle d'ouverture θ et de l'angle d'incidence α_i des sources RF 100 et 200. L'écran dichroïque est alors configuré pour fonctionner pour des incidences fortement obliques, par exemple pour des secteurs angulaires compris entre 15° et 45°.
Dans d'autres exemples de réalisation, le système optique 10 peut comprendre le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 et une ou plusieurs sources RF 200 ou 100 positionnées respectivement en transmission ou en réflexion par rapport au dispositif 300, selon un angle d'incidence nul, tel que α_i = 0°. Dans ces modes de réalisation, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être configuré pour transmettre et/ou réfléchir un faisceau RF, et modifier la phase (et le front d'onde associé) de l'onde électromagnétique du faisceau RF. Une telle configuration est applicable pour des dispositifs de contrôle de faisceaux RF 300 utilisés en tant qu'écran de transmission (ou « transmitarray » en langue anglo-saxonne) et/ou écran de réflexion (ou « reflectarray » en langue anglo-saxonne) pour corriger les aberrations de systèmes optiques multifaisceaux. En particulier, le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences 300 s'étendant généralement dans un plan (X,Y), peut avoir des formes géométriques et des dimensions variables dans le plan (X,Y) permettant de modifier la phase de l'onde électromagnétique dans le plan (X,Y).
Par exemple et de façon non limitative, les sources RF 100, 200 peuvent être en outre associées à un front d'onde sphérique, plan et/ou comportant des déformations telles que des aberrations générées par des déphasages. Ainsi, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être configuré pour transformer un front d'onde donné (par exemple sphérique) et un autre front d'onde (par exemple plan) et/ou pour corriger des aberrations de front d'onde en modifiant localement dans le plan (X,Y) la phase du faisceau RF. Par ailleurs, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être configuré pour modifier de façon différente le front d'onde d'une onde destinée à être réfléchie (provenant de la source 100) par rapport au front d'onde d'une onde destinée à être transmise (provenant de la source 200). Le système optique 10 résultant peut comprendre des sources RF positionnées de manière plus proche du dispositif 300 ou agencée de manière plus adaptée à l'application visée.
Dans un mode de réalisation, les deux faces 310 et 320 peuvent être parallèles entre elles. Dans un tel mode de réalisation, les deux faces 310 et 320 peuvent être des surfaces définies selon deux dimensions dans le plan (X,Y) orthogonal à l'axe normal Z. En variante, les deux faces 310 et 320 peuvent être des surfaces définies selon trois dimensions dans le repère (X,Y,Z). Dans ces modes de réalisation, l'épaisseur d entre les deux faces 310 et 320 parallèles est homogène le long du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300.
Alternativement, l'épaisseur d entre les deux faces 310 et 320 est inhomogène le long du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, telle que l'épaisseur d peut varier selon l'axe X et/ou selon l'axe Y. Dans ce mode de réalisation avec épaisseur variable, au moins une des deux faces 310 et 320 peut être définie comme une surface définie selon trois dimensions dans le repère (X,Y,Z). Par exemple et de façon non limitative, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut comprendre un centre O (non représenté sur les figures) positionné dans le plan (X,Y) tel que l'épaisseur d varie de façon croissante ou décroissante à partir de ce centre O, selon l'axe X, pour former un élément quasi-optique, pouvant être un élément concave ou convexe respectivement.
Le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 selon les modes de réalisation de l'invention comprend un ensemble de cellules 400 agencées dans le plan (X,Y), comme représenté sur les figures 2 à 4, 6 et 8 à 10.
Chaque cellule 400 du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 comprend un cadre de support de cellule 420 externe et une ou plusieurs interconnexions internes 460.
La figure 2 ne montre que le cadre de support externe 420 d'une cellule 400, pour faciliter la compréhension de l'invention.
Le cadre de support 420 d'une cellule 400 (encore appelé « cadre de support de cellule ») est inscrit dans une forme générale de prisme (ou cylindre à facettes) ayant un axe principal s'étendant selon un axe Z'. L'axe Z' correspond à une droite génératrice du prisme et est encore appelé « axe de prisme Z' ». Le cadre de support de cellule 420 est de longueur d selon l'axe Z'. Dans l'exemple de réalisation sur la figure 2 (et également sur les figures 3, 4, 6, 8 et 9), l'axe Z' est équivalent à l'axe Z. Un tel prisme est un polyèdre ayant des faces formées par des parallélogrammes, encore appelées « faces prismatiques » et deux bases polygonales parallèles. La forme de prisme peut être, par exemple et sans limitation, un parallélépipède carré dit cuboïde ou un prisme hexagonal.
Ainsi, le cadre de support de cellule 420 est inscrit dans une forme générale de prisme qui s'appuie sur une base polygonale à
côtés de largeur ℓ, définie dans le plan (X,Y) et s'étend selon l'axe du prisme Z'. Les
faces prismatiques $P_{n}$
sont reliées entre elles par
arêtes latérales
parallèles entre elles et parallèles à l'axe du prisme Z'.
n est un indice associé aux différentes faces du prisme dans lequel est inscrit le cadre de support de cellule 420, avec n $n \in [1, N]$
. Par exemple, si
est égal à 4, les faces prismatiques comprennent les faces $P_{1}, P_{2}, P_{3}$
et $P_{4}$
et les arêtes latérales comprennent les arêtes
et
Comme représenté sur la figure 2, le cadre de support de cellule 420 comprend, au niveau de chaque arête latérale du prisme, un élément de coin 4200-n agencé dans le coin du prisme correspondant à l'arête latérale
Un élément de coin 4200-n est constitué de deux plaques rectangulaires 4200A-n et 4200B-n raccordées au niveau d'un bord 430-n coïncidant avec l'arête latérale
associée au coin du prisme, chaque plaque ayant une longueur égale à la longueur d du prisme selon l'axe d (équivalente à l'axe Z sur les figures 2 à 4, 6, 8 et 9). Chacune des deux plaques 4200A-n et 4200B-n d'un élément de coin 4200-n s'étend partiellement sur une des deux faces prismatiques $P_{n}$
et $P_{n + 1}$
adjacentes reliées par le bord 430-n correspondant à l'arête
associée au coin du prisme. La largeur d'une plaque rectangulaire 4200A-n ou 4200B-n dans le plan (X, Y) de l'élément de coin est inférieure à la largeur ℓ d'une face prismatique.
Ainsi, le cadre de support de cellule 420 est inscrit dans le prisme et comprend
« murs » 420-n coïncidant avec l'une des
faces prismatiques $P_{n}$
du prisme du cadre de support de cellule 420, chaque mur 420-n comprenant une discontinuité définie par une fente 440-n, s'étendant selon l'axe du prisme Z' (équivalente à l'axe Z sur les figures 2 à 4, 6, 8 et 9). Un mur 420-n comprend ainsi deux plaques rectangulaires, séparée l'une de l'autre par la fente 440-n, chacune des deux plaques appartenant à deux éléments de coin adjacents 4200-n et 4200-(n + 1) par exemple. Un mur 420- n du cadre de support de cellule 420 comprend ainsi les deux plaques rectangulaires adjacentes 4200A-n et 4200B-n qui s'étendent sur une même face prismatique $P_{n}$
et sont séparées de la fente 440-n.
Les
« murs » 420-n du cadre de support de cellule 420 ont une épaisseur de mur notée m. Il est à noter que, dans un dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 comprenant deux ou plusieurs cellules 400, l'épaisseur de murs entre deux cellules 400 peut être définie comme étant égale à une valeur 2 × m. En outre, chacune des
fentes de mur 440-n a une largeur
correspondant à la distance entre les deux plaques rectangulaires 4200A-n et 4200B-n du mur qui appartiennent aux deux éléments de coin adjacents. Les
fentes 440-n continues peuvent être médianes par rapport aux murs 420-n, c'est-à-dire positionnées sensiblement au milieu du mur correspondant 420-n.
L'angle entre les deux plaques 4200A-n et 4200B-n d'un élément de coin 4200-n dépend de la forme du prisme et notamment du nombre
de côtés de la base polygonale.
Dans l'exemple de la figure 2, l'axe du prisme Z' est parallèle à l'axe Z est telle que le cadre de support de cellule 420 a une forme de prisme droit. Ainsi l'angle des bords 430-n correspondant aux arêtes
avec le plan (X,Y) du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 est droit.
Alternativement, l'axe du prisme Z' peut présenter une inclinaison β par rapport à l'axe Z telle que le cadre 420 a une forme de prisme oblique.
Par ailleurs, le cadre de support de cellule 420 peut être entièrement ou partiellement métallique de sorte à former
murs 420-n électriquement conducteurs. Le cadre de support de cellule 420, selon les modes de réalisation de l'invention, interrompu par les
fentes sur chacune de ces faces agit comme un guide d'onde à murs parallèles 420-n permettant la propagation du faisceau à transmettre par le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, provenant de la seconde source RF 200.
De tels cadres de support de cellule 420 interrompus par des fentes (ou fendus) peuvent ainsi fonctionner comme écran de transmission dans toutes les bandes de fréquences des signaux RF, et peuvent être en particulier utilisés pour des bandes L, S, C, Ku et Ka.
L'ensemble de cellules 400 forme un agencement périodique de guides d'ondes dont le dimensionnement est petit par rapport à la longueur d'onde notée λ ₂ associée à la bande de fréquence du faisceau provenant de la source RF à transmettre. En particulier, la largeur ℓ du cadre de support de cellule 420 peut être déterminée telle que $l < \frac{λ_{2}}{3}$
. Il est à noter que la valeur maximale ℓ_max de la largeur ℓ peut être déterminée telle que $l_{\max} < \frac{λ_{2}}{2}$
.
Dans des modes de réalisation, l'épaisseur m des
murs 420-n peut être faible et être en outre ajustée, par exemple minimisée, de manière à atténuer les pertes de transmission du faisceau de la source RF 200 aux interfaces entre l'air et le guide d'onde (en entrée, face 310 et/ou en sortie, face 320), ainsi que les pertes de transmission sur une bande de fréquence et un secteur angulaire donnés qui sont proportionnelles au rapport m/ℓ. En effet, la réduction de la bande passante et la réduction du secteur angulaire peuvent être corrélées à la quantité de matière métallique formant le cadre de support de cellule 420. La minimisation l'épaisseur m peut de surcroît entraîner une minimisation de la masse totale du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, tout en garantissant sa rigidité. Avantageusement, l'épaisseur m des murs 420-n est inférieure à la longueur d'onde λ ₂, ce qui permet de conférer une stabilité de transmission du faisceau de la source RF 200 par rapport à la variation de l'angle d'ouverture θ en incidence sur le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300. En particulier, l'épaisseur m des
murs 420-n selon les modes de l'invention peut être comprise entre 250µm et 500µm. L'épaisseur m des
murs 420-n peut être en outre définie en fonction des avantages et contraintes associées au processus de fabrication du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300. Par exemple et de façon non limitative, lorsque le dispositif est fabriqué en utilisant un processus de fabrication additive (ou technique d'impression 3D), l'épaisseur de murs entre deux cellules 400 d'un dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être égale à une valeur 2 × m = 500µm. Lorsque le dispositif est fabriqué en utilisant un processus de fabrication traditionnelle, l'épaisseur de murs entre deux cellules 400 d'un dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être égale à une valeur 2 × m = 1mm.
L'ouverture des cadres de support de cellule 420 au niveau des
fentes 440-n traversant les murs 420-n permet en outre de simuler un matériau diélectrique et d'élargir significativement de la bande de transmission du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300.
Notamment, la largeur
des fentes 440-n peut être comprise entre une valeur minimale notée
et une valeur maximale notée
Par exemple et sans limitation, la valeur minimale
et la valeur maximale
de largeur des fentes 440-n peuvent être définies en fonction de la largeur ℓ du cadre de support de cellule 420 et/ou de l'épaisseur m des murs 420-n, selon les équations (1) et (2) suivantes :
Les largeurs
des fentes d'une même cellule 400 et/ou des fentes de l'ensemble des cellules 400 du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peuvent être identiques ou variables en fonction des modes d'application de l'invention. Par exemple, et de façon non limitative, un dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 utilisé pour transmettre et/ou dévier et/ou réfléchir un faisceau RF peut comprendre des largeurs de fentes
qui varient (de quelques micromètres par exemple) par rapport au centre O du dispositif 300 afin de moduler spatialement la phase du faisceau incident. Ainsi, le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences 300 s'étendant généralement dans un plan (X,Y), peut comprendre un ensemble de plusieurs cellules 400 ayant des formes géométriques et des dimensions variables (par exemple la largeur
) dans le plan (X,Y) permettant de modifier de façon très fine (à l'échelle de la cellule) la phase (et le front d'onde associé) de l'onde électromagnétique dans le plan (X,Y).
Dans certains modes de réalisation, une fente 440-n peut être échancrée (c'est-à-dire avoir un profil variable selon l'axe du prisme Z') en entrée (face 310) et/ou en sortie (face 320) et/ou le long de la section du guide d'onde. Ces échancrures (non représentées sur les figures) et leurs dimensions, c'est-à-dire leur longueur, leur profondeur et leur position, peuvent différer selon la fente 440-n considérée dans la cellule 400 et/ou dans le plan (X,Y).
L'utilisation du cadre de support de cellule 420 comme guide d'onde en transmission permet de ne pas introduire de dispersion fréquentielle dans les sections du guide d'onde et d'obtenir des réponses très large bande pour une transmission totale d'un faisceau RF incident.
Chaque cellule 400 du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 comprend une ou plusieurs interconnexions internes 460 ayant des caractéristiques choisies pour permettre par exemple un paramétrage de l'élargissement de la bande de fréquence du faisceau provenant de la première source RF 100 à réfléchir et/ou du faisceau provenant de la seconde source RF 200 à transmettre.
Comme représenté sur la figure 3, une interconnexion interne 460 d'une cellule 400 comprend
tiges 462-n.
Les
tiges 462-n de l'interconnexion interne 460 ont une forme sensiblement cylindrique, la longueur ℓ _t et de diamètre e_t . Par exemple et sans limitation les diamètres e_t des tiges peuvent être compris entre 400µm et 540µm. Les
tiges 462-n comprennent en outre deux extrémités notées 462-n1 et 462-n2 sur la figure 3. Pour chacune des
tiges 462-n, l'une des extrémités 462-n1 de la tige 462-n est reliée à un bord 430-n correspondant à une arête latérale
selon un « point d'attache », tandis que l'autre extrémité 462-n2 de la tige 462-n est reliée à un « point de connexion » des autres des tiges 462-n. En particulier, le point de connexion peut être positionné sensiblement au centre du cadre de support de cellule 420, dans le plan (X,Y), de sorte que l'ensemble des extrémités 462-n2 des tiges 462-n soient connectées entre elles. Les
tiges 462-n peuvent alors avoir la même longueur ℓ_t.
Par ailleurs, les tiges 462-k peuvent être entièrement ou partiellement métalliques de manière à former une interconnexion interne 460 électriquement conductrice qui interconnecte les
murs 420-n pour les rendre entièrement solidaires entre elles. L'interconnexion interne 460 forme alors une discontinuité électrique élémentaire qui peut interagir avec les champs électriques incidents des ondes électromagnétiques TEM produites par les sources RF 100 et/ou 200 se propageant dans le cadre de support 420. Cette interaction avec les champs électriques induit la formation de courants électriques dans les tiges 462-k.
Le mode de réalisation de l'interconnexion 460 dans lequel les points d'attache sont situés au niveau des bords 430-n correspondant aux arêtes latérales
(comme illustré sur la figure 3) est une interconnexion symétrique par rapport au cadre 420. Une cellule 400 comprenant une interconnexion 460 symétrique par rapport au cadre 420, est configuré pour réaliser une transmission et/ou une réflexion des ondes électromagnétiques TEM (produites par les sources RF 100 et 200) qui est invariante en polarisation. C'est-à-dire que la réponse fréquentielle de la cellule 400 permet à la polarisation des champs électriques des ondes électromagnétiques TEM incidents sur un ensemble de cellule 400, de ne pas varier après avoir été transmise ou réfléchie.
Dans les modes de réalisation où le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 comprend une interconnexion interne 460, comme illustré par la figure 3, l'interconnexion interne 460 forme une unique discontinuité électrique élémentaire. Le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 est alors qualifié de « dispositif d'ordre 1 ».
En outre dans des modes de réalisation où
est égal à 4, comme illustré par exemple sur la figure 3, une interconnexion interne 460 comprend 4 tiges pouvant être connectées au cadre de support de cellule 420 en 4 points d'attache ayant (ou non) une même distance d₁ de l'entrée de la cellule 400 (correspondant par exemple à la face 320). En particulier, la distance d ₁ peut être définie à partir de la longueur d du cadre de support de cellule 420 (par exemple d = d ₁ × 2).
Une tige 462-n et un bord 430-n d'un élément de coin forment entre eux un angle γ au niveau de l'extrémité 462-n1 de la tige 462-n (ou point d'attache). Par exemple, dans certains modes de réalisation, les tiges 462-n peuvent être définies dans un plan perpendiculaire à l'axe du prisme Z'. Avantageusement, l'angle γ est alors égal à 90° (γ = 90°) et la position du point de connexion est égale à la position d ₁ des points d'attache. Dans d'autres modes de réalisation, chacune des
tiges 462-n forme un angle γ < 90° ou γ > 90° avec le bord 430-n d'élément de coin associé à leur point d'attache, tel que la position du point de connexion est supérieure ou inférieure à la position d ₁ des points d'attache dans le plan perpendiculaire à l'axe du prisme Z'.
Les différentes cellules 400 du dispositif 300 sont adjacentes et connectées entre elles par les murs de cellule communs 420-n. Par ailleurs, l'interconnexion interne 460 de chaque cellule 400 est connectée au cadre de support de la cellule 420 par les différents points d'attache. Un tel agencement des cellules 400 est effectué de sorte que les cellules 400 du dispositif 300 soient solidaires entre elles, malgré la présence des fentes 440-n.
Comme représenté sur la figure 4, une cellule 400 peut comprendre par exemple et sans limitation, deux interconnexions internes 460, tel que décrit en relation avec le mode de réalisation de la figure 3. Chacune de ces deux interconnexions internes 460 comprend
tiges 462-n. Dans les modes de réalisation où le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 comprend deux interconnexions internes 460, formant deux discontinuités électriques élémentaires, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 est qualifié de « dispositif d'ordre 2 ».
Une première interconnexion interne 460 peut être connectée au cadre de support de cellule 420 en
points d'attache situés à une même distance d ₁ par rapport à l'entrée de la cellule 400 (correspondant par exemple à la face 320), tandis qu'une deuxième interconnexion interne 460 peut être connectée au cadre de support de cellule 420 en
points d'attache situés à une même distance d ₃ par rapport la sortie de la cellule 400 (correspondant par exemple à la face 310). La distance d ₂ entre les n points d'attache respectifs des deux interconnexions internes 460 est définie à partir de la longueur d du cadre de support de cellule 420 (par exemple d = d ₁ + d ₂ + d ₃).
Avantageusement, le choix des positions d'accroche des tiges 462-n détermine les dimensions d ₁ et d ₃ de cellules et permet d'influer sur l'élargissement de la bande de fréquences du faisceau (notamment en transmission). En outre, les différentes dimensions d₁ et d ₃ de l'ensemble des cellules 400 du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peuvent être identiques ou variables en fonction de l'application de l'invention. Par exemple, et de façon non limitative, un dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 utilisé pour transmettre et/ou dévier et/ou réfléchir un faisceau RF peut comprendre des dimensions d ₁ et d ₃ variables par rapport au centre O du dispositif afin de moduler spatialement la phase du faisceau incident.
Le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 selon l'invention peut être fabriqué à partir d'une modélisation des cellules 400 en circuit électrique équivalent (phase de conception). Une telle modélisation permet avantageusement d'optimiser les propriétés de contrôle quasi-optique des faisceaux RF désirées pour le dispositif 300 en fonction de l'application de l'invention. En particulier, les caractéristiques du cadre de support de cellule 420 constitué de
éléments de coin 4200-n, formant
murs 420-n interrompus chacun par une des
fentes 440-n, permettent de modéliser une impédance caractéristique $Z_{1}$
d'une cellule 400. Avantageusement, l'impédance caractéristique $Z_{1}$
d'une cellule 400 est déterminée en fonction des paramètres d et
de la cellule 400. Par exemple, une largeur de fentes
plus faible peut induire une impédance caractéristique $Z_{1}$
plus forte. Dans ce cas, la variation de profil des fentes (par des échancrures) peut être mise en oeuvre dans la phase de conception pour optimiser l'impédance caractéristique $Z_{1}$
.
Une interconnexion interne 460 d'une cellule (l'interconnexion 460 comprenant
tiges 462-n), électriquement conductrice, forme une discontinuité électrique dans la cellule 400. En outre, deux interconnexions internes 460 forment un nombre de 2 discontinuités électriques successives dans la cellule 400, correspondant aux deux ensembles de
tiges 462-n. Ainsi, dans les modes de réalisation de cellule 400 représentés sur les figures 3 et 4, les tiges électriquement conductrices 462-n, encore appelées « tiges inductives », forment une succession de charges inductives notées « L » et exprimées en nH (nanoHenry), et positionnées en parallèle dans le circuit équivalent de la cellule 400.
Le schéma (a) de la figure 5 représente un tel circuit équivalent modélisé à partir de cellules du dispositif de contrôle de faisceaux RF.
Les paramètres relatifs à la représentation électrique de la cellule 400 en circuit équivalent dépendent de la position des points d'accroche 462-n1 des tiges 462-n selon les dimensions d ₁ et d ₃.
Ainsi, en référence à l'exemple de la figure 4 et au circuit modélisé sur le schéma (a) de la figure 5, la première charge inductive et la deuxième charge inductive sont branchées respectivement en entrée et en sortie de la portion de ligne d'impédance caractéristique $Z_{1}$
de longueur respectivement d ₁ et d ₃ (avec par exemple d ₃ = d ₁).
Avantageusement, la configuration des interconnexions internes 460 de manière symétrique par rapport au cadre de support de cellule 420, selon des points d'attache au niveau des bords 430-n, permet de modéliser des circuits électromagnétiques équivalents de la cellule 400 identiques (ou invariants) par rapport à la caractérisation selon chaque polarisation TE et TM des champs électriques incidents des ondes TEM produites par les sources RF 100 et 200.
Les inductances L des charges inductives successives modélisées par le circuit équivalent peuvent en outre dépendre du ou des diamètres e_t des
tiges 462-n des interconnexions internes 460. En particulier, l'augmentation du diamètre e_t peut induire une diminution de l'inductance. Dans des modes de réalisation de l'invention, une augmentation du diamètre e_t par trois peut entraîner une diminution de l'inductance L d'un facteur trois. À titre d'exemple non limitatif, un diamètre e_t trop grand peut dégrader de façon significative la largeur de la bande de transmission pour les fréquences élevées (de la source 200). Dans ce cas, une étape d'optimisation du ou des diamètres e_t peut être mis en oeuvre dans la phase de conception du dispositif 300 pour optimiser en parallèle la ou les valeurs d'inductances L. Par exemple, il est possible d'obtenir des inductances L jusqu'à une valeur limite L_limit déterminée à partir d'une valeur minimale du diamètre e_t des tiges.
Les inductances L peuvent également dépendre de l'angle d'inclinaison γ des
tiges 462-n. En particulier, une forte variation de cet angle d'inclinaison γ par rapport à une valeur de 90° peut induire une augmentation de l'inductance d'une part tandis que la distribution des positions de cette inductance est dissymétrique sur le circuit équivalent. Il peut en résulter des effets sur les propriétés de réflexion et de transmission du dispositif 300. Par exemple, la variation de l'angle γ peut être liée à l'élargissement de la bande de fonctionnement du dispositif 300, avec une dégradation simultanée du niveau de réflexion.
La figure 6 représente une vue en perspective d'une cellule 400 comprenant deux interconnexions internes 460 et un plateau 470 interne au cadre de support de cellule 420, selon des modes de l'invention où le nombre
est égal à 4.
Le plateau 470 interne au cadre de support de cellule 420 peut s'étendre dans un plan orthogonal à l'axe du prisme Z' et être agencé (ou positionné) sensiblement au milieu des deux interconnexions internes 460.
Un plateau interne 470 peut être une structure métallique ayant une épaisseur e_c et une forme adaptée à la forme de la base polygonale de
côtés du cadre de support 420. Par exemple et sans limitation, la base polygonale du cadre de support de cellule 420 peut avoir une forme carrée ( $N = 4$
) de côté de longueur ℓ et le plateau interne 470 peut avoir une forme carrée de côté de longueur ℓ_c, tel que $l_{c} = l - ε et ε ≪ l .$
En particulier, le plateau interne 470 peut être conçu pour se rapprocher du cadre de support de cellule 420, selon un espacement (ou longueur) ε ≠ 0, mais ne pas être connecté métalliquement par les côtés du plateau interne 470 au cadre de support de cellule 420. Dans certains modes de réalisation, le plateau interne 470 peut être maintenu à l'intérieur du cadre de support de cellule 420 par un moyen de support diélectrique. Alternativement, le plateau interne 470 peut être maintenu par une connexion diélectrique ou métallique aux deux interconnexions internes 460. Par exemple, cette connexion diélectrique ou métallique aux deux interconnexions internes peut être un pilier central s'étendant selon l'axe du prisme Z' et comprenant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure connectées aux deux interconnexions internes 460, le plateau capacitif étant alors agencé sensiblement au milieu du pilier central entre les des deux interconnexions internes 460.
Un plateau interne 470 métallique et électriquement conducteur peut induire une charge capacitive notée « C» exprimée en fF (femtoFarad), formant une discontinuité électrique élémentaire dans la cellule 400. Un tel plateau 470 interne au cadre de support de cellule 420 correspondant plus généralement à un plateau appelé « plateau capacitif ».
Selon les modes de réalisation où le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 comprend deux interconnexions internes 460 (tiges inductives) et un plateau interne 470 (plateau capacitif), formant trois discontinuités électriques élémentaires comme décrit en référence à l'exemple sur la figure 6, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 est alors qualifié de « dispositif d'ordre 3 ».
La modélisation en circuit électrique équivalent de la cellule 400 telle que représentée sur la figure 6 est représentée sur le schéma (b) de la figure 5. Cette modélisation en circuit électrique équivalent représente une succession de charges : inductive (L), capacitive (C) et inductive (L). Chacune des charges (capacitive et inductives) dans le circuit équivalent modélisé sont conçues pour réaliser une réponse fréquentielle du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 de type filtre passe-haut. Notamment, une telle structure des cellules 400 permet d'obtenir une augmentation significative de la réjection de la bande fréquentielle basse. Par exemple, à 8.5 GHz, la réjection de la bande X peut atteindre 32 dB lorsque la bande passante est la bande Ka.
La capacité C de la charge capacitive, par exemple modélisée dans le circuit équivalent en figure 5 (b), peut donc dépendre des différentes dimensions du plateau capacitif. En particulier, l'augmentation de l'épaisseur e_c peut augmenter la capacité du circuit. Dans des modes de réalisation de l'invention, une augmentation du diamètre e_c peut impliquer une augmentation de la capacité C. A titre d'exemple, un diamètre e_c trop grand peut dégrader de façon significative la largeur de la bande de transmission pour les fréquences élevées (de la source 200).
Le plateau capacitif peut avoir toute forme adaptée par rapport à la forme de la base polygonale du cadre de support de cellule 420.
Dans des modes de réalisation, pour atteindre les mêmes performances que pour un plateau capacitif ayant une forme équivalente à la forme de la base polygonale, la cellule 400 peut comprendre un cadre de support de cellule 420 ayant une épaisseur m_c de mur 420-n plus grande localement dans le plan du plateau capacitif, par rapport à l'épaisseur m de mur 420-n. Un épaississement local des murs du cadre 420 jusqu'à un espacement ε de la forme du plateau capacitif permet d'obtenir des performances similaires au cas précédent, dans lequel il n'y a pas d'épaississement local des murs 420-n. Avantageusement, cette alternative peut être utilisée si des grandes valeurs de C sont à mettre en oeuvre.
Avantageusement, en fonction de l'application envisagée de l'invention, la conception du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut comprendre une étape de détermination de l'ordre x du dispositif afin d'optimiser le paramétrage associé au contrôle de faisceaux RF (par exemple l'élargissement de la bande de fréquence du faisceau provenant de la première source RF 100 à réfléchir et/ou du faisceau provenant de la seconde source RF 200 à transmettre). En particulier, pendant la modélisation des cellules 400 en circuit équivalent, la détermination de l'ordre x du dispositif peut comprendre l'évaluation des successions de charges inductives ou des successions de charges inductives et capacitives, comme représenté dans le tableau de la figure 7.
Le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut être fabriqué en utilisant différentes techniques, telle qu'une technique d'impression 3D, encore appelée fabrication additive. Avantageusement, l'utilisation d'une technique d'impression 3D permet d'obtenir un dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 uniforme, ne comportant pas de diélectrique et entièrement métallique, en utilisant un matériau électriquement conducteur tel que l'aluminium ou le titane par exemple. Le matériau électriquement conducteur comme le titane peut ensuite être recouvert d'un autre matériau électriquement conducteur tel que l'argent par exemple afin de réduire les pertes ohmiques. De plus, la technique de fabrication 3D induit des Produits d'Intermodulations Passives (ou PIP) générés de moindre intensité de sorte que le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut supporter de plus fortes puissances provenant des sources de signaux RF.
Dans certains modes de l'invention, en fonction de la technique de fabrication utilisée pour fabriquer le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, des éléments internes supplémentaires peuvent être ajoutés au cadre de support de cellule 420, tel qu'un pilier central par exemple.
La figure 8 représente une vue en perspective d'une cellule 400 comprenant deux interconnexions internes 460 et un pilier central 480 agencé au centre du cadre de support de cellule 420, selon un exemple de réalisation de l'invention dans lequel le nombre
est égal à 4.
Bien que non limitée à de tels modes de réalisation, l'utilisation d'un pilier central 480 est particulièrement avantageuse dans les modes de réalisation où la technique de fabrication est une technique d'impression 3D.
Le pilier central 480 peut avoir une forme sensiblement cylindrique, de diamètre noté e_p et de longueur d_p, et comprendre deux extrémités notées 482-1 et 482-2 et appelées « extrémité supérieure 482-1 » et « extrémité inférieure 482-2 ». Le pilier central 480 s'étend selon l'axe du prisme Z' (dans le sens de sa longueur) et est ainsi parallèle à l'orientation générale des
murs 420-n. En outre, le pilier central 480 est agencé (ou positionné) sensiblement au centre du cadre de support de cellule 420 (i.e. centre du cadre dans le plan orthogonal à l'axe du prisme Z'). Au moins l'une des deux extrémités 482-1 et 482-2 peut être positionnée à l'extérieur de la cellule 400. Dans le cas où les deux extrémités 482-1 et 482-2 sont positionnées à l'extérieur de la cellule 400, la relation d_z ≤ d est vérifiée. Dans le cas où une seule des deux extrémités 482-1 ou 482-2 est positionnée à l'extérieur de la cellule 400, la relation d_z ≤ d ou d_z > d peut être vérifiée. Alternativement, les deux extrémités 482-1 et 482-2 de l'interconnexion 480 peuvent être positionnées à l'intérieur de la cellule 400 tel que d_z ≤ d.
Par ailleurs, comme représenté sur la figure 8, chacune des deux extrémités 482-1 ou 482-2 du pilier central 480 est reliée à un des deux points connexion formés par les extrémités 462-n2 des tiges 462-n de chacune des deux interconnexions internes 460. Par exemple, l'extrémité supérieure 482-1 peut être reliée au point de connexion de tiges d'une desdites interconnexions internes 460, et l'extrémité inférieure 482-2 peut être reliée au point de connexion de tiges d'une autre interconnexion interne 460. Les deux interconnexions internes 460 et le pilier central 480 forment ainsi une unique interconnexion du cadre de support de cellule 420.
Cette unique interconnexion solidaire permet une grande rigidité mécanique des tiges 462-n, et plus généralement des cellules 400. Une telle rigidité engendre notamment une stabilité mécanique du dispositif 300 au cours du temps, et ainsi de ces propriétés de contrôle quasi-optique de faisceaux RF, dans des applications de l'invention utilisant des sources de très forte puissance. Par ailleurs, le pilier central 480 facilite la fabrication des interconnexions internes 460 et donc des cellules 400 à faces fendues, en particulier lorsque le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 est fabriqué en utilisant une technique d'impression 3D.
Selon certains modes de réalisation, la distance d ₂ entre les deux ensembles de points d'attache des tiges 462-n formés par les deux interconnexions internes 460 peut être supérieure, inférieure ou égale à la longueur d_p du pilier central 480. En particulier, la distance d_p peut dépendre de l'angle γ. Par exemple, dans certains modes de réalisation, les deux ensembles de tiges 462-n peuvent être définies dans un plan perpendiculaire à l'axe du prisme Z', comme illustré par l'exemple d'interconnexions internes 460 de la figure 4. L'angle γ est alors égal à 90° (γ = 90°) et la distance d ₂ est égale à d_p. Dans d'autres modes de réalisation, chacune des tiges 462-n forme un angle γ < 90° ou un angle γ > 90° avec le bord 430-n d'élément de coin associé à leur point d'attache (qui coïncide avec une arête latérale
). Par exemple, l'angle γ peut être égal à un angle de 90°±45° (γ = 45° et/ ou 135°), dans les modes de réalisation utilisant une technique d'impression 3D, et la distance d ₂ peut être supérieure à d_p, comme illustré sur la figure 8. L'homme du métier comprendra aisément que ces exemples d'angle γ et de distance d ₂ sont donnés à titre d'exemples non limitatifs et que l'invention couvre toute combinaison d'angle γ et de distance d ₂ qui peut être mise en oeuvre en fonction des propriétés désirées pour le dispositif 300, telle que par exemple les propriétés de contrôle quasi-optique des faisceaux RF, de stabilité et de rigidité, de facilité de fabrication, etc. L'unique interconnexion 460 interconnectant les
murs 420-n pour les rendre solidaires permet d'obtenir une structure du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 ayant des propriétés de solidité très importantes, au moyen notamment du pilier central 480, des points d'attache au niveau des bords 430-n, et de l'angle γ des tiges 462-n.
Dans un exemple de réalisation non limitatif, le diamètre e_p du pilier central 480 peut être égal à 400µm. Le pilier central 462 n'a sensiblement aucun effet sur les propriétés de contrôle quasi-optique de faisceaux RF du dispositif 300. En effet, la propagation est orthogonale au pilier des champs électriques incidents des ondes électromagnétiques TEM (produites par les sources RF 200 par exemple) qui se propagent dans le guide d'ondes formé par le cadre de support de cellule 420. Cette propagation orthogonale n'induit pas de formation de courant électrique dans le pilier central 480, le diamètre e_p étant négligeable par rapport aux bandes de fréquences RF. De ce fait, l'impact du pilier central 480 dans la modélisation en circuit équivalent est sensiblement négligeable. Par exemple, l'unique interconnexion de la figure 8 peut être sensiblement modélisée par les deux interconnexions internes 460 représentées sur la figure 4, c'est-à-dire comme une succession de deux charges inductives (L). Le schéma (a) de la figure 5 représente donc le circuit équivalent modélisé à partir de telles cellules du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300.
L'impact du pilier central 480 étant négligeable dans la modélisation en circuit équivalent, l'homme du métier comprendra aisément qu'une telle configuration particulière d'interconnexion, comprenant un ou plusieurs piliers centraux 480, peut être adaptée à toutes conceptions de dispositif d'ordre x, tel que x ≥ 2 selon la détermination du nombre et de la nature des successions de charges (inductives, ou inductives et capacitives) représentées en exemple sur la figure 7.
Avantageusement, en fonction de la technique de fabrication du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, l'ajout d'un ou plusieurs piliers centraux 480 peut permettre de faciliter la fabrication d'un ou plusieurs plateaux 470 internes au cadre de support de cellule 420. En particulier, un plateau capacitif peut être formé par un élargissement local du diamètre e_p sur une petite portion e_c de la longueur d_p d'un pilier central 480 d'une unique interconnexion. L'élargissement local du diamètre e_p peut en outre avoir une forme équivalente à la forme de la base polygonale selon une longueur de côté ℓ_c.
La figure 9 représente une vue en perspective de plusieurs cellules 400 du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, dans un mode de réalisation où le nombre
est égal à 6.
Dans un tel mode de réalisation où le nombre
est égal à 6, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 présente des sections hexagonales de guides d'onde en transmission.
Avantageusement, si le nombre
augmente, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut présenter de meilleures propriétés d'invariance en polarisation et de stabilité de transmission par rapport à la variation de l'angle d'ouverture l'onde électromagnétique injecté en incidence. Une telle augmentation induit une plus importante solidité de la structure.
Alternativement, si le nombre
diminue, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 peut présenter des avantages de fabrication puisque la structure présente moins de matière.
Dans les modes de réalisation du cadre de support de cellule 420 représentés sur les figures 2 à 5, 8 et 9, l'axe du prisme Z' est parallèle à l'axe Z. En outre l'axe du prisme Z' peut présenter une inclinaison β par rapport à l'axe Z.
La figure 10 représente des vues dans un plan (X,Z) de plusieurs cellules 400 du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 selon deux modes de l'invention représentés par les schémas (a) et (b), dans lesquels les murs 420-n, les fentes 440-n (et en outre les piliers centraux 480) du cadre de support de cellule 420 sont orientés selon une inclinaison β par rapport à l'axe Z.
Dans des modes de réalisation du système optique 10 sur la figure 1, l'angle d'inclinaison β des cellules 400 est par exemple compris entre 0° et α_i par rapport à l'axe Z. En effet, l'axe du prisme Z' des cellules 400 du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, inclinée par rapport à la direction d'incidence moyenne du faisceau au front d'onde sphérique de deux sources RF 100, 200, selon un angle d'incidence noté α_i , peut être composé de cellules 400 d'angle d'inclinaison β = α_i tel qu'illustré schématiquement sur les schémas (a), (b) et (c) de la figure 10, pour augmenter la robustesse des propriétés quasi-optique de la structure vis-à-vis du secteur angulaire, c'est-à-dire de l'angle d'incidence et de l'angle d'ouverture θ des faisceaux.
En particulier, un tel concept d'inclinaison des cellules 400 permet le doublement de ce secteur angulaire (±10° autour de α_i = 30°) par rapport aux solutions de l'état de la technique.
Il est à noter que cette inclinaison β des cellules 400 n'a pas d'influence significative sur la modélisation en circuit électrique équivalent. Cependant, cette inclinaison peut induire une augmentation de l'épaisseur des murs 420-n.
Le schéma (a) de la figure 10 représente une unique interconnexion (comprenant deux interconnexions internes 460 et un pilier central 480) définissant une succession de deux charges inductives. Sur ce schéma, la face entrée 310 est dans le plan (X,Y), tandis que la face de sortie 320 comporte une structuration en biseaux (ou en escalier) perpendiculaire à l'axe du prisme Z' définissant l'inclinaison des cadres de support de cellule 420.
La géométrie des faces d'entrée 310 et de sortie 320 pourrait induire une dissymétrie pouvant détériorer l'équilibre des phases des faisceaux à contrôler. Un tel déséquilibre peut être évité ou compensé par des variations de largeur
des fentes 440-n en induisant un décalage de la largeur de bande d'impédance pour l'incidence des polarisations TE et TM (la différence de largeur relative ne peut donc pas être importante).
Avantageusement, les faces d'entrée 310 et de sortie 320 peuvent comporter chacune une structuration en biseaux (ou en escalier) perpendiculaire à l'axe du prisme Z' définissant l'inclinaison des cadres de support de cellule 420. Cette configuration de face peut par exemple apporter de meilleures performances théoriques de transmission de faisceau RF au dispositif 300.
Le schéma (b) de la figure 10 correspond à une unique interconnexion (comprenant deux interconnexions internes 460 et un pilier central 480 élargi au centre afin de former un plateau interne 470) définissant une succession de charges : inductive, capacitive et inductive. Dans ce schéma, les faces d'entrée 310 et de sortie 320 sont parallèles entre elles et au plan (X,Y).
L'homme du métier comprendra aisément que les faces d'entrée 310 et de sortie 320 des dispositifs 300, représentés sur les schémas (a) et (b) de la figure 10, sont des exemples non limitatifs et que les faces d'entrée 310 et/ou de sortie 320 des dispositifs 300 peuvent comporter en variante une structuration en escalier, et/ou que les faces d'entrée 310 et/ou de sortie 320 des dispositifs 300 peuvent être parallèles au plan (X,Y). En particulier, la réponse spectrale d'un dispositif 300 comprenant au moins une face comportant une structuration en escalier peut être optimale par rapport aux modes de réalisation du système optique 10 de la figure 1. En effet, de telles structurations en escalier sont adaptées à des ondes incidentes obliques permettant une propagation sans discontinuité dans les guides d'ondes formés par les cadres de support de cellule 420.
Cependant, de telles structurations en escalier peuvent induire des variations d'épaisseur de mur m, comme illustré sur le schéma (a) de la figure 10. Ainsi une épaisseur minimale de mur m_min peut être définie en fonction du processus de fabrication (par exemple m_min = 250µm), ce qui peut permettre de doubler l'épaisseur de mur m = 500µm au sein d'une cellule 400. Cette variation d'épaisseur de mur entre m_min et m peut être incrémentale ou progressive. Il est à noter que ce dédoublement d'épaisseur de mur peut induire des modifications des propriétés quasi-optiques de fonctionnement du dispositif 300. De telles modifications peuvent être compensées par des variations (en particulier une augmentation) de la largeur
des fentes 440-n.
La modélisation en circuit équivalent des dispositifs, représentée sur les schémas (a) et (b) de la figure 10, peut prendre en compte l'inclinaison β dans la variation de l'impédance caractéristique $Z_{1}$
des guides d'onde. Notamment, l'impédance caractéristique $Z_{1}$
peut rester sensiblement stable pour des inclinaisons β faibles, par exemple pour des valeurs de β inférieures ou égales à 30° (β ≤ 30°). Inversement, l'impédance caractéristique $Z_{1}$
peut être modifiée significativement pour des inclinaisons β fortes, par exemple pour des valeurs de β strictement supérieures à 30° (β > 30°).
Avantageusement, la mise en oeuvre de l'inclinaison β des cellules 400 ainsi que de la modularité de structurations (en escalier ou parallèle aux faces) des faces d'entrée 310 et/ou de sortie 320 des dispositifs 300 peut être facilitée par l'utilisation de techniques d'impression 3D. En particulier, le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 réalisée par impression 3D présente un bon état de surface. Ainsi, l'inclinaison des cellules 400 et l'utilisation de la fabrication additive permet en outre de diviser par deux des pertes d'insertions des faisceaux de la source RF 200 à transmettre par rapport au référence de l'état de la technique.
Il est à noter que le schéma (b) de la figure 10 illustre des cellules 400 comprenant un plateau interne 470 correspondant à un élargissement local du diamètre e_p, sur une portion e_c de la longueur d_p d'un pilier central 480. Dans ce schéma, les plateaux internes 470 intègrent certaines contraintes de la fabrication additives. Les plateaux internes 470 et le pilier central 462 forment alors une structure comprenant deux formes pyramidales (selon une pente de 45° par exemple) qui ne modifient pas les performances de l'interconnexion 460.
La figure 11 est un organigramme représentant deux étapes d'un procédé de fabrication selon des modes de réalisation du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 dans lequel les cellules 400 présentent un angle d'inclinaison β. La figure 11 représente également une vue en perspective d'un ensemble de cellules du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300, illustré par les schémas (a) et (b), au cours des deux étapes du procédé de fabrication.
A l'étape 1102, un matériau est déposé par fabrication additive prioritairement, selon l'axe du prisme Z' ayant un angle d'inclinaison β avec l'axe Z, pour former des couches métalliques empilées.
A l'étape 1104, la structure formée par les couches métallique empilées est découpée au niveau de la face 310 d'entrée du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300. Par exemple, la face 310 peut être défini par un plan parallèle au plan (X,Y) du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300.
Tel qu'illustré par le schéma (a) de la figure 10, ce procédé peut induire une discontinuité non symétrique induisant de faibles perturbations dans la réponse fréquentielle du dispositif de contrôle de faisceaux RF 300. Cependant, ces perturbations peuvent être compensées par une réduction de l'inclinaison des cellules 400 par rapport à la direction d'incidence moyenne (typiquement β = 20° < α_i = 30°).
La figure 12 est un graphique montrant un exemple de performances radioélectriques atteintes par le dispositif de contrôle de faisceaux RF 300 utilisé en tant qu'écran dichroïque.
Le graphique de la figure 12 montre l'évolution du gain de transmission et des pertes de retour en réflexion en fonction de la fréquence, selon les deux polarisations TE et TM. Le graphique met notamment en évidence une large bande de fréquences Ka et X de l'onde électromagnétique incidente, invariante par rapport à la polarisation.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-avant à titre d'exemple non limitatif. Elle englobe toutes les variantes de réalisation qui pourront être envisagées par l'homme du métier. En particulier, l'homme du métier comprendra que l'invention n'est pas limitée aux géométries de cellules, de cadre et d'interconnexion décrites à titre d'exemple non limitatif.

Claims

Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), comprenant un ensemble d'au moins une cellule (400), ladite cellule (400) comprenant un cadre de support (420) et au moins une interconnexion (460) interne audit cadre de support (420), lesdits faisceaux radiofréquences étant des ondes électromagnétiques TEM ayant une polarisation donnée, caractérisé en ce que ledit cadre de support (420) est inscrit dans un prisme, ayant un axe Z' donné, ledit prisme comprenant
faces $P_{n}$
reliées entre elles par
arêtes
orientées selon l'axe du prisme Z', ledit cadre de support (420) comprenant
éléments de coin (420-n), chaque élément de coin ayant un bord (430-n) coïncidant avec une desdites arêtes du prisme, les éléments de coins étant agencés de sorte que le cadre de support présente, sur chaque face du prisme, une fente (440-n) s'étendant selon l'axe du prisme Z', ledit cadre de support (420) étant interrompu par lesdites fentes (440-n) ; et
en ce que chaque interconnexion interne (460) comprend
tiges inductives (462-n) comprenant chacune deux extrémités (462-n1, 462-n2), les tiges inductives (462-n) ayant chacune une première extrémité (462-n1) reliée à un desdits bords (430-n) du cadre de support (420), les deuxièmes extrémités (462- n2) des tiges inductives (462-n) étant reliées entre elles au niveau d'un point de connexion de tiges, ledit point de connexion de tiges étant positionné sensiblement au centre dudit cadre de support (420) dans un plan orthogonal à l'axe du prisme Z',

chaque cellule (400) étant configurée pour réaliser une transmission et/ou une réflexion de faisceaux radiofréquences invariante en polarisation desdites ondes électromagnétiques TEM.
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon la revendication 1, dans lequel la cellule (400) comprend au moins deux interconnexions internes (460), et dans lequel la cellule (400) comprend en outre au moins un plateau capacitif (470) interne audit cadre de support (420) s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe du prisme Z', ledit au moins un plateau capacitif (470) étant agencé entre lesdits deux interconnexions internes (460).
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une cellule (400) comprend au moins deux interconnexions internes (460), et dans lequel la cellule (400) comprend en outre au moins un pilier central (480) s'étendant selon l'axe du prisme Z' et étant agencé sensiblement au centre dudit cadre de support (420), ledit pilier central (480) comprenant une extrémité supérieure (482-1) reliée au point de connexion de tiges d'une desdites interconnexions internes (460), et une extrémité inférieure (482-2) reliée au point de connexion de tiges d'une autre interconnexion interne (460).
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon la revendication 2, dans lequel ledit au moins un plateau capacitif (470) est relié au cadre de support (420) par au moins un pilier central (480) s'étendant selon l'axe du prisme Z' et comprenant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, le plateau capacitif (470) étant agencé sensiblement au milieu du pilier central (480).
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon la revendication 2, dans lequel ledit au moins un plateau capacitif (470) est maintenu à l'intérieur du cadre de support (420) au moyen d'un support diélectrique.
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit cadre de support (420) et ladite au moins une interconnexion interne (460), formant chaque cellule, sont électriquement conductrices et constituées par un unique matériau électriquement conducteur.
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le nombre
est égal à 4 et ledit cadre de support (420) ayant une forme de parallélépipède carré, ou dans lequel le nombre
est égal à 6 et ledit cadre de support (420) ayant une forme de prisme hexagonal.
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) est défini dans un repère (X,Y,Z), le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) s'étendant généralement dans un plan (X,Y), et dans lequel l'axe du prisme Z' est parallèle audit axe Z, ledit cadre de support (420) ayant une forme de prisme droit.
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) est défini dans un repère (X,Y,Z), le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) s'étendant généralement dans un plan (X,Y), l'axe du prisme Z' présentant une inclinaison β par rapport à l'axe Z, et ledit cadre de support (420) ayant une forme de prisme oblique.
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les tiges inductives (462-n) et les bords (430-n) dudit cadre de support (420) forment un angle γ compris entre 45° et 90°, et/ou compris entre 90° et 135°.
Dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) est défini dans un repère (X,Y,Z), le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) s'étendant généralement dans un plan (X,Y), le dispositif comprenant un ensemble de plusieurs cellules (400) ayant des formes géométriques et des dimensions variables dans le plan (X,Y).
Système optique (10) comprenant au moins une première source (100) de signaux radiofréquences configuré pour émettre un faisceau radiofréquences de bande de fréquence λ ₁ selon une direction de propagation donnée (102) et un dispositif de contrôle de faisceaux RF (300) selon l'une des revendications 1 à 11, ledit dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) étant configuré pour réfléchir et/ou transmettre le faisceau radiofréquences selon ladite direction de propagation donnée (102) et ladite bande de fréquence λ ₁.
Système optique (10), selon la revendication 12, dans lequel le système optique (10) comprend au moins deux sources de signaux radiofréquences, lesdites sources comprenant une deuxième source (200) configurée pour émettre un faisceau radiofréquences de bande de fréquence λ ₂ selon une direction de propagation donnée (202), et dans lequel le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) est défini dans un repère (X,Y,Z), le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) s'étendant généralement dans un plan (X,Y), le dispositif de contrôle étant configuré pour réfléchir les signaux radiofréquences de bande de fréquence λ ₁ et transmettre les signaux radiofréquences de bande de fréquence λ ₂, ledit dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) étant positionné entre lesdites sources (100, 200), l'axe Z présentant un angle d'incidence α_i par rapport auxdites sources (100, 200), par exemple α_i = 30°.
Système optique (10), selon la revendication 12, dans lequel le faisceau radiofréquences émis par ladite première source (100) est une onde électromagnétique TEM ayant une phase donnée, et dans lequel le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) est défini dans un repère (X,Y,Z), le dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) s'étendant généralement dans un plan (X,Y), le dispositif de contrôle comprenant un ensemble de plusieurs cellules (400), ledit dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) étant configuré pour modifier ladite phase dans le plan (X,Y).
Procédé de fabrication du dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif est entièrement métallique, et le procédé de fabrication utilise au moins une technique d'impression 3D.
Procédé de fabrication du dispositif de contrôle de faisceaux radiofréquences (300), selon la revendication 9 et 15, ledit dispositif (300) comprenant deux faces définies dans le plan (X,Y), et dans lequel le procédé comprend une première étape (1102) de dépose de couches de métal empilées selon la direction de ladite inclinaison β, puis une seconde étape (1104) de découpe d'au moins une des deux faces du dispositif (300).