FR2470457A1 - Antenne a reseau a fentes avec distribution d'amplitude dans une petite ouverture circulaire - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE ANTENNE A RESEAU A FENTES AVEC UNE DISTRIBUTION D'AMPLITUDE DANS UNE PETITE OUVERTURE CIRCULAIRE. L'ANTENNE COMPORTE UN PREMIER GROUPE DE GUIDES D'ONDE 10U, 12U, 14U COUVRANT UNE PREMIERE MOITIE DE L'OUVERTURE CIRCULAIRE, ET DONT LA LARGEUR DE LA PAROI LARGE DIMINUE DU CENTRE VERS L'EXTERIEUR DE L'OUVERTURE ET UN SECOND GROUPE SEMBLABLE DE GUIDES D'ONDE RECTANGULAIRES 101, 121 141 COUVRANT LA SECONDE MOITIE DE L'OUVERTURE. DES FENTES RAYONNANTES SONT FORMEES DANS UNE PAROI DE CHAQUE GUIDE D'ONDE ET CES FENTES SONT POSITIONNEES ET DIMENSIONNEES DE MANIERE A DISTRIBUER L'ENERGIE DANS L'OUVERTURE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A UN RADAR DE MISSILE GUIDE.

Description

24704S7

La présente invention se rapporte d'une façon générale

aux antennes pour de l'énergie à haute fréquence et con-

cerne plus particulièrement une antenne qui comporte un

réseau plan de guides d'onde à fentes.

Il est de pratique courante dans la technique des an- tennes de radar pour des autodirecteurs pour des missiles guidés d'utiliser un réseau à fentes en résonance. Selon une pratique connue, un réseau de ce genre est formé en montant plusieurs guides d'onde rectangulaires à fentes, de dimensions similaires, à proximité les uns des autres pour couvrir une ouverture prédéterminée. Un court-circuit

électrique est formé à une extrémité de chaque guide d'on-

de pour constituer une structure résonnante dans laquelle des ondes stationnaires peuvent être présentes et pour optimiser l'excitation des fentes. Un dispositif d'attaque

collective.de type courant est connecté auxsecondes extré-

mités des guides d'onde pour permettre le fonctionnement du réseau à fentes en résonance en antenne d'émission ou en antenne de réception, par exemple en antenne en régime

pulsé.

En général, quand un réseau à fentes en résonance doit être utilisé dans un missile guidé, il est nécessaire (1) qu'un faisceau en pinceau aplati soit formé pour que

le gain de l'antenne soit augmenté au maximum avec des ni-

veaux des lobes latéraux aussi faibles que possible; et (2) que l'énergie du faisceau soit en polarisation linéaire avec les effets de polarisation transversale réduits au minimum. Pour obtenir ces résultats dans le volume limité disponible dans le corps cylindrique d'un missile guidé, l'ouverture du réseau à fentes courant est circulaire, le

réseau lui-même étant monté pour eètre orientable en tanga-

ge et en lacet et l'orientatioth de toutes les fentes par rapport aux axes longitudinaux des guides d'onde étant maintenue constante. De plus, si le réseau à fentes doit fonctionner en antenne en régime pulsé, le nombre des guides d'onde et la disposition des fentes sont tels qu'un nombre égal de fentes se trouve dans chaque quadrant de

l'ouverture. En outre, il y a lieu de respecter des con-

traintes sur.la réalisation du réseau à fentes pour éviter

2410-457

les lobes qui interfèrent ou la réduction du rendement. Au-

trement dit, pour une fréquence de fonctionnement donnée, des précautions doivent être prises en ce qui concerne les dimensions des guides d'onde, la distance entre les fentes et la position du court-circuit électrique dans chacun des guides d'onde. Ainsi, dans une application courante dans laquelle l'ouverture de l'antenne d'un missile guidé peut avoir un diamètre de 125mm, un réseau à fentes pour la bande X (5200 à 11.000 MHz) peut comporter au maximum vingt fentes quand des techniques connues snnt mises en oeuvre pour la réalisation de ce réseau. Etant donné que le gain

d'antenne d'un réseau à fentes est lié directement au nom-

bre des fentes, le gain de ce réseau est limité.

Le réseau à fentes courant qui utilise des guides d'onde de dimensions similaires pose un autre problème.-Etant donné que les positions des fentes dans chaque guide d'onde (suivant la longueur du guide) sont fixées, il est difficile de produire un faisceau en pinceau symétrique. Il en résulte que la qualité des performances du réseau à fentes courant varient, suivant la direction d'une cible par rapport à

la ligne de visée.

En raison de ceci, un objet essentiel de l'invention

est de proposer un réseau à fentes dans lequel, avec une.

ouverture circulaire, le nombre des fentes peut être augmenté au-delà du plus grand nombre possible lorsque les techniques connues sont mises en oeuvre pour la réalisation de ce réseau.

Un autre objet de l'invention est de proposer un ré-

seau à fentes qui comporte un plus grande nombre de fentes que cela était possible jusqu'à présent dans une ouverture circulaire et qui peut en même temps être utilisé comme

une antenne à régime pulsé.

Un autre objet encore de l'invention est de proposer

un réseau à fentes dans lequel l'écartement entre les fen-

tes peut être optimisé de manière à obtenir un faisceau

en pinceau symétrique.

Ces résultats, ainsi que d'autres, sont obtenus en dis-

posant, dans un réseau à fentes à résonance avec une

24704S7

3. ouverture circulaire, plusieurs guides d'onde rectangulaires à fentes, de dimensions différentes, disposés à proximité les uns des autres pour former l'ouverture circulaire;

la distance entre les fentes et la position des courts-

circuits électriques nécessaires dans chacun des guides d'onde sont déterminées par une dimension choisie de chaque

guide d'onde.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

apparaîtront au cours de la description qui va suivre.

Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple nullement limitatif:

la figure unique est une vue en plan d'une antenne se-

lon l'invention.

La figure montre donc la disposition des fentes dans des guides d'onde lou, 12u, 14u, 141, 121 et 101 d'un exemple d'un réseau à fentes en résonance destiné à la bande X (5200 à 11000 MHz) d'un radar pulsé dans un missile guidé dans lequel la plus grande ouverture 11 permise est circulaire avec un diamètre de 125mm. Etant donné que les fentes dans les guides d'onde 101, 121 et 141 sont disposées de la même manière que les fentes dans les guides d'onde u, 12u et 14u, et étant donné que les dimensions des guides d'onde de m4mes références sont les mêmes, seuls les derniers d'entre eux seront décrits. Par ailleurs, l'épaisseur de chaque paroi de chaque guide d'onde n'est

pas représentée, de même que le dispositif courant d'atta-

que collective.

En commençant par le guide d'onde 14u, la largeur W14 (c'est à dire la dimension intérieure de la paroi large du guide d'onde rectangulaire) est choisie de manière que la fréquence de coupure du mode dominant TE01 dans ce guide soit au voisinage de l'extrémité inférieure de la bande X. L'épaisseur, non représentée, c'est à dire la dimension intérieure de la paroi étroite du guide d'onde rectangulaire, est choisie de manière que la fréquence de coupure dans le mode immédiatement supérieur (mode

TE10 ou TE20) soit au-dessus de la fréquence la plus éle-

vée dans la bande X. Dans ce cas, un guide d'onde rectan-

gulaire courant (de dimensions intérieures 22,9xl0mm)

241045?

pour la bande X est utilisé.

Il faut noter que la longueur d'onde de l'énergie en

bande X dans le guide d'onde 14u est supérieure à la lon-

gueur d'onde de cette énergie dans l'espace et que les fentes doivent être espacées de distances déterminées par la longueur d'onde dans le guide. Ainsi, avec une ouverture d'un diamètre de 125mm et des fentes en dérivation, il est encore possible de disposer six fentes espacées de demi-longueur d'onde (mesurée dans le guide d'onde suivant son axe 14ux) et un court-circuit électrique espacé d'un quart de longueur d'onde de la dernière fente, c'est à

dire la fente 14u (3').

Les fentes 14u (3), 14u (1) et 14u (2') sont espacées les unes des autres d'intervalles d'une longueur d'onde suivant l'axe 14ux. D'une manière similaire, les fentes 14u (2), 14u (1t) et 14u (3') sont espacées les unes des

autres d'intervalles d'une longueur d'onde et sont inter-

calées à des intervalles d'une demi-longueur d'onde entre les fentes 14u (3), 14u (1) et 14u (2'). En outre, les fentes 14u (1) et 14u (1') sont également espacies (suivant l'axe de lacet Y) de l'axe 14ux; les fentes 14u (2) et 14u(2') sont également espacées de la même manière; et enfin, les fentes 14u(3) et 14u(3') sont aussi espacées d'une manière similaire. Il faut noter que les fentes 14u (1) à 14u(3') constituent un réseau linéaire avec une réduction d'amplitude le long de l'axe de tangage X, avec l'axe du faisceau produit par ce réseau en travers du guide 14u (c'est à dire perpendiculaire au plan défini par l'axe de tangage X et l'axe de lacet Y). En outre, le premier lobe latéral (mesuré suivant l'axe 14ux) est

déterminé en fonction de la diminution d'amplitude choisie.

Le guide d'onde 12u est dimensionné de manière que

sa largeur soit inférieure à celle du guide d'onde 14u.

Par conséquent, la longueur d'onde de l'énergie dans le guide d'onde 12u est supérieure à celle dans le guide d'onde 14u. Il en résulte que la distance (suivant l'axe 12ux) entre les différentes fentes 12u (1) 12u(2), 12u(1'), 12u(2') est supérieure à la distance entre les fentes correspondantes du guide d'onde 14u. Il faut noter que si

l'énergie est introduite par la même extrémité dans le,gui-

de d'onde 12u et le guide d'onde 14u, le court-circuit

électrique, non représenté, dans le premier doit être dis-

posé à un quart de longueur d'onde de la fente 12u(2')

afin que le sens du champ électrique à chaque paire de fen-

tes correspondantes des deux guides d'onde soit le bon suivant l'axe de lacet Y. La distance suivant l'axe de lacet Y entre chacune des fentes 12u(1), 12u(2), 12u(1'), 12u(2') est déterminée de manière à permettre une diminution d'amplitude suivant l'axe de lacet Y, sans affecter la polarisation. Ainsi, chaque fente du guide d'onde 12u se trouve à une distance de

l'axe 12ux supérieure à la distance entre la fnte corres-

pondante du guide d'onde 14u et son axe 14ux.

Le guide d'onde 10u est dimensionné de manière qu'au moins deux fentes 10u(1), 10u(1') puissent être disposées dans la zone définie par le côté libre du guide d'onde 12u et la ligne définissant la plus grande ouverture 11 possible. Dans le cas présent, la largeur du guide d'onde u est 18,8mm. Conmme il faut s'y attendre, étant donné que la longueur d'onde de l'énergie dans le guide d'onde

u est supérieure à la longueur d'onde dans le guide d'on-

de 14u ou 12u, les fentes 10u (1) et 10u(1') sont plus espacées que les fentes 12u(1) et 12u(1') ou 14u(1) et 14u(1'). En outre, la position du court-circuit électrique non représenté, près de la fente 10u(1') est déterminée par la longueur d'onde de l'énergie dans le guide d'onde u et les sens des champs électriques aux fentes 10u(1) et 10u(11') sont respectivement les mêmes que les sens

des champs électriques aux fentes 14u(1) et 14u(1').

Pour obtenir la répartition voulue d'amplitude le long de l'axe de lacet Y, l'énergie introduite dans chacun des guides d'onde 14u, 12u, 10u, 141, 121, 101 est réglée par-tout moyen approprié dans le dispositif d'attaque collective, non représenté. En outre, les positions le long de l'axe de lacet Y des fentes 10u(1), 10u(1') sont changées pour contribuer à la répartition voulue

241045?

d'amplitude de manière que la for..e du faisceau le long de l'axe de lacet Y soit optimisée et que les lobes latéraux

soient réduits au minimum.

Il apparaît ainsi que pour une antenne à fentes avec une petite ouverture circulaire (cWest à dire de l'ordre de mm de diamètre) prévue pour la bande X, la souplesse de réalisation apportée par l'utilisation de guidesd'onde de largeurs différentes est avantageuse. Autrement dit, étant

donné que les positions relatives des fentes correspondan-

tes dans les différents guides d'onde peuvent être réglées sans changer leurs orientations, le gain d'antenne peut être augmenté au maximum pour un faisceau en pinceau avec des lobes latéraux relativement réduits et sans affecter la polarisation du faisceau. A cet égard, il faut noter que la longueur de chaque fente peut aussi être réglée

pour modifier la distribution de phase dans ltouverture.

Avec une connaissance préalable de l'effet du changement

de la longueur d'une fente résonnante, des techniques em-

piriques courantes peuvent être mises en oeuvre pour régler la distribution de phase dans l'ouverture pour chaque cas particulier. Ainsi, si la largeur du faisceau mesurée le long de l'axe de lacet doit être la mêre que sa largeur suivant l'axe de tangage, les longueurs des fentes peuvent être modifiées pour optimiser la distribution de phase le

long de ces axes.

Il est bien entendu que de nombreuses modifications - peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir

du cadre ni de l'esprit de l'invention.

24704SI

REIVENDI CATIONS

1 - Antenne à réseau à fentes, à polarisation linéaire comportant une ouverture de forme circulaire, le rapport entre le diamètre de cette ouverture et la longueur d'onde de l'énergie à haute fréquence, à la fréquence prévue

pour cette antenne étant de l'ordre de 5:1, antenne carac-

térisée en ce qu'elle comporte un premier groupe de re-

sonateurs (lOu,12u,14u) à guides d'onde rectangulaires dimensionnés de manière que lorsqu'ils sont juxtaposés avec leurs parois étroites en appui, ils couvrent une première moitié de l'ouverture circulaire, la largeur de

la paroi large de chacun des résonateurs successifs dimi-

nuant vers l'extérieur à partir de celui d'entre eux qui

est situé au centre, un second groupe semblable de résona-

teurs (101, 121, 141) à guides d'onde rectangulaires cou-

vrant la seconde moitié de l'ouverture circulaire et plusieurs fentes rayonnantes formées dans la paroi large de chacun des résonateurs à guides d'onde rectangulaires, ces fentes étant parallèles entre elles et le centre de

chacune des fentes étant situé dans un plan de champ élec-

trique maximal dans son résonateur à guide d'onde rectangu-

laire correspondant, les distances entre les fentes de chaque résonateur et son axe augmentant à partir du centre vers chaque extrémité du résonateur afin d'assurer la

distribution d'amplitude suivant la longueur des résona-

teurs. 2 - Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les distances entre les axes longitudinaux des résonateurs à guides-d'onde rectangulaires successifs et les centres des fentes correspondantes augmentent pour

assurer la distribution d'amplitude suivant une ligne per-

pendiculaire à la longueur des résonateurs.