FR2490026A1 - Antenne reseau non dispersive et son application a la realisation d'une antenne a balayage electronique - Google Patents

Abstract

ANTENNE RESEAU NON DISPERSIVE, DU TYPE ANTENNE PRISME DANS LAQUELLE LE RESEAU PRIMAIRE D'ENTREE DISPERSIF ET LE RESEAU SECONDAIRE DE SORTIE FONT UN ANGLEA ENTRE EUX, REALISEE PAR EMPILEMENT D'ANTENNES RESEAU NON DISPERSIVES MONODIMENSIONNELLES, POUR CHACUNE DESQUELLES LA PROPAGATION ENTRE LESDITS RESEAUX EST GUIDEE. APPLICATION AUX ANTENNES PRISMES A BALAYAGE ELECTRONIQUE.

Description

i La présente invention concerne une antenne réseau et plus

particulièrement une antenne de ce type qui soit non dispersive et présente un faible encombrement. Par antenne réseau non dispersive on entend une antenne pour laquelle la direction de rayonnement maximal est pratiquement indépendante de la fréquence. La pré- sente invention concerne également l'application d'une telle antenne

à la réalisation d'une antenne à balayage électronique.

On connait des antennes réseau qui répondent à la caractéris-

tique de non dispersivité et l'on pourra citer une antenne réseau dite en chandelier pour laquelle la voie d'alimentation se divise et chaque nouvelle voie d'alimentation ainsi obtenue est connectée à des éléments rayonnants pouvant constituer des sources élémentaires suivant la terminologie utilisée dans les antennes réseau. Une telle

structure d'antenne qui comporte un certain nombre de Tés magi-

ques ou de diviseurs, est pour le moins complexe, encombrante, et

risque d'être lourde et d'un prix de revient élevé.

Une autre structure d'antenne non dispersive est également connue qui comporte un guide d'alimentation auquel sont couplés, par l'intermédiaire de coupleurs directifs des guides alimentant des

sources élémentaires, l'ensemble étant tel que les longueurs élec-

triques de chaque circuit d'alimentation d'une source élémentaire

sont égales.

Cette structure d'antenne, bien que moins encombrante que la première citée, présente le défaut d'être compliquée au point de vue de sa réalisation mécanique, qui à partir d'un nombre de sources

élémentaires important, de l'ordre de la centaine, entratne à nou-

veau un certain encombrement gênant.

D'autres réalisations d'antennes non dispersives peuvent encore

être citées, notamment les lentilles actives et les réseaux réflec-

teurs qui sont alimentés en espace libre au moyen d'une simple source primaire. Toutefois ces antennes présentent l'inconvénient d'un encombrement longitudinal égal à la distance focale du système qui est grande; d'autre part il y a risque de débordement du rayonnement primaire sur la périphérie du réseau ce qui peut

produire un rayonnement diffus gênant.

Une autre réalisation d'antenne réseau non dispersive a été proposée par la Demanderesse dans sa demande de brevet NI EN 77.07331 qui consiste en un premier réseau dispersif alimentant un second réseau dont la direction générale fait un certain angle avec le premier, l'alimentation du second réseau par le premier se faisant

par propagation en espace libre.

On a démontré pour une telle antenne, appelée antenne réseau prisme, que pour une fréquence fo de l'onde progressive alimentant le réseau primaire, les valeurs de l'angle entre les deux réseaux en fonction de la direction de rayonnement Oo du réseau primaire étaient donn7es PL la formule: 0- sin Oo tg (0o +c Kg cos Oo

dans laquelle K est le nombre d'onde 2 M AO en espace ligne et Kg.

le nombre d'onde dans le guide à fentes constituant le réseau

primaire à la fréquence f0.

La figure 1 représente cette antenne réseau prisme de l'art antérieur dans laquelle 1 est le réseau primaire dispersif linéaire, un simple guide à fentes alimenté par son extrémité 2 avec son autre extrémité fermée sur une charge absorbante 3. Un panneau 8

absorbant peut être prévu sur le troisième côté du triangle, absor-

bant les rayonnements réfléchis liés au coefficient actif des ré-

seaux. Le réseau secondaire 4, également linéaire, fait un angle c< avec le réseau primaire. Sur la figure 1, ce réseau secondaire est un réseau double face dont les faces sont constituées d'éléments rayonnants du genre cornet 5 et 6. Entre les deux faces du réseau secondaire sont disposés des déphaseurs 7, qui pour l'exemple décrit, ont une valeur fixe chacun, l'ensemble des déphasages suivant une loi linéaire du premier déphaseur au dernier. Cette loi est telle que

l'onde rayonnée par le réseau secondaire a une direction de rayon-

nement perpendiculaire audit réseau. Il en résulte que le déphasage auquel est soumise l'onde alimentant le réseau secondaire a pour effet de compenser la loi de phase produite par l'incidence oblique sur le réseau secondaire de l'onde rayonnée primaire, déterminant

ainsi sur le réseau secondaire une loi de phase stationnaire.

Dans la demande de brevet citée précédemment on a étendu les enseignements tirés de la réalisation monodimensionnelle de

l'antenne réseau, à une antenne réseau bidimensionnelle avec la-

quelle on veut effectuer un balayage électronique.

La figure 2 présente une réalisation de cette antenne relevant

également de l'art antérieur.

Le réseau I est formé par un certain nombre de guides à fentes 91 à 9n semblables au guide 1 de la figure 1, comportant chacun un même nombre de fentes 10. Tous ces guides sont alimentés en

parallèle par une de leurs extrémités, par une voie 11. Des dépha-

seurs 12 du type électronique par exemple sont prévus pour per-

mettre d'effectuer avec cette antenne un balayage électronique

dans un plan vertical perpendiculaire au plan de la figure.

Le réseau secondaire IV est constitué par un panneau 13 comportant un certain nombre d'éléments rayonnants, qui sont dans

le cas décrit des hélices rotatives 14 alimentées par des dipôles 15.

L'utilisation d'hélices rotatives rend inutile l'interposition de dépha-

seurs entre les deux faces du réseau IV. La troisième face du trièdre

est un panneau absorbant 16.

Une antenne à balayage électronique telle que celle qui a été décrite présente les avantages d'être apériodique au premier ordre et de ne présenter ni effet de masque, ni débordement. Toutefois l'optimisation de la non dispersivité du pointage en fonction de la fréquence n'est pas réalisée pour tous les sites balayés. En effet, lors d'un dépointage dans le plan site, la propagation de l'onde entre le réseau primaire I et le réseau secondaire IV ne se fait plus rigoureusement dans le plan de gisement, mais dans un plan incliné de la valeur de l'angle de site considéré. De ce fait, au cours du balayage électronique, il se crée des différences de longueurs électriques pour les ondes se propageant entre les deux réseaux,

différences qui ne sont plus compensées par le réseau secondaire.

Un but de l'invention est de remédier à cet inconvénient.

Suivant l'invention, une antenne réseau non dispersive compor-

tant un réseau primaire directif constitué par une superposition de réseaux primaires monodimensionnels, alimentés chacun à travers un déphaseur, un réseau secondaire sous la forme d'un panneau compre- nant des sources élémentaires sur les faces interne et externe du panneau, avec des déphaseurs passifs introduits entre les deux faces, le réseau secondaire faisant un angle Mc avec le réseau primaire, et un panneau absorbant fermant l'angle défini entre les deux réseaux, est caractérisée en ce que la propagation des ondes entre les réseaux primaire et secondaire s'effectue en espace guidé par des plans parallèles disposés de façon telle qu'ils matérialisent l'antenne comme un empilement d'une pluralité d'antennes élémentaires non

dispersives monodimensionnelles, pour chacune desquelles la propa-

gation entre le réseau primaire et le réseau secondaire est guidée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat-

tront dans la description qui suit, donnée à l'aide des figures qui

représentent outre les figures 1 et 2 relatives à Part antérieur: - la figure 3, une antenne réseau monodimensionnelle suivant l'invention; - la figure 4, une antenne réseau bidimensionnelle suivant l'invention; - la figure 5, un exemple de réseau primaire photogravé en technologie ligne à fente; - la figure 6, un exemple du réseau primaire photogravé en

technologie ligne microstrip.

On a vu dans ce qui précède que l'on pouvait réaliser une antenne dite prisme sous une forme monodimensionnelle et sous une forme bidimensionnelle, cette dernière permettant d'effectuer un

balayage électronique de l'espace.

Ces antennes ont pour caractéristique principale que la direc-

tion du rayonnement maximal est pratiquement indépendante de la fréquence, cette caractéristique étant liée au fait que les réseaux primaire et secondaire qui constituent cette antenne forment entre eux un angle o" qui peut être choisi et déterminé de façon optimale pour que la phase de l'onde alimentant le réseau secondaire soit stationnaire, la propagation entre le réseau primaire et le réseau

secondaire se faisant en espace libre.

En fonctionnement, une telle antenne principalement lors- qu'elle est monodimensionnelle, ne pose pas de problème, sauf en cas de débordement o une partie de l'onde directement émise par le réseau primaire peut se recombiner à l'onde sortant du réseau secondaire et en altérer la direction. Il est remédié à un tel inconvénient en supprimant le débordement, en fermant l'espace libre existant entre les réseaux primaire et secondaire. Dans ces

conditions l'onde émise se propage en espace guidé et le débor-

dement ne peut avoir lieu. Les performances de l'antenne dont la structure est ainsi modifiée par rapport à l'antenne réseau de l'art antérieur, ne sont pas modifiées. De fait, un calcul, en tout point semblable à celui qui a été fait dans la demande de brevet déjà citée montre que, aussi bien avec une propagation en espace libre qu'avec une propagation en espace guidé entre les réseaux primaire et secondaire, on peut obtenir des valeurs de l'angle O" entre les deux réseaux linéaires pour lesquelles le réseau secondaire est alimenté avec une onde dont la phase est stationnaire. Cette valeur de l'angle Os en fonction de la direction de rayonnement eo du réseau primaire à la fréquence fo est donnée par la formule Ko(Z)_ sin eo tg(eo + oc) = KosR)T cos t9o dans laquelle pour la fréquence fo, Ko(Z) est la constante de propagation dans l'espace entre les réseaux, que cette propagation soit libre ou guidée, c'est-à-dire qu'en espace libre, Ko(Z) prend une valeur Ko et qu'en espace guidé, Ko(Z) prend la valeur Kgo, sauf dans le cas o le vecteur polarisation est vertical et alors Ko(Z) est égal à Ko, et Ko(RI) est la constante de propagation dans le guide que constitue le réseau primaire. Cette formule est identique à celle donnée pour la réalisation suivant l'art antérieur pour laquelle la

propagation se fait en espace libre.

La figure 3 représente une antenne réseau de type monodimen-

sionnel suivant l'invention. Cette figure n'est pas très différente de celle de la figure 1 de sorte que les éléments communs aux deux figures portent les mêmes références. On retrouve ainsi le réseau primaire 1 alimenté par son extrémité 2, l'autre extrémité étant fermée par une charge absorbante 3, le réseau secondaire 4 avec pour sources rayonnantes dans le cas de la figure, des hélices 6 alimentées sur la face interne du réseau 4 par les dipôles 5. On notera que l'utilisation d'hélices permet de supprimer l'étage de déphaseurs entre la face interne et la face externe du réseau secondaire 4. En 17 on a représenté la plaque fermant l'ouverture supérieure de l'espace de propagation entre les réseaux 1 et 4. Une plaque identique se trouve de l'autre côté de l'ouverture inférieure

qui n'est pas visible sur la figure 3.

En 8 on a représenté une charge absorbante fermant l'angle

entre les réseaux linéaires 1 et 4.

On constate que, suivant l'invention donc, on a réalisé un module compact utilisable, en tant que tel comme une antenne

réseau non dispersive monodimensionnelle.

Suivant l'invention, un tel module est utilisé pour constituer un élément d'une antenne réseau bidimensionnelle, une telle antenne

étant constituée par un empilement d'une pluralité de ces éléments.

Réalisée de la sorte, une telle antenne ne présente plus Pincon-

vénient signalé dans le cas du balayage électronique.

De fait on a vu, dans la définition de l'art antérieur qu'une antenne réseau non dispersive à balayage électronique n'était pas optimisable pour toute valeur de l'angle de site et que pour les sites balayés,la compensation des longueurs électriques dans l'espace de propagation libre entre les réseaux n'est plus correctement réalisée par le réseau de sortie et qu'il s'ensuit une erreur dans la direction

du pointage en gisement.

En constituant, suivant l'invention, l'antenne bidimensionnelle

par un empilement de modules, tels qu'ils ont été définis précé-

demment et décrits à l'appui de la figure 3, modules dans lesquels la propagation est guidée, on constate qu'au niveau de chaque module,

c'est-à-dire au niveau des antennes réseaux élémentaires horizon-

tales dans l'exemple décrit qu'ils constituent, le déphasage introduit par le déphaseur, disposé à l'entrée des guides d'alimentation d'une

-antenne élémentaire, est intégralement retransmis au réseau secon-

daire de sorte que pour l'ensemble de l'antenne la loi de phase appliquée à ces déphaseurs est intégralement transmise dans le plan

de site à la sortie du réseau secondaire.

La figure 4 représente une antenne réseau bidimensionnelle suivant l'invention, représentation qui ne diffère pas beaucoup de la représentation de la figure 2 o la propagation entre les réseaux linéaires primaire ou d'entrée et secondaire ou de sortie s'effectuent en espace libre. Dans ces conditions, les parties communes aux deux

figures portent les mêmes références.

On retrouve ainsi le panneau 1, réseau constitué par un certain nombre de guides à fentes 91 à 9n avec chacun un même nombre de fentes 10. L'entrée de chacun de ces guides comporte un déphaseur, dont l'ensemble est repéré par 12 et l'alimentation est assurée par un guide 11. Les déphaseurs 12 de type électronique permettent

d'effectuer un balayage électronique dans un plan vertical perpendi-

culaire au plan de la figure.

Le réseau IV secondaire est constitué par un panneau 13 comportant un certain nombre d'éléments rayonnants, des hélices rotatives par exemple 14 alimentées par des dipoles 15. Un panneau absorbant 16 est prévu pour compléter le trièdre que constitue cette antenne réseau bidimensionnelle. Cette structure d'antenne est complétée par des plans parallèles 18 qui matérialisent, à l'intérieur

de l'antenne réseau bidimensionnelle, les antennes réseaux élémen-

taires ou modules conformes à la figure 3, dans lesquels la propa-

gation est guidée.

On notera que dans la structure d'antenne suivant l'invention, dans laquelle la propagation entre les réseaux primaire et secondaire est guidée que la polarisation des ondes transmises est de type horizontal ou vertical; par contre la polarisation de Ponde sortant du réseau secondaire peut être quelconque, dépendant uniquement

des éléments rayonnants.

On notera également que dans les exemples de réalisation, on a considéré le réseau primaire comme un guide à fentes alimenté par une onde progressive. Les fentes sont disposées sur le petit ou le grand côté du guide. Cependant, le réseau primaire peut tout aussi bien être un réseau composés d'éléments rayonnants couplés d'une manière quelconque à une ligne d'alimentation. Cette ligne peut être un guide mais également une ligne fabriquée par un procédé quelconque de photogravure c'est-à-dire déposée sur un substrat en diélectrique, comme dans les technologies ligne à fente, ligne

bifilaire, microstrip, tripiaque. Les éléments rayonnants, s'ils pré-

sentent une géométrie plane, peuvent également être gravés sur ce même diélectrique. Ces éléments peuvent être des brins quart

d'onde, des dipoles, demi ou onde entière, yagis, zigzag, log pério-

diques, lignes à fentes rayonnantes évasées.

Les figures 5 et 6 montrent des exemples de réseau primaire photogravé. La figure 5 représente une réalisation en technologie ligne à fentes, avec coupleurs 19 et lignes évasées 20 et la figure 6

une réalisation en technologie microstrip avec coupleurs 19 et di-

poles 21.

Les éléments internes et externes au réseau de sortie peuvent

être constitués de n'importe quel type d'éléments rayonnants photo-

gravés ou non.

Si la polarisation émise sur les deux faces du réseau secondaire reste la même, l'ensemble des éléments rayonnants de ce réseau secondaire avec des déphaseurs passifs intercalés entre eux est

réalisable par la métallisation d'une seule plaquette de diélectrique.

Les éléments photogravés sont les mêmes que ceux désignés pour le

réseau primaire.

On a ainsi décrit une antenne réseau non dispersive de faible encombrement et de poids réduit, à balayage électronique réalisable

par un empilement d'une pluralité de modules constituant eux-

mêmes chacun une antenne monodimensionnelle non dispersive.

Claims (8)

R E VENDICATIONS

1. Antenne réseau non dispersive comportant un réseau pri-

maire directif constitué par une superposition de réseaux primaires monodimensionnels, alimentés chacun à travers un déphaseur pour

permettre d'effectuer un balayage électronique, un réseau secon-

daire sous la forme d'un panneau comprenant des sources élémen- taires sur ses faces interne et externe avec des déphaseurs passifs introduits entre les deux faces, le réseau secondaire faisant un angle o< avec le réseau primaire, et un panneau absorbant fermant l'angle défini entre les deux réseaux, caractérisée en ce que la propagation des ondes entre les réseaux primaire (1) et secondaire (IV) s'effectue dans un espace guidé par des plans parallèles (18) disposés de façon telle qu'ils matérialisent l'antenne comme un empilement d'une pluralité d'antennes non dispersives monodimensionnelles (figure 3) pour chacune desquelles la propagation entre le réseau primaire (1)

et le réseau secondaire (4) est guidée.

2. Antenne réseau non dispersive suivant la revendication 1,

caractérisée en ce que chaque antenne élémentaire monodimension-

nelle constitue un module compact optimisable reproductible.

3. Antenne réseau suivant l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce que le réseau primaire (1) d'un module est un guide à fentes (9i) alimenté par une onde progressive, et que le réseau secondaire (4) est un réseau double face avec des éléments rayonnants (5 - 6) sur les faces interne et externe et des éléments

déphaseurs (7) situés entre eux.

4. Antenne réseau suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le réseau secondaire (4) comporte des dipoles sur la face interne du réseau et des hélices rotatives incorporant des déphaseurs

sur la face externe.

5. Antenne réseau suivant l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce que le réseau primaire (1) d'un module est une ligne réalisée sur un substrat en diélectrique par photogravure, les éléments rayonnants du réseau étant, s'ils présentent une géométrie

plane, gravés sur ce substrat.

6. Antenne réseau suivant l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce que le réseau secondaire d'un module est réalisé

par photogravure sur substrat diélectrique.

7. Antenne réseau suivant l'une des revendications 1 ou 2, pour

laquelle la polarisation des ondes entrant et sortant du réseau secondaire reste la même, caractérisée en ce que l'ensemble des éléments rayonnants du réseau secondaire et des déphaseurs passifs situés entre eux est réalisé par métallisation d'une seule plaquette

de diélectrique.

8. Antenne réseau suivant l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce que dans l'espace de propagation entre les réseaux primaire (1, I) et secondaire (2, IV) la polarisation des ondes

transmises est indifféremment verticale ou horizontale.