FR2512280A1 - Panneau commutateur spatial hyperfrequence et procede de mise en oeuvre d'un tel panneau - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A UN PANNEAU COMMUTATEUR SPATIAL HYPERFREQUENCE ET A UN PROCEDE DE MISE EN OEUVRE D'UN TEL PANNEAU. SELON L'INVENTION, LE PANNEAU COMMUTATEUR SPATIAL HYPERFREQUENCE COMPREND AU MOINS UN RESEAU DE FILS OU TRONCONS DE FILS 10, 11, 12, ... CONDUCTEURS SITUES DANS UN

Description

La présente invention a essentiellement pour objet un

panneau commutateur spatial hyperfréquence à commandes électri-

ques permettant de rendre le panneau transparent ou réfléchis-

sant et un procédé de mise en oeuvre d'un tel panneau.

De façon plus précise, l'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif utilisant un panneau commutateur spatial hyperfréquence commandé électriquement susceptible de laisser passer les ondes électromagnétiques émises ou reçues qui le traversent sans atténuation ni déformation importantes (transparence) lorsqu'il est dans un premier état électrique et les réfléchir sans atténuation ni déformation importantes dans une autre direction (réflexion) lorsqu'il est dans un second état électrique L'invention concerne également un procédé électronique de mise en oeuvre d'un tel panneau permettant de modifier l'angle de dépointage d'une onde émise par une source

rayonnante hyperfréquence, et permettant en particulier d'aug-

menter l'angle de balayage d'une antenne émettrice à balayage

mécanique ou électronique.

Pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'inven-

tion, on interpose sur le trajet de l'onde incidente un panneau

comportant au moins un réseau de fils ou tronçons de fils con-

ducteurs situés dans un plan sensiblement parallèle au vecteur champ électrique E de ladite onde, lesdits fils pouvant être

rendus continus ou discontinus par l'intermédiaire d'interrup-

teurs contrôlables, tels en particulier que des diodes, placés

sur ces fils, commandables à volonté et distants géométrique-

ment d'un interrupteur au suivant d'une distance inférieure à la longueur d'onde > mesurée en espace libre de ladite onde et de préférence sensiblement égale à la moitié de cette longueur d'onde, ledit panneau étant ainsi transparent a l'onde émise lorsque les fils sont continus et réfléchissant lorsque lesdits

fils sont discontinus.

Le dispositif formant panneau commutateur spatial

hyperfréquence commandé électriquement permettant cette fonc-

tion de transparence ou de réflexion se caractérise en ce qu'il

comprend au moins un réseau de fils ou tronçons de fils conduc-

teurs situés dans un plan sensiblement parallèle au vecteur champ électrique E desdites ondes, lesdits fils comportant de distance en distance des interrupteurs contrôlables, tels en particulier que des diodes, placés sur ces fils, commandables à volonté et distants géométriquement d'un interrupteur au

suivant d'une distance inférieure à la longueur d'onde A mesu-

rée en espace libre de ladite onde, et de préférence sensible- ment égale à la moitié de cette longueur d'onde, et au moins un commutateur associé audit réseau permettant d'ouvrir lesdits interrupteurs ou au contraire de les fermer selon la fonction

de réflexion ou de transparence recherchée.

On connait déjà, comme décrit au brevet français numéro 81 08397 déposé par le même demandeur le 28 avril 1981 pour un "panneau atténuateur spatial hyperfréquence", un panneau susceptible d'être transparent ou absorbant

selon son état électrique.

Selon ce brevet, le dispositif est composé de fils conducteurs parallèles, parallèles au vecteur champ électrique E de l'onde émise par l'antenne, ces fils portant des diodes placées en séries et distribuées selon un pas constant sur chacun des fils Chaque fil porteur de diode est alimenté en courant électrique de polarisation des diodes dans le sens passant par l'intermédiaire d'un générateur de courant programmable qui permet

de faire varier les intensités des courants d'alimentation L'ensem-

ble de ces fils disposé dans un plan forme un réseau Le panneau transparent-absorbant est constitué de deux tels réseaux séparés d'une distance sensiblement égale à un quart de la longueur d'onde Lorsqu'on polarise les diodes avec un courant important dans les deux réseaux, on obtient l'état transparent du panneau;

au contraire, lorsqu'on fait passer deux courants faibles diffé-

rents mais conjugués dans les deux réseaux, on obtient l'état absorbant, le panneau absorbant pratiquement toute l'énergie incidente sans réflexion notable du faisceau (absorption de plus de 99 % de l'énergie reçue) Bien entendu, un tel panneau dans sa fonction d'absorption ne pouvait être utilisé que dans la mesure o il ne recevait qu'une très faible puissance d'émission, son usage étant prévu pour atténuer les effets des lobes secondaires de l'antenne émettrice en les absorbant ou

pour absorber des ondes incidentes parasites reçues par le pan-

neau en direction de l'antenne En effet, si un tel panneau absorbant recevait de plein fouet le faisceau d'émission de l'antenne, il devrait alors dissiper sous forme de chaleur la puissance reçue atteignant couramment plusieurs kilowatts, ce qui ne serait pas envisageable dans la structure décrite et ne présenterait en outre aucun intérêt Au contraire de cet art

antérieur, le panneau réflecteur-transparent conforme à l'in-

vention est tout particulièrement bien adapté et destiné à être utilisé dans sa fonction de réflexion lorsqu'il reçoit de plein fouet toute la puissance émise par l'antenne Dans cette fonction, il se comporte comme un miroir qui réfléchit dans une autre direction, et ce sans déformation ni atténuation notables, le faisceau des ondes électromagnétiques reçues On notera qu'en

outre, à l'encontre de l'art antérieur susmentionné, l'utilisa-

tion d'un seul réseau est suffisante pour obtenir l'effet de réflexion recherché On notera également que les courants de commande utilisés dans les deux cas sont différents, puisque le panneau réflecteur travaille avec les diodes bloquées en sens

inverse, tandis que le panneau absorbant à deux réseaux travail-

le avec les diodes passantes commandées en sens direct et tra-

versées par des courants faibles de valeurs déterminées conju-

guées. Dans une réalisation de l'invention particulièrement

adaptée à un faisceau d'ondes hyperfréquence polarisées linéai-

rement attaquant le panneau sous une incidence importante, le panneau est avantageusement constitué par un réseau de fils ou tronçons de fils chargés d'interrupteurs contrôlables-précités, tels que des diodes, lesdits fils étant dirigés sensiblement parallèlement au vecteur champ électrique desdites ondes, et le panneau comprend en outre des parois métalliques ou métallisées sensiblement perpendiculaires auxdits fils ou tronçons de fils divisant le panneau en des canaux parallèles adjacents formant guides d'ondes de largeur mesurée en espace libre sensiblement égale à une demi longueur d'onde dudit faisceau Dans de telles

conditions, les performances du panneau en incidence sont amé-

liorées, les effets parasites secondaires d'un canal au suivant

étant atténués, un tel panneau pouvant réfléchir sans déforma-

tion ni atténuation notables un faisceau reçu sous une incidence

variant de O à 800 environ.

On notera que dans sa fonction réfléchissante, le panneau joue en quelque sorte le rôle que jouerait une plaque métallique, réorientant la direction de l'onde incidente, et ce pour des puissances incidentes de plusieurs dizaines de kilowatts et une bande de fonctionnement supérieure à 15 %. L'invention, sa mise en oeuvre et ses applications

apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui

va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en perspective

d'un dispositif comprenant un panneau commutateur réflecteur-

transparent conforme à l'invention; la figure 2 montre à plus grande échelle un fragment du panneau illustré à la figure 1; les figures 3 et 4 sont des schémas indiquant comment un faisceau d'ondes électromagnétiques est réfléchi ou traverse un panneau réflecteur-transparent conforme à l'invention selon l'état de ce panneau; la figure 5 est un schéma illustrant comment traverse ou est réfléchi un faisceau d'ondes électromagnétiques reçu sur

un panneau conforme à l'invention équipant un radôme de protec-

tion d'une antenne d'émission;

la figure 6 montre le diagramme d'émission de l'an-

tenne illustrée à la figure 5 lorsque le panneau est transparent ou lorsque le panneau est réfléchissant, ces diagrammes étant donnés en fonction de l'angle de dépointage du faisceau obtenu dans les deux cas par rapport à l'axe du radôme; la figure 7 illustre l'utilisation d'un panneau

réflecteur-transparent associé à un panneau absorbant-trans-

parent; la figure 8 montre, comme la figure 2, un fragment

du panneau réflecteur-transparent associé au panneau absorbant-

transparent illustré à la figure 7; les figures 9 et 10 sont des schémas illustrant une utilisation préférentielle de deux groupes de panneaux réflecteurs-transparents absorbants-transparents associés à une antenne émettrice en vue d'augmenter l'angle de balayage; la figure il montre le diagramme de rayonnement d'une antenne fonctionnant dans l'exemple illustré à la figure 9; la figure 12 montre le diagramme de fonctionnement d'une antenne fonctionnant comme illustré à la figure 10; la figure 13 est une vue schématique d'un panneau utilisant deux réseaux croisés de fils diodes, en particulier pour un usage avec des faisceaux d'ondes électromagnétiques polarisés circulairement ou elliptiquement; la figure 14 montre, comme la figure 13, deux

réseaux croisés de fils diodes organisés quelque peu différe-

ment mais remplissant les mêmes fonctions; la figure 15 montre un exemple de réalisation permettant de constituer un panneau du type schématisé aux figures 13 ou 14; la figure 16 montre une variante de réalisation d'un panneau utilisant des fils diodes croisés pouvant être utilisé, en particulier en réflexion ou en transparence, avec un faisceau d'ondes électromagnétiques à polarisation circulaire ou elliptique;

la figure 17 montre une autre variante de réalisa-

tion d'un panneau permettant de réaliser la transparence ou la réflexion et également l'absorption d'une faisceau d'ondes

électromagnétiques polarisé linéairement reçu sur ce panneau.

On se reportera tout d'abord aux figures 1 et 2 montrant un exemple de réalisation d'un dispositif formant panneau commutateur spatial hyperfréquence réflecteur ou

transparent selon la commande électrique qui y est appliquée.

Le panneau tel que décrit dans ce mode de réalisation s'applique plus particulièrement à une onde hyperfréquence polarisée linéairement dont le vecteur champ électrique E a

été repéré sur les figures.

Le panneau comporte des fils conducteurs électriques parallèles tendus selon des lignes repérées 1, 2,, n, parallèlement au vecteur champ électrique E Les fils parallèles sont constitués de tronçons alignés tels que 101, 11,,15 ; 1021 1121, 152; 1033, etc; 10,, 15 Bien qu'à la figure on ait illustré que chaque fil est constitué de six tronçons successifs, il est bien évident que le nombre de ces tronçons peut être quelconque et qu'en pratique il sera plus grand. Sur chaque tronçon de fils est monté un élément de résistance contrôlable tel qu'une diode 201, 211, 221,, 251; 2021, 252;; 20 n,, 25 n D'autre part sont prévues

transversalement aux réseaux de fils parallèles, et de préfé-

rence orientées sensiblement perpendiculairement à eux, des bandes ou pistes métalliques repérées 30, 31, 32,, ces pistes encadrent par groupes de deux les éléments de résistance contrôlables; ainsi les pistes 30 et 31 encadrent les éléments de résistance contrôlables 20, tandis que les pistes 32, 33

encadrent les éléments de résistance contrôlables 21 Les pis-

tes sont d'autre part formées en tronçons adjacents, chaque tronçon assurant la jonction électrique entre deux éléments de résistance contrôlables de même référence numérique Ainsi, le tronçon 3012 assure la jonction-électrique des tronçons de fils , 102 portant les diodes 201, 202, et le tronçon 3123 assure la jonction électrique des tronçons de fils 102 f 103

portant les diodes 202, 203-

En outre, des résistances de ballast dont le rôle sera expliqué plus loin relient chaque tronçon de bande au tronçon

adjacent Ainsi, la résistance de ballast 4023 relie les tron-

çons adjacents 3012 et 30; de même la résistance de ballast 4112 relie les tronçons 3101 et 3123-; (dans la numérotation ci-dessus donnée, les nombres indicés rappellent les rangées des fils sur lesquelles sont alignés les tronçons de fils ou les diodes ou lorsqu'il s'agit d'éléments de liaison tels que les tronçons de piste ou les résistance de ballast, les deux

rangées d'éléments reliés par ces tronçons ou par ces résistan-

ces de ballast).

On aura noté que, dans les figures, les diodes formant les interrupteurs contrôlables sont montées d'une rangée de fils

à la suivante en sens inverse.

Dans ces conditions, et comme illustré à la figure 1,

il devient facile d'alimenter toutes les diodes de même référen-

ce numérique telles que 20, 21, etc, comprises entre deux pistes

parallèles 30-31, 32-33, en série au moyen de deux collec-

teurs respectivement d'entrée 16 et de sortie 17 connectés aux tronçons appropriés tels que 3101, 3301, etc, 32 n, 34 N Les collecteurs 16, 17 sont reliés à un commutateur électronique Cl qui permet l'alimentation en sens passant des diodes (pour la fonction transparence du panneau) ou qui permet le blocage des diodes en inversant le sens d'alimentation (pour la fonction de

réflexion du panneau).

Dans l'exemple illustré, le panneau comprend en outre

des parois métalliques ou métallisées repérées 40 à 46 aux des-

sins; ces plaques sont disposées sensiblement perpendiculaire-

ment aux rangées de fils 1, 2,, N divisant le panneau en des canaux parallèles adjacents formant guides d'ondes, chaque

guide d'ondes enfermant une ligne de diodes alimentée électri-

quement en série et leurs bandes ou pistes formant collecteur

de courant.

On notera qu'à part la prévision des plaques 40 à 46 et des résistances de ballast, la construction d'un panneau tel que décrite ci-dessus peut être très semblable à celle d'un des réseaux décrits à la demande de brevet 81 08397 déjà cité, la commande et l'utilisation du panneau étant cependant tout à

fait différentes.

L'utilisation des plaques 40 à 46 formant guides d'ondes est utile en particulier si le panneau doit travailler sous des angles d'incidence importants Lorsqu'on utilise de telles plaques, la largeur séparant deux plaques adjacentes doit être sensiblement égale à une demi longueur d'onde du faisceau des ondes traitées, cette largeur étant mesurée en

espace libre (coefficient diélectrique égal à 1).

On fera maintenant référence aux figures 3 et 4 ex-

pliquant le principe d'utilisation du panneau.

Dans ces figures, on a repéré en 26 une antenne émet-

trice dont l'axe de symétrie est repéré en 27.

On a supposé que le faisceau de l'antenne était dé-

pointé par rapport à l'axe 27 d'un angle'& Sur le trajet de ce faisceau, illustré par les flèches pleines, on a placé un panneau réflecteurtransparent RT 1 du type décrit aux figures 1

et 2 Ce panneau est incliné d'un angle " sur l'axe de l'anten-

ne 27.

Dans l'état électrique O illustré à la figure 3, on a supposé que les diodes du panneau étaient commandées en sens inverse, c'est-à-dire étaient bloquées, par exemple au moyen d'une tension de polarisation inverse de l'ordre de 50 volts par diode Dans cet état, le panneau est très fortement réflé- chissant, se comportant comme une plaque métallique continue, réfléchissant plus de 99 % de l'énergie reçue (TOS > 30) Le

faisceau reçu par le panneau RT 1 est donc renvoyé dans la di-

rection @ + 2 c< (mesurée à partir de l'axe 27 de l'antenne).

Comme il apparaîtra plus clairement plus loin, on verra qu'une

telle réflexion de l'onde se fait non seulement sans atténua-

tion notable mais également sans déformation importante, notam-

ment du lobe principal de l'antenne.

Dans son autre état électrique 1 tel qu'illustré à la

figure 4 o les diodes sont passantes, le commutateur Cl comman-

dant le passage d'un courant important, par exemple de plusieurs milliampères, dans les fils, dans un tel état, le panneau est

transparent (TOSCN 1,1), ne produisant pratiquement aucune ré-

flexion, absorption ni déformation du faisceau électromagnétique

qui traverse donc le panneau librement.

L'intérêt de l'invention apparaîtra immédiatement en

faisant référence aux figures 5 et 6.

On suppose qu'une antenne émettrice 26 est enfermée

et protégée dans un radôme 28 d'angle au sommet de 20 degrés.

Sur la paroi inférieure du radôme, on a disposé, au voisinage de l'antenne 26, un panneau réflecteur-transparent RT 1 conforme à l'invention, qui est donc incliné géométriquement d'un angle = 10 degrés par rapport à l'axe 27 de l'antenne On sait

qu'en pratique il est difficile d'obtenir des angles de balaya-

ge d'une antenne importants, supérieurs par exemple à 60 degrés, compte tenu de diverses contraintes, notamment de déformations

ou de place.

Lorsque le panneau RT 1 est commandé en son état trans-

parent, l'antenne émettrice fonctionne comme s'il n'y avait pas de panneau RT 1, permettant un balayage de site par exemple de

0 à 600 de part et d'autre de l'axe 27 de l'antenne et du ra-

dôme Lorsque le panneau est réflecteur, et lorsqu'il reçoit le

faisceau incident sous un angle = 600, il réfléchit le fais-

ceau sans déformation sous un angle t + 2 o( = 60 + 20 = 800.

Dans ces conditions, on comprend immédiatement qu'il est possi-

ble avec des angles d'incidence tombant sur le panneau réflec-

teur RT 1 conpris entre 40 et 600 de balayer des angles de site

compris entre 80 et 60 de l'autre côté de l'axe 27 du radôme.

En disposant ainsi symétriquement deux panneaux RT 1 de part et d'autre de l'axe 27, il devient possible de balayer un angle de site de O à 80 de part et d'autre de l'axe 27 en

utilisant successivement les fonctions transparentes et réflec-

trices des panneaux.

A la figure 6, on a montré le diagramme de l'antenne dont on trouve le lobe principal à moins 600 correspondant à l'état transparent du panneau RT 1 (vision directe vers le bas) et à plus 80 , correspondant à l'état de réflexion du panneau (vision par réflexion vers le haut) Sur cette figure, on notera

la bonne conservation du lobe principal de l'antenne sans étale-

ment ni accroissement des lobes secondaires.

A titre d'exemple, un panneau tel que décrit à la figure 1 a été construit à partir duquel ont été obtenus les

différents diagrammes donnés dans la présente demande Ce pan-

neau était constitué de la façon suivante: dimensions: 400 x 400 millimètres

épaisseur des plaques métalliques 40 à 46 2 milli-

mètres;

espacement entre plaques métalliques {) 16 milli-

mètres largeur des pistes 30, 31, etc: 4 millimètres largeur des fils (déposés selon la technique des cicuits imprimés sur un support en verretéflon formant plaque support de l'ensemble): 180 microns plus ou moins 10 microns ( 1 micron = 10-3 millimètres);

distance entre plaques métalliques et pistes métal-

liques adjacentes (telles que 40 et 30): 1,5 millimètres résistance de ballast: 1 M Q 2 plus ou moins 20 %

( 1 MA = 106 ohm).

Comme diodes, on a utilisé des diodes PIN de capacité

0,16 p F avec un écart type de 0,01 p F; la résistance hyperfré-

quence série directe de ces diodes est de 4 ohms à 20 m A et la tension de claquage de 1 000 volts pour un courant de 10 g A Il est à noter que de telles diodes sont des diodes courantes du commerce, de faible prix, Dans de telles conditions, la bande d'utilisation du panneau

est de 8 500 M Hz à 10 000 M Hz.

Le panneau présente deux états. Dans l'état numéro 1, le réseau est alimenté en courant I = milliampères; dans cet état, le panneau est passif et laisse passer plus de 98 % de l'énergie électromagnétique qu'il reçoit, et ce sans induire aucune déformation notable de ses ondes et notamment du lobe principal;

la perte d'insertion est de 0,2 d B (environ 2 %).

Dans l'état numéro 2, le réseau des diodes est blcqué, chaque diode étant polarisée sous une tension inverse de 50 volts, bien répartie grace aux résistances de ballast; et ce malgré les possibles variations de caractéristique électrique entre chaque diode et notamment en fonction de la températrue Il est à noter en effet qu'en sens inverse, la résistance est de l'ordre de mille fois plus importante que les résistances de ballast Dans

cet état, le panneau est actif, présentant une réflexion quasi-totale, réflé-

chissant plus de 99 % de l'énergie reçue, et là encore sans déformation nota-

ble du faisceau (TOS (Taux d'Ondes Stationnaires): > 20) L'alimentation par le commutateur Cl des deux états du panneau ne pose évidemment aucun problème

étant immédiatement à la portée de l 'Homme de l'Art.

On se reportera maintenant aux figures 7 et 8 dans lesquelles on a montré l'utilisation en association avec un panneau réflecteur-transparent conforme à l'invention d'un panneau absorbant-transparent conformément au

brevet précédemment cité 81 08676.

Le panneau composite illustré aux figure 7 et 8 comprend un panneau

réflecteur-transparent RT 2 identique dans sa composition et dans sa construc-

tion au panneau RF 1 illustré en référence aux figures 1 et 2 On ne redécrira donc pas le panneau RT 2, dont la cormmande est faite à partir d'un comutateur électronique C 2 par l'intermédiaire de collecteurs 16, 17 aboutissant à ce o Emmutateur, là encore de façon identique à ce qui a été décrit en relation avec la figure 1 Derrière le panneau réflecteurtransparent RT 2 sont disposés deux autres panneaux conjugués qui peuvent être de construction identique Ces deux panneaux dont on aperçoit seulement les tranches 36, 37 sont associés et leurs commandes sont conjuguées camme décrit au brevet précédemment rmentionné 81 08397 pour constituer un panneau absorbant-transparent AT 1 On rappellera à ce sujet qu'un tel panneau composite est transparent aux faisceaux d'ondes

hyperfréquence reçus lorsque, de façon semblable au panneau réflecteurtrans-

parent de l'invention, les deux réseaux des fils-diodes 36, 37 qui consti-

tuent ce panneau sont parcourus par des courants importants de plusieurs milliamperes Au contraire, ce panneau AT 1 constitué de deux réseaux 36, 37 est absorbant pour les ondes hyperfréquence qu'il reçoit lorsque chacun des

réseaux 36, 37 est traversé par un courant de faible intensité, les intensi-

tés étant conjuguées selon des valeurs prédéterminées en fonction des carac- téristiques de construction des réseaux Dans un exemple de réalisation illustré au brevet 81 08397, le panneau absorbant-transparent constitué des

deux réseaux conjugués était absorbant lorsque le premier réseau était par-

couru par un courant Il de 200 microampères et le second réseau par un cou-

rant de 800 microampères, l'exemple ayant été donné pour une bande d'utilisa-

tion de 2 900 à 3 100 M Hz Les courants qui commandent l'état passif

(transparence) ou actif (absorption) du panneau sont fournis par le ccmnuta-

teur C 2 à partir des alimentations 38 alimentant le réseau 36 et 39 alimentant

le réseau 37.

L'interêt de l'utilisation-d'une telle association va être mainte-

nant exposé en relation avec la description des figures 9 et 10.

Aux figures 9 et 10, on a montré une antenne émettrice 47 dont le plan médian a été repété en 48 Dans l'exemple illustré, on suppose que cette antenne travaille en balayage en gisement autour de son plan médian vertical de balayage 48 Par rapport à ce plan de référence, on a donc repéré par G et D respectivement les côtés "gauche" et "droit" de l'antenne émettant devant

elle (dans le sens de la direction Ox) Légèrement en avant de l'antenne,.

symétriquement par rapport au plan médian 48 et inclinés sur ce plan d'un angle y<, on a disposé deux panneaux composites constitués d'un panneau réflecteur-transparent RT 2 (ou RT'2) et d'un panneau absorbanttransparent AT 1 (ou AT'1) Les panneaux RT 2 et RT'2 sont identiques ainsi que les panneaux AT 1 et AT'1, et par exemple constitués comme décrit en relation

aux figures 7 et 8.

Dans l'exemple illustré, on a supposé que l'angle d'inclinaison

des panneaux sur le plan médian Ox était de l'ordre de 20 .

Pour la facilité de l'explication, on supposera que l'angle de balayage (mécanique ou électronique) de l'antenne en gisement est limité à 50 vers la gauche ou vers la droite par

rapport au plan vertical médian 48 On décrira ci-après l'uti-

lisation pratique d'un tel dispositif.

Pour les angles de balayage compris entre O et 500 de

part et d'autre du plan médian 48, on travaillera avantageuse-

ment comme illustré à la figure 9 o l'on a montré le faisceau dépointé de 500 vers la droite et traversant les panneaux RT 2 AT 1 dont les états de transparence ont été commandés Ces états des panneaux ont été illustrés en entourant la lettre

T 2 et Tl de ces deux panneaux Le faisceau d'ondes électroma-

gnétiques traverse successivement les trois réseaux de fils diodes continus sans perturbation, les guides d'ondes constitués par les plaques telles que 40, 41, etc, des panneaux contribuant

à la bonne conservation des ondes à cette traversée des panneaux.

Dans une telle utilisation, il est souhaitable de commander l'état de transparence du panneau réflecteur-trasparent RT'2 situé à gauche, et l'état d'absorption du panneau AT'1 Ces états ont été illustrés en entourant les lettres T du panneau RT'2 et A du panneau AT'1 En effet, de cette façon, on atténue en les absorbant dans le panneau AT'1 absorbant les lobes secondaires d'émission de l'antenne situés à gauche G de l'axe 48 C'est ce qu'illustre la figure 12 dans laquelle là courbe supérieure, en trait continu, montre le diagramme d'émission de l'antenne dans le cas de la

figure -9 lorsque le panneau AT'1 n'est pas absorbant, la cour-

be inférieure montrant ce même diagramme de l'antenne lorsque le panneau AT'1 est absorbant On aperçoit la bonne conservation

du lobe principal dépointé à 50 (sur la droite) avec atténua-

tion et sensiblement annulation des lobes secondaire de l'anten-

ne passé le plan médian 48 Evidemment le panneau AT'1, lors-

qu'il est dans son état absorbant, absorbera également les ondes hyperfréquence qu'il pourrait recevoir de l'extérieur comme illustré par les flèches 49 et qui pourraient brouiller les signaux de réception perçus par l'antenne, et ceci comme décrit dans la demande de brevet précédemment mentionnée

81 08397.

On décrira maintenant, en relation avec la figure 10,

comment l'on peut utiliser les panneaux réflecteurs de l'inven-

tion pour augmenter l'angle de balayage en gisement de l'anten-

ne par rapport à l'angle maximum de balayage que l'on peut obtenir en l'absence de tels panneaux.

Le faisceau de l'antenne étant toujours supposé diri-

gé vers la droite, par exemple sous son angle maximal de 50 , on commande l'état de réflexion R du panneau RT 2, comme décrit précédemment en bloquant les diodes de ce panneau Dans ces conditions, l'onde reçue est réfléchie comme indiqué par les flèches 50, l'angle de réflexion étant égal à e + 2 o<, soit dans l'exemple illustré 50 + 2 X 20 = 90 Autrement dit, dans cette situation, le faisceau émis par l'antenne 47 est dirigé à 90 sur la gauche par rapport au plan médian 48, permettant donc dans cette hypothèse une vision latérale totale En effet, pour explorer les angles de gisement compris entre 900 et 500 sur la gauche, il suffira de réfléchir sur le panneau RT 2 situé

à droite des ondes attaquant ce panneau sous des incidences com-

prises entre 500 et 100 Bien entendu, dans une telle utilisa-

tion, les panneaux RT'2 et AT'1 sont commandés en transparence, ce qui est illustré à la figure 11 par le fait que les lettres T des panneaux RT'2 et AT'1 ont été entourées Le panneau AT 1 est quant à lui avantageusement commandé en absorption (courant faible conjugué traversant ses deux réseaux), de sorte que ce

panneau absorbe les rayonnements éventuels parasites 51 prove-

nant de l'extérieur et dirigés vers l'antenne 47.

Bien entendu, la disposition étant symétrique, il suffit d'inverser le fonctionnement gauche-droite des panneaux pour obtenir le balayage des angles de gisement situés à droite

compris entre 90 et 500 La figure 12 montre un diagramme illus-

trant pour la courbe en pointillés le faisceau-d'une antenne dirigée à 60 sur la droite et en trait fort le même faisceau après réflexion sur la gauche sur un plan réflecteur incliné de

10 par rapport à l'axe de l'antenne ( + 2 " = 60 + 2 x 10 %= 800).

Sur le diagramme, le pic du lobe principal se trouvait précise-

ment à 82 .

Il apparaît que par une simple logique de commande de

la commutation, il est possible d'allier les avantages du pan-

neau réflecteur-transparent et des panneaux absorbants-transpa-

rents pour obtenir simplement un accroissement de l'angle de balayage d'une antenne avec une définition améliorée du lobe principal. Tout ce qui a été décrit jusqu'à présent l'a été en relation avec un faisceau d'ondes électromagnétiques supposé

polarisées linéairement et dont l'orientation était bien connue.

Ce cas s'applique en général aux antennes émettrices-réceptrices hyperfréquence couramment utilisées Dans certains cas cependant il peut être intéressant de pouvoir travailler quelle que soit la direction du champ électrique E des ondes hyperfréquence dans un plan de polarisation donné Dans un tel cas, la structure du panneau réflecteur-transparent conforme à l'invention doit être quelque peu modifiée comme indiqué ciaprès On se reportera tout d'abord à la figure 13. Selon le mode de réalisation schématisé à la figure 13, le panneau récepteur-transparent RT 3 comporte deux réseaux croisés de fils conducteurs chargés de diodes disposées selon des lignes 11, 12, 13, et des colonnes cl, c 2, c 3,

orthogonales Dans ces conditions, quelle que soit l'orienta-

tion à chaque instant dans un tel plan du vecteur champ électrique E, ce vecteur peut toujours se décomposer en une composante El parallèle aux lignes du réseau et en une

composante Ec parallèle aux colonnes du réseau.

Dans chaque réseau, les fils sont chargés d'interrupteurs contrôlables tels que des diodes que l'on peut repérer par exemple simplement par la ligne ou la colonne à laquelle ells appartiennent Dans l'exemple illustré chaque diode telle que Dc 2 est montée en série sur un même fil

d'une même colonne c 2, l'espacement entre deux diodes consécu-

tives étant égal (mesuré en espace libre) à o > est la longueur d'onde du faisceau électromagnétique considéré De façon pratique, toutes les diodes des colonnes peuvent être montées selon la technique des circuits imprimés d'un même côté d'une surface support en matériau diélectrique approprié,

et les collecteurs de courant 53, 54 qui permettront de com-

mander, à partir d'un commutateur électronique (non représenté) l'état passant ou bloqué des diodes, peuvent être prévus vers

deux tranches de la surface support 52.

De la même façon les lignes de fils chargés de diodes pourront être disposées sur l'autre face de la surface 52 et les collecteurs de courant 55, 56 pourront

être ménagés sur deux autres tranches de la surface 52.

Avantageusement, les collecteurs 53 et 55 sont en liaison

de même que les collecteurs 56 et 54.

Comme indiqué précédemment, et en prenant les mêmes précautions d'utilisation, on pourra utiliser un tel panneau qui sera soit réflecteur lorsque les diodes seront bloquées, ou transparent lorsque des courants importants traverseront les

* lignes et colonnes de fils chargés de diodes.

La structure de réalisation illustrée à la figure 14 diffère de celle illustrée à la figure 13 en ce que les fils chargés de diodes sont disposés sur chaque face du panneau support 52 selon des trajets sinueux faits de segments brisés

consécutifs ne se coupant pas orientés selon les deux direc-

tions orthogonales des lignes 11, 12, 13, ou des colonnes

cl, c 2, c 3, des deux réseaux croisés Pour leur alimenta-

tion électrique à partir des collecteurs de courant 57, 58

convenablement reliés au commutateur électronique (non repré-

senté) de commande, les diodes sont donc groupées différemment,

n'étant plus montées en série sur les lignes ou sur les colon-

nes, mais selon des trajets sinueux Ainsi, à la figure 14, les diodes successives D 14, Dc 7 V D 15, Dc 6 V D 14, etc sont alimentées en série sur un trajet sinueux passant de la ligne 4 à la ligne en empruntant successivement les colonnes 7, 6, etc Par

contre, au niveau des ondes hyperfréquence, les rangées de li-

gnes et de colonnes apparaissent constituées comme à la figure 13, étant soit continues lorsque les diodes sont passantes, soit constituées de tronçons discontinus de longueur > 2 lorsque les diodes sont bloquées si elles sont alimentées sous une

tension inverse suffisante à leur blocage, par exemple de l'or-

dre de -50 volts pour le type de diodes précédemment mentionné.

A la figure 15 a été illustrée une manière commode de réaliser des panneaux à réseaux croisés de fils diodes tels que schématisés aux figures 13 et 14 Dans ces figures, on a décrit un maillage de fils ou tronçons de fils dont l'ensemble forme un réseau sensiblement complet de mailles carrées de côté égal à 1 ( ? = longueur d'onde en espace libre du faisceau d'ondes considéré) Le panneau peut être constitué avantageusement en

déposant sur chaque face d'un panneau support en matériau dié-

lectrique approprié 52, et à chaque angle d'une maille carrée de côté X, des élémentsconducteursen forme de croix qui ont été repérés 59 à la figure 15 Ces éléments peuvent être déposés

avantageusement selon la technique des circuits imprimés Tou-

jours selon la technique des circuits imprimés, ces croix sont reliées entre elles de deux en deux par des fils portant une diode réunissant les angles des mailles pour reconstituer les rangées de lignes et colonnes de fils chargés de diodes Dans l'exemple de jonction illustré à la figure 15, les diodes ont été montées en série selon des trajets sinueux semblables à

l'organisation de la figure 14 entre des collecteurs de cou-

rant 57, 58 La jonction électrique d'une face à l'autre de la plaque support 52 peut être faite par des trous métallisés traversant la plaque et réunissant des éléments 59 comme repéré

en 61.

Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 16, on dispose sur une face d'une surface support diélectrique 62 des bandes ou pistes métalliques conductrices en forme de L 63, 64 juxtaposées associées deux à deux pour former des guides d'ondes sensiblement carrés de côté X distribués régulièrement sur la surface 62 A l'intérieur de chaque guide d'ondes ainsi constitué est disposé un interrupteur contrôlable tel-qu'une

diode 65 reliéepar deux fils orthogonaux 66, 67, 68, 69 paral-

lèles aux côtés du guide d'ondes,à l'une ou l'autre des bandes 63, 64 formant collecteur d'alimentation d'une polarité ou de l'autre Pour l'alimentation des pistes 63, on peut prévoir des jonctions en série 70 de ces pistes selon des lignes du panneau et une alimentation en parallèle des diverses lignes, et de la même façon, prévoir des jonctions en série 71 des pistes 64 et une alimentation en parallèle de ces diverses pistes alimentées en série Pour faciliter la construction, les alimentations des bandes 63 peuvent être faites sur une face de la surface support 62, et les alimentations des pistes 64 peuvent être faites sur l'autre face de la surface support, par exemple au moyen de

trous métallisés traversant ladite plaque.

La structure peut être complétée par une ou deux peaux protectrices en matériau diélectrique telles que 72 On ménagera avantageusement dans la peau 72 recouvrant les diodes des orifices 73 qui faciliteront les opérations de maintenance

et de remplacement de diodes éventuellement défaillantes.

Avec une telle structure, il apparaît que chaque gui-

de d'ondes carré est traversé par deux fils disposés en croix qui sont soit continus si la diode est passante, et dans ce cas le panneau est transparent, soit formés de quatre tronçons discontinus de longueur X si la diode est bloquée, et dans ce cas le panneau est réfléchissant pour toute onde hyperfréquence

de longueur d'onde voisine de N et dont le vecteur champ élec-

trique est parallèle au plan du panneau.

On se reportera maintenant à la variante de réalisa-

tion illustrée à la figure 17 Cette réalisation ressemble à celle décrite en relation avec les figures 7 et 8 Elle en diffère essentiellement en ce que les plaques métalliques 73, 74, 75, 76, qui divisent le panneau sont orientées cette fois non pas perpendiculairement au vecteur champ électrique E mais parallèlement à lui, divisant le panneau en autant de

canaux parallèles adjacents de largeur a Cette largeur a mesu-

rée en espace libre doit être supérieure à une demi longueur d'onde du faisceau Les rangées de fils diodes 77, 78, 79, etc,

parallèles au vecteur champ électrique E sont montées dans cha-

que canal Les diodes 80 montées sur ces fils, espacées d'une demi longueur d'onde du faisceau, sont montées entre des bandes ou pistes métalliques 81, 82 réunies de deux en deux par des

résistances de ballast 83 de façon analogue à ce qui a été dé-

crit précédemment Le panneau ainsi conçu présente les mêmes propriétés de réflexion ou de transparence décrites ci-dessus et fonction de son état A un tel panneau réflecteur, on peut associer, comme décrit en relation avec les figures 7 et 8, un panneau absorbant-transparent constitué de deux réseaux 84, 85 associés de fils diodes qui peuvent être constitués de façon

identique au panneau réflecteur-transparent et qui sont comman-

dés électriquement en transparence ou en absorption comme dé-

crit au brevet précédemment cité 81 08397 Compte tenu de la

prévision et de l'orientation des plaques métalliques sépara-

trices 73, 74, 75, 76, etc, espacées de la longueur a, il y a

lieu seulement de disposer les deux panneaux 84, 85 à une dis-

tance égale à Xg/4 dans laquelle ?'g est donnée par la formule classique Ag = >

\ -2

( 2 a)2

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 Procédé électronique permettant de modifier l'an-

gle de dépointage d'une onde émise par une source rayonnante hyperfréquence caractérisé en ce qu'on interpose sur le trajet de l'onde incidente un panneau comportant au moins un réseau de fils ou tronçons de fils conducteurs situés dans un plan sensi- blement parallèle au vecteur champ électrique E de ladite onde, lesdits fils pouvant être rendus continus ou discontinus par

l'intermédiaire d'interrupteurs contrôlables tels en particu-

lier que des diodes, placés sur ces fils, commandables à volon-

té et distant géométriquement d'un interrupteur au suivant d'une distance inférieure à la longueur d'onde A mesurée en espace libre de ladite onde et de préférence sensiblement égale à la moitié de cette longueur d'onde, ledit panneau étant ainsi transparent à l'onde émise lorsque les fils sont continus et

réfléchissant lorsque lesdits fils sont discontinus.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en particulier lorsque l'onde incidente attaque le panneau RT 1 sous un angle d'incidence important, et en vue d'améliorer les fonctions de transparence et de réflexion sans déformation

de l'onde hyperfréquence,-lesdits fils sont dirigés parallèle-

ment audit vecteur champ électrique de l'onde incidente, et

ledit panneau est divisé par des bandes, pistes ou parois métal-

liques 40 à 46 perpendiculaires auxdits fils délimitant autant de canaux adjacents élémentaires formant guides d'ondes d'une largeur sensiblement équivalente à la demi longueur d'onde de

ladite onde mesurée en espace libre.

3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendica-

tion 2, caractérisé en ce qu'on associe audit panneau RT 2 ré-

flecteur-transparent un panneau absorbant-transparent AT 1 dont

on commande la fonction de transparence ou la fonction d'absorp-

tion selon l'état de transparence ou de réflexion du panneau réflecteurtransparent associé et sa fonction instantanée

active ou passive.

4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que lorsqu'on veut réfléchir notamment une onde à polarisation circulaire ou elliptique, on utilise deux

réseaux de fils ou tronçons de fils conducteurs précités croi-

sés, par exemple dirigés orthogonalement, sensiblement copla-

naires.

12280

Dispositif formant panneau commutateur spatial hyperfréquence commandé électriquement susceptible de laisser passer les ondes électromagnétiques émises ou reçues qui le

traversent sans atténuation ni déformation importantes (trans-

parence) lorsqu'il est dans un premier état électrique, et de les réfléchir sans atténuation ni déformation importantes dans une autre direction (réflexion) lorsqu'il est dans un second état électrique, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réseau de fils ou tronçons de fils 10, 11, 12, conducteurs situés dans un plan sensiblement parallèle

au vecteur champ électrique t desdites ondes, lesdits fils com-

portant de distance en distance des interrupteurs contrôlables, tels en particulier que des diodes 20, 21, 22, 23, placés

sur ces fils, commandables à volonté et distants géométrique-

ment d'un interrupteur au suivant d'une distance inférieure à la longueur d'onde mesurée en espace libre de ladite onde, et de préférence sensiblement égale à la moitié de cette longueur

d'onde, et au moins un commutateur Cl associé audit réseau per-

mettant d'ouvrir lesdits interrupteurs ou au contraire de les

fermer selon la fonction réflexion ou transparence recherchée.

6 Panneau commutateur spatial hyperfréquence destiné

à être utilisé avec le dispositif selon la revendication 5, pou-

vant en particulier recevoir un faisceau d'ondes hyperfréquence polarisé linéairement l'attaquant sous une incidence importante, ledit panneau étant caractérisé en ce qu'il comprend un réseau

de fils ou tronçons de fils 10, 11, 12, chargés d'interrup-

teurs contrôlables précités 20, 21, 22,, lesdits fils étant dirigés sensiblement parallèlement au vecteur champ électrique desdites ondes, ledit panneau comprenant en outre des parois

métalliques 40, 41, 42, ou métallisées sensiblement perpen-

diculaires auxdits fils ou tronçons de fils divisant le panneau en des canaux parallèles adjacents formant guides d'ondes de largeur mesurée en espace libre sensiblement égale à une demi

longueur d'onde dudit faisceau.

7 Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour l'alimentation électrique desdits interrupteurs contrôlables tels que des diodes, ceux ci sont montés comme connu en soi entre deux pistes latérales 30-31, 32-33, parallèles interrompues de distance en distance, voisines des parois de chaque canal, les diodes étant montées alternativement

dans une direction et dans l'autre entre les deux pistes latéra-

les formant collecteur des courants de commande, des résistan-

ces de ballast de plusieurs milliers d'ohms mais de grandeur inférieure au centième de la résistance inverse des diodes uti- lisées reliant les tronçons de piste successifs d'une même

piste latérale.

8 Procédé permettant d'augmenter l'angle de balayage

mécanique ou électronique d'une onde émise par une source rayon-

nante hyperfréquence, caractérisé en ce qu'on dispose au moins d'un côté un panneau réflecteur-transparent précité, mais de préférence sensiblement symétriquement et de part et d'autre du

plan médian de balayage deux tels panneaux réflecteurs-transpa-

rents précités inclinés d'un angle c< par rapport audit plan, de sorte que l'onde émise par ladite source frappant undit panneau sous l'angle È} soit traverse ledit panneau sous ledit angle lorsqu'il est transparent, soit est réfléchie de l'autre

côté dudit plan sous un angle i + 2 O < lorsqu'il est réfléc-

teur, et l'on commande la séquence de balayage et la séquence

des états réflecteur ou transparent desdits panneaux pour ba-

layer tout l'espace compris de part et/ou d'autre dudit plan médian entre les angles 0 et O M + 2 o, ^M étant l'angle de

balayage maximum de ladite source.

9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on effectue sensiblement le balayage entre les angles O O et 4 M en vision directe (panneau transparent) et celui entre les

angles i M et b M + 2 i CW en vision réfléchie (panneau réflecteur).

Panneau commutateur spatial hyperfréquence destiné à être utilisé avec le dispositif selon la revendication 5,

pouvant en particulier recevoir un faisceau d'ondes hyperfré-

quence polarisé circulairement ou elliptiquement, ledit panneau étant caractérisé en ce qu'il comprend des fils ou tronçons de fils chargés d'interrupteurs contrôlables précités tels que des

diodes disposés de part et d'autre d'une même surface 52 en -

matériau diélectrique formant support desdits fils ou tronçons de fils, l'ensemble formant un réseau sensiblement complet de mailles carrées de côté égal à à 11 Panneau commutateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les fils chargés de diodes sont disposés

parallèlement les uns aux autres sur chaque face de ladite sur-

face et orthogonalement d'une face à l'autre, et ils sont ali-

mentés en courant électrique de commande d'une polarité sur deux tranches contigues 53, 55 de ladite surface et en courant

électrique de commande de polarité inverse sur deux autres tran-

ches contigues 54, 56 de ladite surface.

12, Panneau selon la revendication 10, caractérisé en ce que les fils chargés de diodes sont disposés sur chaque face

du panneau 52 selon des trajets sinueux faits de segments bri-

sés consécutifs ne se coupant pas, orientés selon les deux di-

rections orthogonales choisies des mailles et portant chacun un

interrupteur contrôlable précité D, et les dispositions se com-

plètent de façon que l'on trouve sensiblement un segment précité

en regard de chaque côté de chaque maille précitée, les alimen-

tations électriques d'une polarité et de l'autre desdits fils se

faisant au voisinage de tranches opposées 57, 58 de ladite sur-

face.

13 Panneau selon l'une des revendications 10 à 12,

caractérisé en ce que chaque angle d'une maille carrée est occu-

pé sur une face et/ou sur l'autre de ladite surface par un élé-

ment conducteur en forme de croix 59 déposé sur lesdites faces selon la technique des circuits imprimés, et le panneau est divisé en groupes alimentés en parallèle desdites diodes qui sont montées en série dans chaque gioupe en réunissant certaines desdites croix sur une face ou sur l'autre de ladite surface support. 14 Panneau commutateur spatial hyperfréquence destiné

à être utilisé avec le dispositif selon la revendication 5, pou-

vant en particulier recevoir un faisceau d'ondes hyperfréquence polarisé circulairement ou elliptiquement, ledit panneau étant

caractérisé en ce qu'il comprend des bandes ou pistes métalli-

ques conductrices en forme de L 63, 64 juxtaposées, associées deux à deux pour former des guides d'ondes sensiblement carrés de côté X distribués régulièrement-sur une surface support 62 et à l'intérieur et sensiblement au centre de chaque guide d'ondes un interrupteur contrôlable tel qu'une diode 65 relié par deux fils orthogonaux 66, 67, 68, 69 parallèles aux côtés du guide d'ondes à l'une ou l'autre des bandes en L formant collecteur d'alimentation d'une polarité ou de l'autre, de sorte que lorsque ledit interrupteur est fermé, le guide est traversé par deux fils continus disposés en croix de longueur égale à >', tandis que lorsque ledit interrupteur est ouvert, le guide est obstrué par quatre dipôles de longueur Panneau selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est recouvert d'au moins une peau protectrice en

matériau diélectrique 72 dans laquelle sont ménagées des ouver-

tures 73 à l'endroit o sont disposés lesdits interrupteurs 65.

16 Panneau commutateur spatial hyperfréquence destiné à être utilisé avec les dispositifs selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de fils ou tronçons de fils 77, 78, 79 chargés d'interrupteurs contrôlables précités , lesdits fils étant dirigés sensiblement parallèlement au

vecteur champ électrique desdites ondes, ledit panneau compre-

nant en outre des parois métalliques ou métallisées 73, 74, 75, 76, sensiblement parallèles auxdits fils ou tronçons de fils

divisant le panneau en des canaux parallèles adjacents de lar-

geur a mesurée en espace libre supérieure à une demi longueur

d'onde dudit faisceau.