FR2613140A1 - Antenne cornet parallelepipedique a repartition du champ d'ouverture linearisee en deux polarisations - Google Patents

Abstract

UNE ANTENNE EXCITEE SELECTIVEMENT PAR UN GUIDE D'ONDES CARRE 220 EN L'UN DE DEUX MODES LINEAIRES TE ORTHOGONAUX, PRESENTE UN RACCORDEMENT FORMANT UN GRADIN ENTRE LE GUIDE 220 ET UN CORNET CARRE 210 PLUS GRAND. LE RACCORDEMENT COMPORTE UN DISPOSITIF DE TRANSITION 240, CONSTITUE DE MINCES AILETTES CONDUCTRICES 376-394, QUI FORME UNE TRANSITION PROGRESSIVE ENTRE LES DIMENSIONS PLUS PETITES DU GUIDE 220 ET LE CORNET 210 PLUS GRAND DANS LE PLAN E ET UNE TRANSITION ABRUPTE DANS LE PLAN H, QUELLE QUE SOIT LA POLARISATION SELECTEE. LA TRANSITION ABRUPTE DANS LE PLAN H CONVERTIT UNE PARTIE DE L'ENERGIE DU MODE TE DANS LE MODE TE. L'OUVERTURE RAYONNANTE 332 ETANT SITUEE A UNE DISTANCE PREDETERMINEE DU DISPOSITIF DE TRANSITION, LA RELATION DE PHASE DESIREE PEUT ETRE ETABLIE ENTRE LES MODES. LA REPARTITION PLUS LINEAIRE OBTENUE PROCURE UN GAIN DIRECTIF PLUS ELEVE.

Description

Cette invention concerne les antennes cornets parallélé-

pipédiques ou en boite, dans lesquelles Le guide d'ondes d'alimen-

tation possède de plus faibles dimensions en section droite que le cornet en forme de boite pour induire des modes d'ordre supérieur afin de linéariser la répartition du champ d'ouverture de l'antenne

cornet dans le but d'obtenir un gain plus élevé.

Il existe de nombreuses applications pour lesquelles des

antennes ayant des diagrammes de rayonnement directifs sont souhai-

tables. Par exemple, les antennes directionnelles pour communications utilisent des réflecteurs décalés et des alimentations à éléments multiples. Pour les applications dans le domaine des micro-ondes,

les éléments d'alimentation ont souvent la forme de cornets consti-

tuant des guides d'ondes. Le gain d'une antenne à réflecteur direc-

tif dépend des propriétés de rayonnement de l'antenne cornet d'ali-

mentation individuelle, propriétés qui dépendent elles-mêmes de

l'illumination de l'ouverture du cornet.

Les spécialistes dans le domaine des antennes savent que les caractéristiques d'émission et de réception d'une antenne sont des fonctions réciproques. Plus précisément, le gain à l'émission d'une antenne est le même que le gain à la réception de la même antenne. De nombreuses autres caractéristiques d'une antenne sont également identiques pour les modes d'émission et de réception,

mais les descriptions portent souvent sur la seule émission. L'illu-

mination d'une ouverture peut être considérée comme la répartition de la densité d'énergie à l'ouverture rayonnante (ou à l'ouverture captatrice d'énergie) de l'antenne. Dans une antenne cornet, l'ouverture rayonnante est normalement la grande extrémité ouverte,

correspondant à l'extrémité ouverture d'une trompette. L'illumina-

tion correspond donc à la répartition de l'énergie électromagnétique

dans l'ouverture du cornet.

Comme mentionné, la forme du faisceau rayonné dépend de l'illumination ou répartion du champ d'ouverture. Il est bien connu qu'une ouverture relativement grande est capable de produire un faisceau rayonné relativement étroit. Un tel faisceau étroit rayonné correspond à une antenne ayant une forte directivité et est généralement lié à un gain d'antenne élevé. Un gain élevé ou une grande directivité est une caractéristique désirabLe pour des antennes utilisées comme alimentations pour des réflecteurs. Il est facile à comprendre que si une antenne possède une grande ouverture, mais dont la majeure partie est inutilisée parce que l'illumination ou la distribution du champ d'ouverture est telle qu'une grande partie de l'ouverture ne reçoit que peu ou pas d'énergie, que l'ouverture utile ou efficace est plus petite que si l'illumination était uniforme. Pour cette raison, des répartitions d'illumination d'ouverture qui concentrent l'énergie dans une petite partie de l'ouverture, ou des répartions autres qu'uniformes, donnent un diagramme de rayonnement relativement large, une directivité relativement basse et un gain relativement faible (bien qu'elles puissent avoir d'autres propriétés désirables, telles que des lobes secondaires de faible importance). De telles

antennes peuvent être moins désirables comme éléments d'alimenta-

tion pour antennes de type réflecteur.

Une antenne selon l'invention comporte un cornet en boite,

possédant une section droite rectangulaire de dimensions prédéter-

minées. Ce cornet est excité ou alimenté, à une jonction à embouchure rectangulaire, par un guide d'ondes rectangulaire dont les dimensions en section droite sont plus petites que celles du cornet. Dans un mode de réalisation de l'invention, le cornet, l'embouchure et le guide d'ondes ont des sections droites carrées. L'énergie peut se propager dans un mode TEl, dans le guide d'ondes carré dans chacune de deux polarisations. A la jonction, le guide d'ondes carré débouche de façon brusque, tant dans le sens vertical que dans le sens horizontal, dans le cornet en forme de boite. Un dispositif de transition comporte au moins quatre bandes conductrices, s'étendant chacune depuis un bord de l'embouchure jusqu'à la paroi la plus proche du cornet. Une transition graduelle est ainsi créée dans le plan E pour l'une comme pour l'autre polarisation linéaire de

l'énergie qui se propage, ainsi qu'une transition abrupte corres-

pondante dans le plan H. Un mode de réalisation particulier comporte un cornet pyramidal à base carrée, qui est couplé à l'ouverture du

cornet parallélépipédique ou en boite.

D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront

plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs

exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - les figures la-lk, qui sont également désignées globa- lement par figure 1 dans ce qui va suivre, illustrent et servent à expliquer le fonctionnement d'une antenne cornet en boite de l'art antérieur, la figure la étant plus particulièrement une vue en perspective, avec un arrachement, d'un cornet en boite et d'une partie de son guide d'ondes d'alimentation, la figure lb est une coupe de la partie guide d'ondes du dispositif de La figure la, la figure lc représente la répartition d'énergie dans la section droite de la figure lb, les figures ld et 1h sont des coupes à différents endroits de la structure de la figure la et les figures le, 1f, lg, li, lj et 1k sont des reorésentations de deux des répartitions d'énergie possibles dans les sections droites des figures ld et 1h; - les figures 2a et 2b, également désignées conjointement par figure 2, sont respectivement une vue en bout côté ouverture et une vue de côté d'une antenne selon l'invention;

- la figure 3a est une vue en perspective, avec un arra-

chement, d'une partie de l'antenne de figure 2, montrant des détails d'un dispositif de transition de mode avec des conducteurs plats et minces, tandis que les figures 3b et 3c montrent une coupe du guide d'ondes d'alimentation de l'antenne de la figure 3a pour illustrer la répartition du champ électrique en deux polarisations différentes;

- la figure 4 est une vue en perspective, avec un arra-

chement, d'une autre antenne selon l'invention, comportant une partie de cornet évasée;

- la figure 5 est une vue en perspective avec un arrache-

ment d'un autre exemple de réalisation de l'invention, dans lequel le dispositif de transition de mode est réalisé sous une forme ajourée avec des bandes conductrices;

- la figure 6a est une vue en perspective avec un arrache-

ment d'encore un autre mode de réalisation de l'invention, semblable à celui de la figure 3a, avec un dispositif de transition de mode légèrement différent, et la figure 6b est une vue dans

l'ouverture rayonnante de l'antenne de la figure 6a.

La figure la est une vue en perspective schématique, avec un arrachement, d'une antenne cornet en boite 10 de l'art antérieur, alimentée par un guide d'ondes rectangulaire 12. L'antenne cornet possède des parois conductrices supérieure et inférieure 14 et 16 et des parois latérales conductrices 18 et 20 qui sont séparées d'une distance W2. Les parois supérieure et inférieure du guide

d'ondes 12 sont des prolongements des parois supérieure et infé-

rieure 14 et 16 du cornet. Le guide d'ondes d'alimentation 12 possède des parois latérales conductrices 22 et 24 qui sont séparées d'une distance W1 qui est nettement plus petite que la

distance W2 séparant les parois 18 et 20 du cornet parallèlépipé-

dique 10. Les parois formant les paires 14, 16; 18, 20; et 22, 24 sont équidistantes d'un axe central ou longitudinal 8. Une paroi conductrice supplémentaire 26 relie les parois 18 et 22, tandis qu'une paroi conductrice supplémentaire 28 relie les parois 20 et 24. La structure décrite jusqu'ici permet à l'énergie de se propager à travers le guide d'ondes 12 vers le cornet 10 et d'y

entrer à travers une embouchure ou ouverture 30 de forme rectan-

gulaire. L'énergie entrant dans le cornet 10 à travers l'embouchure est couplée à une ouverture rectangulaire ou ouverture

rayonnante 32 définie par les parois 14, 16, 18 et 20.

L'antenne cornet décrite jusqu'ici est semblable à celle décrite par Van Atta dans le brevet des EUA 2 617 937, délivré le 11 novembre 1952. Ainsi qu'il est indiqué dans ce brevet, le guide rectangulaire d'alimentation 12 est dimensionné pour la propagation de l'énergie électromagnétique dans un mode TE l'O La figure lb montre une coupe du guide d'ondes 12 prise suivant la ligne lb-lb. L'homme de l'art sait qu'un mode TE lo est un mode de propagation de guide d'ondes dans lequel le champ électrique est transversal et les lignes de champ électrique sont parallèles aux petites parois du guide d'ondes. Les lignes de champ électrique, dont l'une est désignée par 40 sur la figure lb, s'étendent entre les grandes parois 14 et 16 et ont donc une répartition de densité linéaire dans le sens vertical. Par conséquent, la largeur minimale du faisceau est située dans un plan vertical. Dans le sens horizontal, les lignes de champ électrique ont une répartition de densité qui est maximale au milieu entre les petites parois conductrices 22 et 24, ainsi que cela est indiqué schématiquement par la plus grande densité des lignes de champ électrique 40 sur la figure lb. La figure lc est un graphique amplitude en fonction de la position de la répartition du champ électrique dans le guide d'ondes 12 à l'endroit correspondant à la coupe de la figure lb. L'intensité du champ électrique est nulle aux extrémités gauche et droite parce que le champ électrique ne peut pas exister parallèlement à des parois latérales conductrices. Comme décrit également dans le brevet précité, la discontinuité dans la largeur entre le guide d'alimentation (W1) et le cornet (W2), près de l'embouchure 30, produit la conversion d'une partie de l'énergie électromagnétique propagée, du mode TE au mode TE. Les quantités relatives

1,0 T 3,0'

des composantes TE1 0 et TE3,0 dépendent du rapport de W1 et W2.

Donc, au droit de la ligne de coupe ld-ld entre l'embouchure 30

et l'ouverture rayonnante 32, les modes TE lo et TE3,0 coexistent.

La figure ld est une coupe du cornet 10 de la figure la, prise suivant la ligne ld-1d. Sur cette figure, une flèche E pointe dans une direction parallèle aux lignes du champ électrique. Cette flèche E et l'axe 8 définissent ensemble un plan qui est connu sous le nom de "plan E". De façon analogue, une flèche H, faisant un angle droit avec la flèche E, définit, ensemble avec l'axe 8, un plan qui, ensemble avec tous les plans parallèles à lui, est

connu sous le nom "plan H".

La figure le comporte une série de flèches de différentes longueurs qui illustrent la répartition d'amplitude du mode TE10, laquelle est semblable à celle représentée sur la figure lc. La

figure 1f montre, également par une série de flèches, la répar-

tition d'énergie du mode TE3,0. Comme on le voit sur cette figure, l'amplitude du mode TE3,0 possède trois crêtes (une positive et deux négatives) associées aux trois demi-cycles de répartition dans la direction H ou dans le plan H. La crête centrale, sur La figure 1f, présente des flèches pointées dans la même direction que les flèches représentant le mode TE lo sur la figure le, ce qui indique l'état de synchronisme de phase entre les modes TEl, et TE30 à un endroit situé au milieu entre les petites parois 18, 20. Les deux parties avec les amplitudes de crête de La répartition du mode TE3,0 situées le plus près des petites parois 18 et 20, comme on peut le voir sur la figure lf, ont des flèches pointées en sens contraire des flèches du mode TE1 0 de la figure le, ce qui indique un état de déphasage. Ainsi, à un point situé près de l'embouchure 30 à l'intérieur du cornet 10, la répartition de champ globale (la somme des modes TE l0 et TE3, O) possède son amplitude maximale au milieu entre les parois 18 et 20, l'amplitude diminuant rapidement près des bords, ainsi que le montre la figure lg. Cette répartition d'amplitude est indésirable

si l'on veut utiliser au maximum l'ouverture rayonnante 32.

Comme décrit dans le brevet précité, les deux modes ont des longueurs d'ondes différentes dans le cornet, de sorte que leur phase relative à l'ouverture rayonnante 32 dépend de la longueur L1 du cornet depuis l'embouchure 30 jusqu'à un point proche de l'ouverture 32. La figure 1h est une coupe transversale du cornet 10 prise suivant la ligne lh-lh de la figure la, ligne qui passe par ou près de l'ouverture rayonnante 32 et se trouve à la distance L1 du plan comprenant l'embouchure 30 et les parois

conductrices 26 et 28. La figure li montre la répartition d'ampli-

tude du champ électrique pour le mode TE lo dans la section droite de la figure 1h. Cette répartition est semblable à celle de la figure lc. La figure 1j montre la répartition d'amplitude du champ électrique pour le mode TE3,0 dans la section droite de la figure 1h, de même que sa phase par rapport à la répartition Je la figure li. On voit que la phase du champ électrique avec le mode TE3,0 est inverse par rapport à celle de la figure lf. Cette inversion de phase a pour effet qu'on obtient une répartition de champ électrique globale comme celle représentée sur la figure 1k,

répartition qui est beaucoup plus constante que celle de la figure 1g.

Etant donné que la coupe de la figure 1h correspond ou est près de l'ouverture rayonnante 32, la répartition globale de la figure 1k représente la répartition dans l'ouverture. Cette répartition est beaucoup plus linéaire ou plus constante qu'une répartition TE1 0 non modifiée et elle procure une plus grande directivité et un gain

plus élevé.

La distance L1 nécessaire est la distance qui provoque un déphasage différentiel de 180 entre les modes TE l0 et TE3'O. Alors que la distance L1 entre l'embouchure 30 et l'ouverture rayonnante 32 dans la disposition représentée et décrite de la figure la donne un déphasage différentiel de 180 ou X/2, d'autres longueurs sont possibles. Les longueurs utiles sont celles avec lesquelles les phases relatives des modes TE l0 et TE3,0 produisent une répartition d'énergie globale, dans l'ouverture rayonnante, qui est sensiblement linéaire en travers de l'ouverture, avec une

nette diminution sur les bords.

Il est souvent souhaité qu'une antenne soit capable de répondre à une polarisation circulaire ou de répondre de façon identique à deux polarisations linéaires orthogonales. Dans un cas comme dans l'autre, l'antenne doit produire essentiellement le même gain pour deux polarisations linéaires orthogonales. La disposition de la figure 1 ne possède pas la symétrie requise pour produire les modes TE10 et TE30 pour des polarisations orthogonales. Même si elle avait cette symétrie, le gradin du plan E donnerait lieu à une paire supplémentaire de modes d'ordre supérieur (TE1,2 et TM1,2), ce qui exclurait l'uniformité de

champ des modes TE l0 et TE3,0 seuls.

La figure 2a est une vue dans l'ouverture rayonnante d'une antenne cornet selon l'invention et la figure 2b en est une vue de côté. L'antenne représentée sur la figure 2a comporte un cornet

en boite 210, de section droite carrée, et un guide d'ondes d'ali-

mentation 220 de section carrée, qui est représentée tronquée sur la figure 2b. De plus, l'antenne de la figure 2 comporte une partie de cornet pyramidale 230 qui peut être utilisée pour augmenter les

dimensions de l'ouverture afin d'obtenir un gain plus important.

La partie pyramidale 230 n'est pas essentielle pour l'invention mais elle peut être utilisée si désirée. L'antenne est centrée sur un axe 208. Des ailettes conductrices, désignées globalement par 240, sont situées à l'intérieur de la partie de cornet 210 de forme parallèlépipédique, prés de sa jonction avec le guide d'ondes 220. Les ailettes 240 sont agencées de manière que l'énergie ou le signal électromagnétique du mode TE1lo, se propageant dans le guide d'ondes 220 de section carrée, rencontre une transition en gradin ou changement de dimension dans le plan H à l'entrée dans le cornet 210, sans rencontrer une transition en gradin dans le

plan E, quelle que soit la polarisation du signal du mode TE1 0.

La figure 3a est une vue en perspective avec un arrache-

ment de la partie de l'antenne de figure 2 comprenant le cornet paralléLépipédique 210 et le guide carré 220. Des éléments de la disposition de figure 3a correspondant à ceux de la figure 2 sont désignés par les mêmes références. Le cornet 210 de la figure 3a

possède une section droite rectangulaire dans un plan perpendicu-

laire à l'axe 208 et il est défini par des parois latérales conduc-

trices 318 et 320, une paroi supérieure conductrice 314' et une paroi inférieure conductrice 316'. Chaque côté de la section droite du cornet carré 210 est dimensionné pour correspondre à peu près

à 3/2 de la longueur d'onde en espace libre à une fréquence com-

prise dans la bande de fréquence de fonctionnement. Le guide carré 220 est également centré sur l'axe 208 et il est défini par une paroi supérieure 314, une paroi inférieure 316 et des

parois latérales 322 et 324.

Une plaque conductrice 226 est reliée aux parois 314',

316', 318 et 320 du cornet 210 et est située dans un plan perpen-

diculaire à l'axe 208. L'homme de l'art comprendra que la plaque 326 (et d'autres éléments plans) possède des dimensions finies et ne peut pas, en réalité, être située dans un plan, mais de tels éléments plats peuvent être considérés comme étant plans

afin de faciliter la description. Une ouverture centrale (330)

de forme carrée de la plaque de raccordement 326 a des côtés parallèles aux bords extérieurs de la plaque. Cette ouverture

centrale de la plaque 326 possède des dimensions égalesaux dimen-

sions intérieures de la section droite du guide carré 220. Celui-ci est relié à la plaque 326 au droit de son ouverture centrale, si bien que cette ouverture constitue un prolongement des dimensions intérieures du guide d'ondes 220 dans le cornet 210, définissant ainsi une embouchure carrée 330, par laquelle l'énergie se propageant dans le guide 220 vers le cornet 210 est couplée à celui-ci. Comme l'ouverture centrale de la plaque 326 ne peut presque pas être distinguée, dans la pratique, de l'embouchure du guide 220, cette ouverture est également désignée par 330.

Elle possède un bord gauche 341, un bord droit 344, un bord supé-

rieur 342 et un bord inférieur 346. Les dimensions intérieures de

la section droite du cornet 210 sont plus grandes que les dimen-

sions intérieures de la section droite carrée du guide d'ondes 220, de sorte qu'un gradin est formé dans le sens vertical et dans le

sens horizontal au droit de l'embouchure 330. Les directions verti-

cale et horizontale sont désignées respectivement par les flèches

VERT et HORIZ sur l'axe 208.

Le guide carré 220 est capable de propager de l'énergie dans le mode TE lo dans une plage de fréquences de fonctionnement pour chacune de deux polarisations linéaires orthogonales, à savoir avec le champ électrique vertical ou avec le champ électrique horizontal. Comme décrit dans ce qui va suivre, un dispositif de transition 240, comprenant un jeu d'ailettes conductrices 376-398, forme une transition graduelle dans le plan E et une transition abrupte dans le plan H, quelle que soit celle des deux polarisations qui est propagée. Avec ce dispositif, un mode TE3,0 peut être produit dans le cornet 210 et être ajusté en phase, de manière à produire une répartition d'énergie sensiblement linéaire au

droit de l'ouverture, dans le plan H, quelle que soit la polari-

sation de l'énergie incidente.

Comme mentionné, le dispositif de transition 240 comporte des ailettes conductrices, notamment celles désignées par 376, 378, 380, 382, 384 et 386, qui ont la forme de triangles rectangles plans, chacun avec une hypoténuse, deux autres (petits) côtés et trois angles; toutes les ailettes énumérées ci-dessus sont situées dans un plan vertical. L'ailette 376 est en contact par un petit côté avec la plaque conductrice 326 et par l'autre petit côté avec la paroi supérieure conductrice 314'. Un angle de l'ailette 376 est adjacent à l'angle supérieur gauche de l'ouverture centrale 330 et l'hypoténuse de la forme triangulaire de l'ailette 376 s'étend depuis l'angle supérieur gauche de cette

ouverture jusqu'à un point situé sur la paroi 314' du cornet 210.

L'ailette 380 est dimensionnée et conformée comme l'ailette 376, avec laquelle elle est parallèle, et elle possède de façon analogue deux petits côtés en contact avec la plaque 326 et la paroi 314' du cornet 210, mais l'un de ses angles est adjacent à l'angle

supérieur droit de l'ouverture centrale 330, dans la représenta-

tion de la figure 3a. L'ailette conductrice 378 est dimensionnée et conformée comme les aillettes 316 et 380 et elle est située à mi-chemin entre elles, avec un angle adjacent au bord supérieur

342 de l'ouverture 330.

Les trois ailettes 382, 384 et 386 sont disposées de façon analogue sous l'ouverture 330. L'ailette 382 est conformée comme l'ailette 380 et est située dans le même plan vertical que celle-ci. L'ailette 382 s'applique et est fixée par ses deux petits côtés à la plaque conductrice 326 et à la paroi inférieure 316'. L'hypoténuse de l'ailette 382 s'étend du bord inférieur droit de l'ouverture centrale 330 jusqu'à un point situé sur la paroi inférieure 316'. L'ailette triangulaire 386 possède la même forme et est située dans le même plan que l'ailette 376, avec ses deux petits côtés fixes à la plaque 326 et à la paroi 316' et avec son hypoténuse entre l'angle inférieur gauche de l'ouverture 330 et un point situé sur la paroi 316'. L'ailette 384 possède la même forme et est située dans le même plan que l'ailette 378. Elle est également fixée à la plaque 326 et à la paroi inférieure 316' et son hypoténuse s'étend du milieu du bord 346 de l'ouverture

centrale 330 jusqu'à un point situé sur la paroi 316'.

Le dispositif de transition 240 comporte également deux autres jeux d'ailettes conductrices, référencées de 388 à 398, ayant chacune la forme d'un triangle rectangle et dont le plan est orienté horizontalement. Le premier de ces jeux comporte les ailettes 388, 390 et 392, tandis que le second comprend les ailettes 394, 396 et 398. Les ailettes 388, 390 et 392 sont disposées chacune avec un petit côté en contact avec la plaque de raccordement 326 et avec l'autre petit côté en contact avec la paroi latérale 320 du cornet 210. Le côté correspondant à l'hypoténuse de chacune des

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ailettes 388, 390 et 392 s'étend d'un point du bord 344 de l'ouverture centrale 330 jusqu'à un point situé sur la paroi latérale 320. Un angle de l'ailette 388 est adjacent à l'angle supérieur droit de l'ouverture 330 et un angle de l'ailette 392 est adjacent à l'angle inférieur droit de cette ouverture. L'angle correspondant de l'ailette 390 est situé au milieu du bord 344

de l'ouverture.

Les ailettes triangulaires 394, 396 et 398 sont situées

dans le même plan que les ailettes 388, 390 et 392 respectivement.

Les petits côtés des ailettes 394, 396 et 398 sont en contact avec la plaque 326 et la paroi latérale 318. Leur hypoténuse s'étend du bord 341 de l'ouverture 330 jusqu'à un point situé sur la

paroi latérale 318.

La figure 3b montre une coupe transversale du guide d'ondes carré 220, avec des indications pour son orientation dans le sens vertical et dans le sens horizontal. Des lignes de force électrique

sont représentées à l'intérieur de cette coupe par des flèches.

Ces lignes se terminent aux faces conductrices 314 et 316. Etant donné que la propagation dans le guide 220 s'effectue dans le mode TElo, la densité des lignes de force électrique est plus grande au milieu entre les parois 322 et 324 et, comme les lignes de force électrique ne peuvent pas s'étendre parallèlement à

proximité immédiate des parois conductrices 322 et 324, la répar-

tition tombe à zéro près de ces parois. Pour la polarisation linéaire représentée, la direction verticale correspond au plan E et la direction horizontale correspond au plan H. Cette polarisation

sera appelée "verticale".

La figure 3c montre la même section droite que la figure 3b, mais pour une polarisation linéaire qui est orthogonale à celle de la figure 3b. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3c, les lignes de force électrique sont horizontales et aboutissent sur les parois conductrices 322 et 324. Donc, le plan horizontal est le plan E et le plan vertical est le plan H. Cette polarisation

sera appelée "horizontale".

Lorsqu'on se reporte de nouveau à la figure 3a, le dispo-

sitif de transition 240 représenté procure une transition graduelle dans Le plan E et une transition abrupte dans le plan H, quelle que soit la polarisation de L'énergie sepropageant suivant le mode TE lo dans le guide d'ondes 220. Au cas o l'énergie se propage avec la polarisation verticale, comme représenté sur la figure 3b, Les extrémités des lignes de force électrique rejoignent les ailettes 316-386 et suivent (ou chevauchent) les c8tés formant les hypoténuses des ailettes suivant des trajets qui divergent progressivement, ce qui "évase" les lignes de forces électrique progressivement dans leur couplage aux conducteurs 314' et 316'

du cornet 210.

Lors de la réception, bien entendu, les lignes de force

électrique suivent les hypoténuses suivant des trajets qui conver-

gent, ce qui les rapproche les unes des autres. Donc, pour la polarisation verticale, les ailettes verticales 316-386 agissent comme une transition conique et les ailettes 388-398, disposées

horizontalement, n'ont aucun effet ou sont "invisibles". Par consé-

quent, la structure représentée équivaut à une transition abrupte dans le plan H pour la polarisation verticale, ce qui se traduit, comme décrit en référence à la figure 1, par la conversion d'une partie de l'énergie du mode TE 10 en mode TE3O0. Egalement comme décrit en relation avec l'antenne de l'art antérieur montrée par la figure la, la répartition ainsi obtenue dans l'ouverture utilise efficacement la forme géométrique disponible pour cette ouverture

332, avec le résultat que le gain est élevé.

Pour l'énergie qui se propage dans le guide 220 avec une polarisation horizontale, comme illustré sur la figure 3c, les

lignes de force électrique rejoignent les bords des ailettes 388-

398 et établissent une transition progressive avec les parois

latérales 318 et 320, tandis que les ailettes 376-386 sont invi-

sibles. Donc, l'énergie à polarisation horizontale, se propageant dans le guide 220, rencontre une transition graduelle dans le plan E et une transition abrupte dans le plan H, comme dans le cas de la polarisation verticale. De la même façon qu'avec cette dernière, la transition abrupte dans le plan H a pour conséquence qu'une partie de l'énergie est convertie du mode TE1,0 dans le mode TE3,0, ce qui procure une repartition d'énergie, dans

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l'ouverture 332, qui utilise de manière efficace les dimensions

géométriques de cette ouverture.

La disposition de la figure 3a rayonne (ou reçoit) par conséquent avec desrépartitions identiques, dans l'ouverture, pour chacun de deux modes à polarisation linéaire, de sorte qu'elle possède des caractéristiques de gain semblables pour les

deux polarisations.

La disposition de la figure 4 est très semblable à celle de la figure 3a et des éléments correspondants sont désignés par les mêmes références. La disposition de la figure 4 diffère de celle de la figure 3a en ce sens qu'elle comporte un tronçon de cornet pyramidal avec des côtés 414, 416, 418 et 420 qui sont reliés, à proximité immédiate du dispositif de transition 240, à un cornet parallélépipédique raccourci 210. L'utilisation d'un tel tronçon de cornet pyramidal permet d'ajuster les valeurs de la directivité et du gain. Comme décrit en relation avec la disposition de la figure la, la longueur du cornet pyramidal doit être choisie pour que soit établie une relation de phase convenable entre les modes de propagation TE lo et TE3, O. La conicité du cornet doit être

graduelle afin de maintenir des fronts d'onde de phase essentiel-

lement plans. Les parois du cornet peuvent s'étendre suivant des prolongements des hypoténuses des ailettes afin d'obtenir la

meilleure adaptation possible.

On sait que l'énergie des micro-ondes a tendance à se concentrer sur les bords des conducteurs. De ce fait, dans les dispositions des figures 3a et 4, la circulation de courant attribuable à l'énergie propagée a tendance à être concentrée

le long des c6tés formant les hypoténuses des ailettes du dispo-

sitif de transition 240. Il s'ensuit qu'il est possible "d'ajourer"

les ailettes.

La figure 5 montre un exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention avec de telles ailettes "ajourées". La disposition de la figure 5 est très semblable à celle de la figure 3a et les éléments identiques sont désignés par des références analogues, mais majorées de 200. Ainsi, le cornet 510 de la figure 5 possède des parois 514', 516', 518 et 520. Le dispositif de transition 540

de cet exemple comporte quatre jeux de conducteurs de forme allongée.

Un premier jeu comprend des conducteurs 576-580 attachés entre des points situés sur le bord supérieur 542 de l'ouverture centrale 530 et des points situés sur la paroi 514' du cornet 510. Un deuxième jeu comprend des conducteurs 582-586 s'étendant entre deux points le long du bord inférieur 546 de l'ouverture 530 et des points sur la paroi 516'. Un troisième jeu comprend des conducteurs 588-594 qui s'étendent entre le bord droit 544 de l'ouverture centrale 530

et des points de la paroi 520. Un quatrième jeu comprend des conduc-

teurs 594-598 entre des points sur le bord gauche 541 de l'ouverture et des points situés sur la paroi 518. Le fonctionnement du dispositif de la figure 5 ne devrait pas pouvoir être distingué,

ou presque, de celui de la figure 3a.

La figure 6a est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de l'invention. L'antenne qui y est représentee est semblable à celle de la figure 3a et des éléments correspondants à ceux de la figure 3a sont désignés par les mêmes références. Le dispositif de transition 640 de cet exemple est semblable au

dispositif de transition 240 de la figure 3a, sauf que l'agence-

ment dans les angles est différent. Le dispositif 640 comporte des ailettes 378, 384, 390 et 396 qui sont identiques aux ailettes portant les mêmes références dans la figure 3a et elles sont disposées de la même façon. Par contre, les ailettes adjacentes aux angles de l'ouverture centrale 330, tout en ayant une forme triangulaire, sont dimensionnées quelque peu différemment et leur orientation diffère légèrement par rapport à celle de la figure 3a. De ce fait, quelques-unes des ailettes du dispositif de transition 640 portent des références analogues à celles

d'ailettes de la figure 3a, mais majorées de 300. Plus particu-

lièrement, les ailettes 686 et 698 de la figure 6a sont réunies

le long d'un côté qui s'étend du bord inférieur gauche de l'ouver-

ture centrale 330 jusqu'à un point situé sur la jonction des parois 316' et 318. De façon analogue, les ailettes 676 et 694 sont réunies le long d'un côté et leur ligne de liaison s'étend depuis l'angle supérieur gauche de l'ouverture centrale 330

jusqu'à un point situé sur la jonction des parois 314' et 318.

Les aillettes'680 et 688 se rejoignent suivant une ligne allant de l'angle supérieur droit de l'ouverture 330 à la jonction des parois 314' et 320. La Ligne reliant les ailettes 682 et 692 va de l'angle inférieur droit de l'ouverture 330 à la jonction des parois 316' et 320. La figure 6b est une vue suivant l'axe 208

dans l'ouverture rayonnante 332 de l'antenne de la figure 6a.

Ainsi qu'on peut le voir dans les différents modes de réalisation décrits, lorsque le guide d'ondes d'excitation ou d'alimentation 220 et le cornet 210 ou 510 ont des sections droites

carrées, l'ouverture centrale 330 ou 530 de la plaque de raccorde-

ment entre le cornet et le guide d'ondes est également carrée et les parois du cornet possèdent la même largeur. Dans un tel cas, les parois du cornet peuvent avoir une dimension supérieure ou égale aux trois quarts de la longueur d'onde en espace libre à une fréquence voisine de la fréquence centrale de fonctionnement prévue.

Il est possible aussi de prévoir un seul élément de tran-

sition en forme d'ailette, deux de ces éléments ou un nombre supé-

rieur à trois, entre chacune des quatre parois du cornet de la

plaque de raccordement avec le guide d'ondes d'alimentation.

L'élément de transition unique ou chaque jeu d'éléments de tran-

sition s'étendra entre une paroi plane du cornet et un côté

correspondant de l'ouverture centrale de la plaque de raccordement.

De même, au lieu d'être répartis uniformément, comme dans les exemples représentés, il est possible de grouper des éléments de transition, dans chaque direction, proportionnellement à la

densité du champ électrique à l'endroit considéré.

D'autres modifications encore seront possibles sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, au lieu de travailler dans l'un de deux modes linéaires, on peut faire fonctionner les dispositifs dans des modes à polarisation circulaire, à droite ou à gauche, en faisant alterner la polarisation à la fréquence de fonctionnement. Lesexemples de réalisation décrits ont des volumes intérieurs pouvant être considérés comme "creux", mais ils sont en fait remplis d'un diélectrique, l'air en l'occurrence. Les

2 613140.

volumes intérieurs pourraient cependant être remplis aussi avec d'autres diélectriques, une mousse de matière plastique par exemple

et être considérés néanmoins comme étant "creux".

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Antenne comprenant une partie constituée par un cornet formant guide d'ondes, possédant un axe longitudinal et quatre parois planes et conductrices, reliées entre elles par leurs bords longitudinaux pour définir une structure creuse de propagation d'ondes, ayant une section droite rectangulaire centrée sur l'axe

longitudinal, cette structure étant ouverte à une première extré-

mité et possédant une seconde extrémité opposée, un élément de raccordement prévu à la seconde extrémité du cornet, ainsi qu'un guide d'ondes d'excitation ou d'alimentation, présentant une section droste rectangulaire plus petite que celle du cornet,

qui est relié au cornet par l'élément de raccordenent, caracté-

risé en ce que l'élément de raccordement est une plaque conduc-

trice (326; 526) ayant une forme rectangulaire, correspondant à la section droite rectangulaire du cornet (210; 510), et une ouverture centrale (330; 530) de forme rectangulaire dont les côtés sont parallèles aux côtés extérieurs de la plaque de raccordement (326; 526), laquelle est perpendiculaire à l'axe longitudinal (208), passant par le centre de l'ouverture centrale (330; 530), les côtés extérieurs de la plaque de raccordement étant en contact de conduction avec les parois planes respectives (314', 316', 318, 320; 514', 516', 518, 520) du cornet (210; 510), et que la plaque de raccordement est combinée avec une

série d'au moins quatre éléments de transition conducteurs (376-

398; 576-598; 676-698) essentiellement plans, ayant chacun la forme d'un triangle, en particulier d'un triangle rectangle avec une hypoténuse et deux petits côtés, chaque élément de transition étant parallèle à un plan contenant l'axe longitudinal (208) et

chacun d'eux étant relié par un petit côté à la plaque de raccor-

dement (326; 526) et par l'autre à l'une des parois (314', 316', 318, 320; 514', 516', 518, 520) du cornet (210; 510), de manière que l'hypoténuse de chaque élément de transition s'étende obliquement d'un point proche de l'ouverture centrale (330; 530)

de la plaque de raccordement à un point situé sur une paroi corres-

pondante du cornet (210; 510), au moins un élément de transition

étant coordonné à chacune des parois du cornet.

2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le cornet (210; 510) et le guide d'ondes d'alimentation (220) ont des sections droites carrées, de sorte que l'ouverture centrale (330; 530) de la plaque de raccordement est également carrée et que les parois du cornet possèdent la même largeur.

3. Antenne selon la revendication 2, dans laquelle les parois de même largeur du cornet ont une dimension supérieure ou égale aux trois quarts de la longueur d'onde en espace libre à une fréquence voisine de la fréquence centrale de fonctionnement

prévue.

4. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le nombre d'éléments de transition (376-398; 576-598; 676-698) de la série

de ces éléments est égal au produit d'un entier et de quatre.

5. Antenne selon la revendication 4, dans laquelle l'entier est le nombre trois, la série comprend douze éléments de transition et un jeu de trois éléments de transition est coordonné à chacune des quatre parois planes (314', 316', 318, 320; 514', 516', 518,

520) du cornet (210; 510).

6. Antenne selon la revendication 5, dans laquelle chaque

jeu de trois éléments de transition comporte deux éléments d'extré-

mité (676/674, 680/688, 682/692, 686/698) adjacents à un angle de l'ouverture centrale (330) et un élément (378, 384, 390, 396)

situé au milieu entre les deux éléments d'extrémité.

7. Antenne selon la revendication 1, comprenant en outre quatre éléments de transition conducteurs d'angle (676/694, 680/688, 682/692, 686/698), ayant la forme générale de tétraèdres, chaque élément comportant deux parois planes, conductrices, ayant la forme de triangles, qui sont reliées l'une à l'autre le long d'une ligne de liaison, chacun de ces éléments de transition d'angle étant disposé par un côté de chacune des parois triangulaires pour être en contact avec la plaque de raccordement (326) et chaque ligne de liaison s'étendant depuis un angle de l'ouverture centrale (330) de cette plaque jusqu'à un point o deux des parois planes et conductrices (314', 316', 318, 320) se rejoignent par leurs

bords longitudinaux.

8. Antenne comprenant une partie constituée par un cornet de forme paralléLépipédique avec une section droite carrée, ayant des dimensions prédéterminées en section droite, cornet qui est excité ou alimenté, au droit d'une embouchure, par une partie formant un guide d'ondes de section carrée, ayant des dimensions plus petites en section droite que celles du cornet, l'embouchure du guide d'ondes dans le cornet formant une jonction abrupte, caractérisée en ce que l'embouchure (330) fait partie d'une jonction abrupte à la fois dans le plan vertical et dans le plan horizontal et que l'antenne comporte, en outre, des éléments conducteurs minces (376-398; 576-598; 676-587) qui s'étendent obliquement à partir de bords de ladite embouchure jusqu'à la paroi (314', 316', 318,

320) la plus proche du cornet, de manière à présenter une transi-

tion progressive dans le plan E et une transition abrupte dans

le plan H à l'énergie se propageant dans l'antenne.

9. Antenne selon la revendication 8, dans laquelle chacun des éléments conducteurs est formé par une ailette qui s'étend à angle droit par rapport à la paroi du cornet (210; 510)

à laquelle il est coordonné.

10. Antenne comprenant une partie constituée par un cornet de forme parallélépipédique avec une section droite rectangulaire, ayant des dimensions prédéterminées en section droite, cornet qui est excité ou alimenté, au droit d'une embouchure, par une partie

formant un guide d'ondes de section rectangulaire, ayant des dimen-

sions plus petites en section droite que celles du cornet, l'embou-

chure du guide d'ondes dans le cornet formant une jonction abrupte, caractérisée en ce que l'embouchure (330) fait partie d'une jonction abrupte à la fois dans le plan vertical et dans le plan horizontal et que l'antenne comporte, en outre, des éléments conducteurs minces (376-398; 576-598; 676-698) qui s'étendent obliquement à partir de bords de ladite embouchure jusqu'à la paroi (314', 136', 318,

320) la plus proche du cornet, de manière à présenter une transi-

tion progressive dans le plan E et une transition abrupte dans

le plan H à l'énergie se propageant dans l'antenne.