FR2661043A2

FR2661043A2 - Device for electronic deflection of a UHF beam

Info

Publication number: FR2661043A2
Application number: FR9004856A
Authority: FR
Inventors: Brugidou Vincent
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1991-10-18

Abstract

This electronic deflection device is characterised in that the ferrite body exhibits the shape of a plate forming part of a plane waveguide in which the incident, deflected beams and the elastic wave propagate, and in that the incident beam and the elastic wave are chosen in such a way that their wave vector (ki and K) and the wave vector (kd) of the deflected beam form a right-angled triangle, the vector (K) of the elastic wave and that (kd) of the deflected beam forming a right angle.

Description

La présente invention concerne un certificat d'addition relatif à un perfectionnement apporté au dispositif de déviation décrit au brevet principal. The present invention relates to an addition certificate relating to an improvement made to the deviation device described in the main patent.

Le dispositif de déviation décrit dans ce brevet principal comporte un corps en ferrite magnétostrictif disposé dans le trajet d'un faisceau hyperfréquence et soumis à une polarisation magnétique et des moyens de génération d'au moins une onde élastique dans le corps pour créer dans celui-ci un réseau de contraintes engendrant un réseau de phase, afin de dévier le faisceau. The deflection device described in this main patent comprises a magnetostrictive ferrite body disposed in the path of a microwave beam and subjected to magnetic polarization and means for generating at least one elastic wave in the body to create in it ci a constraint network generating a phase network, in order to deflect the beam.

Ainsi qu'on l'a expliqué au brevet principal lorsque l'on souhaite obtenir un seul faisceau défléchi, c'est à dire dans le cas de la diffraction de
BRAGG, il faut utiliser un réseau de transducteurs à balayage pour faire varier la direction du vecteur d'onde K de l'onde élastique en même temps que sa fréquence.As explained in the main patent when it is desired to obtain a single deflected beam, that is to say in the case of diffraction of
BRAGG, a network of scanning transducers must be used to vary the direction of the K wave vector of the elastic wave at the same time as its frequency.

Le but du présent certificat d'addition est de perfectionner ce dispositif afin d'obtenir un seul faisceau défléchi en faisant varier uniquement la fréquence de l'onde élastique dans le corps, ce qui permet de supprimer le réseau de transducteurs à balayage. The purpose of this certificate of addition is to improve this device in order to obtain a single deflected beam by varying only the frequency of the elastic wave in the body, which makes it possible to eliminate the array of scanning transducers.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de déviation électronique d'un faisceau hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,5,6,7,8,9,10,1i,13 ou 14 et 15 du brevet principal, caractérisé en ce que le corps en ferrite se présente sous la forme d'une plaque entrant dans la constitution d'un guide d'onde plan dans lequel se propagent les faisceaux incident et défléchi et l'onde élastique et en ce que le faisceau incident et l'onde élastique sont choisis de manière que leur vecteur d'onde et le vecteur d'onde du faisceau défléchi forment un triangle rectangle, le vecteur d'onde de l'onde élastique et celui du faisceau défléchi formant un angle droit. To this end, the subject of the invention is an electronic device for deflecting a microwave beam according to any one of claims 1,2,3,5,6,7,8,9,10,1i, 13 or 14 and 15 of the main patent, characterized in that the ferrite body is in the form of a plate forming part of a planar waveguide in which the incident and deflected beams and the elastic wave propagate and in that the incident beam and the elastic wave are chosen so that their wave vector and the wave vector of the deflected beam form a right triangle, the wave vector of the elastic wave and that of the deflected beam forming a right angle.

Avantageusement, on fait varier la fréquence de l'onde élastique pour faire varier la direction du faisceau défléchi. Advantageously, the frequency of the elastic wave is varied to vary the direction of the deflected beam.

Avantageusement également, la polarisation magnétique Mo doit vérifier la relation
0,3 Ms S Mo S 0,9 Ms où Ms représente l'aimantation à saturation du ferrite vérifiant la relation
Ms < 0.8 w
ygyro x po où w est la pulsation de l'onde hyperfréquence,
ygyro le rapport gyromagnétique, et
po la perméabilité du vide.Advantageously also, the magnetic polarization Mo must verify the relation
0.3 Ms S Mo S 0.9 Ms where Ms represents the saturation magnetization of the ferrite verifying the relation
Ms <0.8 w
ygyro x po where w is the pulsation of the microwave wave,
ygyro the gyromagnetic report, and
in. the permeability of the vacuum.

Enfin, et selon une autre caractéristique, un pont magnétique parallèle à la direction de l'aimantation est formé entre les faces correspondantes du corps pour fermer le circuit magnétique. Finally, and according to another characteristic, a magnetic bridge parallel to the direction of magnetization is formed between the corresponding faces of the body to close the magnetic circuit.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
- la Fig.1 illustre les vecteurs d'onde des faisceaux incident et défléchi et de l'onde élastique mis en oeuvre dans le dispositif selon l'invention; et
- la Fig.2 représente un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention.The invention will be better understood with the aid of the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings, in which
- Fig.1 illustrates the wave vectors of the incident and deflected beams and the elastic wave used in the device according to the invention; and
- Fig.2 shows an embodiment of a device according to the invention.

On a déjà indiqué au brevet principal qu'en utilisant des ondes guidées, on diminue la puissance élastique et le volume de ferrite nécessaires à la réalisation du dispositif selon l'invention. It has already been indicated in the main patent that by using guided waves, the elastic power and the volume of ferrite necessary for the production of the device according to the invention are reduced.

L'objet de ce certificat d'addition est de proposer un perfectionnement concernant les guides d'onde plans. The object of this certificate of addition is to propose an improvement concerning the plane waveguides.

Dans la suite de la description, on entend par guide d'onde, un empilement de couches homogènes toutes parallèles à un même plan P. Une description détaillée de ces guides plans peut être trouvée par exemple dans " Théorie des guides d'onde électromagnétiques ", chapitre III de C. VASSALLO, édition
EYROLLES, pour les modes hyperfréquences et " Acoustic fields and waves in solids " chapitre X de P.A.AULD, édition G.WILEZ and SONS pour les modes élastiques.In the following description, the term “waveguide” means a stack of homogeneous layers all parallel to the same plane P. A detailed description of these plane guides can be found for example in "Theory of electromagnetic waveguides" , chapter III of C. VASSALLO, edition
EYROLLES, for microwave modes and "Acoustic fields and waves in solids" chapter X of PAAULD, G. WILEZ and SONS edition for elastic modes.

Dans le dispositif selon l'invention, une de ces couches au moins est constituée d'une plaque de ferrite magnétostrictif polarisée magnétiquement conformément aux explications données au brevet principal. In the device according to the invention, at least one of these layers consists of a magnetostrictive ferrite plate magnetically polarized in accordance with the explanations given in the main patent.

Ainsi qu'on peut le voir en regard de la Fiv.1, les faisceaux incident et défléchi et l'onde élastique se propagent dans le plan P défini par ce guide d'onde, et le faisceau incident et l'onde élastique sont choisis de manière que leur vecteur d'onde, respectivement ki et K, et le vecteur d'onde kd du faisceau défléchi forment un triangle rectangle, le vecteur K de l'onde élastique et celui du faisceau défléchi kd formant un angle droit, pour la fréquence centrale élastique ou acoustique Fo. As can be seen from Fiv. 1, the incident and deflected beams and the elastic wave propagate in the plane P defined by this waveguide, and the incident beam and the elastic wave are chosen so that their wave vector, ki and K respectively, and the wave vector kd of the deflected beam form a right triangle, the vector K of the elastic wave and that of the deflected beam kd forming a right angle, for the elastic or acoustic central frequency Fo.

On notera que cette condition entraine que les longueurs d'ondes guidées Ai et Ad respectivement du mode ou faisceau incident et du mode ou faisceau diffracté, sont différentes, ce qui est relativement facile à réaliser en utilisant des modes guidés dont les configurations des champs sont différentes. It will be noted that this condition results in the guided wavelengths Ai and Ad of the incident mode or beam and of the diffracted mode or beam, respectively, being different, which is relatively easy to achieve using guided modes whose field configurations are different.

Ainsi, alors que dans le brevet principal on a indiqué que pour obtenir un seul faisceau défléchi, c'est à dire dans le cas de la diffraction de BRAGG, il faut utiliser un réseau de transducteurs à balayage pour faire varier la direction du vecteur K de l'onde élastique en même temps que sa fréquence, dans le présent dispositif, la condition de la diffraction de
BRAGG, kd = ki + K se conserve sur une large bande de fréquence AF autour de Fo sans faire varier la direction du vecteur K et donc sans nécessiter de réseau de transducteurs.Thus, while in the main patent it was indicated that to obtain a single deflected beam, that is to say in the case of BRAGG diffraction, it is necessary to use a network of scanning transducers to vary the direction of the vector K of the elastic wave at the same time as its frequency, in the present device, the condition of the diffraction of
BRAGG, kd = ki + K is conserved over a wide frequency band AF around Fo without varying the direction of the vector K and therefore without requiring a network of transducers.

On obtient donc un seul faisceau défléchi sur une large plage angulaire AE avec une seule commande de la fréquence F au lieu de celles nécessaires à la commande des déphaseurs du réseau de transducteurs ce qui simplifie considérablement le dispositif. A single deflected beam is therefore obtained over a wide angular range AE with a single control of the frequency F instead of those necessary for the control of the phase shifters of the transducer network, which considerably simplifies the device.

En ce qui concerne l'intensité diffractée, qui est fonction du coefficient de couplage entre le mode incident et le mode diffracté par l'onde élastique dans le ferrite, une des conditions de l'efficacité du dispositif est que la structure du guide plan et le choix des modes optimisent ce coefficient de couplage comme on en donner un exemple plus en détail par la suite. With regard to the diffracted intensity, which is a function of the coupling coefficient between the incident mode and the mode diffracted by the elastic wave in the ferrite, one of the conditions for the effectiveness of the device is that the structure of the planar guide and the choice of the modes optimize this coupling coefficient as one will give an example in more detail thereafter.

On notera également que pour améliorer les caractéristiques et les performances du dispositif selon l'invention, la polarisation magnétique Mo doit vérifier la relation
0,3 Ms S Mo S 0,9 Ms où Ms représente l'aimantation à saturation du ferrite vérifiant la relation
Ms < 0,8 w
ygyro x po où w représente la pulsation de l'onde hyperfréquence,
xgyro le rapport gyromagnétique, et
ijO la perméabilité du vide.It will also be noted that to improve the characteristics and the performances of the device according to the invention, the magnetic polarization Mo must verify the relation
0.3 Ms S Mo S 0.9 Ms where Ms represents the saturation magnetization of the ferrite verifying the relation
Ms <0.8 w
ygyro x po where w represents the pulsation of the microwave wave,
xgyro the gyromagnetic report, and
ijO the permeability of the vacuum.

Ceci permet d'une part de diminuer les pertes magnétiques et d'autre part de rendre le tenseur piézomagnétique d du ferrite maximum afin d'augmenter le rendement du dispositif. This allows on the one hand to reduce the magnetic losses and on the other hand to make the piezomagnetic tensor d of the ferrite maximum in order to increase the efficiency of the device.

Par ailleurs, un pont magnétique parallèle à la direction de l'aimantation peut également être formé entre les faces correspondantes du corps pour fermer le circuit magnétique. Furthermore, a magnetic bridge parallel to the direction of magnetization can also be formed between the corresponding faces of the body to close the magnetic circuit.

Ceci permet d'éliminer pratiquement les champs démagnétisants, ce qui permet encore de diminuer le champ magnétique polarisant. Celui-ci peut être, comme cela a été expliqué plus en détail dans le brevet principal, soit un champ coercitif du ferrite magnétostrictif, soit un champ créé par des aimants permanents disposés dans le circuit magnétique ou encore un champ créé par une bobine entourant le pont du circuit magnétique. This practically eliminates the demagnetizing fields, which further reduces the polarizing magnetic field. This can be, as explained in more detail in the main patent, either a coercive field of the magnetostrictive ferrite, or a field created by permanent magnets placed in the magnetic circuit or even a field created by a coil surrounding the magnetic circuit bridge.

Dans les deux derniers exemples mentionnés r il est possible d'assurer une très bonne indépendance de Mo par rapport à la température, soit en choisissant des aimants permanents à très haute température de CURIE, soit en asservissant le courant dans la bobine de façon à garder Mo constant. In the last two examples mentioned r it is possible to ensure a very good independence of Mo with respect to temperature, either by choosing permanent magnets at very high temperatures from CURIE, or by controlling the current in the coil so as to keep Constant MB.

Si l'on se reporte maintenant à la Fig.2 qui représente une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, fonctionnant dans la bande KA autour d'une fréquence f = 30 GHz, on peut constater que celui-ci comporte un guide d'onde plan 1 constitué d'une plaque de céramique de ferrite magnétostrictif de composition NixZn 1-x Fe204 avec x = 0,5. If we now refer to FIG. 2 which represents a perspective view of a device according to the invention, operating in the band KA around a frequency f = 30 GHz, it can be seen that it comprises a plane waveguide 1 consisting of a magnetostrictive ferrite ceramic plate of composition NixZn 1-x Fe204 with x = 0.5.

Cette plaque présente par exemple des dimensions de 110 mm x 145 mm et une épaisseur de 2 mm. This plate has for example dimensions of 110 mm x 145 mm and a thickness of 2 mm.

Dans le présent exemple, le corps présente alors les caractéristiques suivantes
ygyropo Ms = 0,5 w
Les pertes magnétiques sont donc faibles.In the present example, the body then has the following characteristics
ygyropo Ms = 0.5 w
The magnetic losses are therefore low.

Le mode incident et le mode TE 10 Ai = 3,4 mm, le mode diffracté et le mode TM 10 Ad = 4 mm et l'angle EI (Fig.1) entre le vecteur d'onde du faisceau incident et celui du faisceau diffracté pour la fréquence centrale, est égal à 30-. Incident mode and TE 10 Ai mode = 3.4 mm, diffracted mode and TM 10 Ad mode = 4 mm and the angle EI (Fig. 1) between the wave vector of the incident beam and that of the beam diffracted for the center frequency, is equal to 30-.

Pour produire cette incidence, un coin de céramique 2 de composition Al2 03 et d'angle n de 34 avec une même épaisseur de 2 mm, est placé sur la face d'entrée du faisceau hyperfréquence dans la plaque de ferrite. Le mode élastique est le mode de cisaillement 5H et la fréquence centrale élastique Fo est 510 KHz. To produce this incidence, a ceramic wedge 2 of composition Al2 03 and of angle n of 34 with the same thickness of 2 mm, is placed on the entry face of the microwave beam in the ferrite plate. The elastic mode is the 5H shear mode and the elastic central frequency Fo is 510 KHz.

o
Ce mode élastique est produit par des transducteurs 3 constitués de céramique en titanozirconate de plomb, par exemple du type X5105 de la société
PONS, polarisés dans une direction normale aux électrodes et excités suivant la mode d33.o
This elastic mode is produced by transducers 3 made of lead titanozirconate ceramic, for example of the X5105 type from the company
PONS, polarized in a direction normal to the electrodes and excited according to mode d33.

Ces transducteurs sont alimentés par une seule source de commande de fréquence F et désignée par la référence 4 sur cette figure. These transducers are powered by a single frequency control source F and designated by reference 4 in this figure.

Ces transducteurs sont collés ou soudés sur le bord correspondant du ferrite, qui présente un évasement 5 pour faciliter la fixation des transducteurs en élargissant la surface de jonction. These transducers are glued or welded to the corresponding edge of the ferrite, which has a flare 5 to facilitate the fixing of the transducers by widening the junction surface.

Un évasement correspondant 6 est également formé sur le côté opposé du ferrite pour coller un dispositif d'absorption 7 en résine silicone permettant de rendre l'onde élastique progressive. La plaque de ferrite est polarisée magnétiquement suivant OX3 et comme on l'a expliqué précédemment,le circuit magnétique est fermé à l'aide d'un pont 8 en ferrite doux (ferrite de manganèse et de zinc) dans lequel peut être insérée une tranche d'aimant permanent 9 créant un champ magnétique polarisant la plaque de ferrite magnétostrictif à la valeur Mo = 0,7 Ms. A corresponding flare 6 is also formed on the opposite side of the ferrite to adhere an absorption device 7 made of silicone resin making the elastic wave progressive. The ferrite plate is magnetically polarized according to OX3 and as explained above, the magnetic circuit is closed using a bridge 8 made of soft ferrite (manganese and zinc ferrite) into which a wafer can be inserted. permanent magnet 9 creating a magnetic field polarizing the magnetostrictive ferrite plate at the value Mo = 0.7 Ms.

Le dispositif selon l'invention comporte également un guide d'onde rectangulaire standard R320 10 alimentant une source rayonnante 11 formée d'un cornet sectoral dans le plan E corrigé par une lentille diélectrique de composition Al203 (Er = 10) et des éléments d'adaptation de même composition désignés par la référence 12 sur cette figure à l'entrée du corps pour le mode incident et en téflon, 13, à la sortie du corps pour le mode défléchi. The device according to the invention also comprises a standard rectangular waveguide R320 10 supplying a radiating source 11 formed of a sector horn in the plane E corrected by a dielectric lens of composition Al203 (Er = 10) and elements of adaptation of the same composition designated by the reference 12 in this figure at the entry of the body for the incident mode and in teflon, 13, at the exit of the body for the deflected mode.

Dans ces conditions et avec une bande passante relative des transducteurs, AF/F = 1/2 autour de
Fo, on obtient un balayage de 30 de chaque côté de OXI avec un seul faisceau défléchi, un temps de commutation de 40 ps et une puisssance électrique de commande de 10 Watts, les pertes d'insertion étant de l'ordre de 3 dB. Under these conditions and with a relative bandwidth of the transducers, AF / F = 1/2 around
Fo, we obtain a scan of 30 on each side of OXI with a single deflected beam, a switching time of 40 ps and an electrical power of control of 10 Watts, the insertion losses being of the order of 3 dB.

Claims

1. Device for electronically deflecting a microwave beam according to any one of claims 1,2,3,5,6,7,8,9,10,11,13 or 14 and 15 of the main patent, characterized in that that the ferrite body (1) is in the form of a plate entering into the constitution of a plane wave guide in which propagate incident and deflected beams and the elastic wave and in that the incident beam and the elastic wave are chosen so that their wave vector (ki and K) and the wave vector (kd) of the deflected beam, form a right triangle, the vector (K) of the elastic wave and that (kd) of the deflected beam forming a right angle.

2. Device according to claim 1, characterized in that the frequency (F) of the elastic wave is varied to vary the direction of the deflected beam.

3. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the magnetic polarization Mo verifies the relationship

0.3 Ms S Mo 4 0.9 Ms where Ms represents the saturation magnetization of the ferrite verifying the relation

Ms <0.8 w

ygyro x po where w is the pulsation of the microwave wave,

ygyro the gyromagnetic report, and

in. the permeability of the vacuum.

4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that a magnetic bridge (8) parallel to the direction of magnetization is formed between the corresponding faces of the body (1) to close the magnetic circuit.

5. Device according to claim 4, characterized in that means (9) for generating the magnetic polarization are arranged in the magnetic bridge (8).

6. Device according to claim 5, characterized in that the means for generating the magnetic polarization are formed by a permanent magnet (9) inserted in the bridge.

7. Device according to claim 5, characterized in that the means for generating the magnetic polarization are formed by a coil arranged around the bridge.