FR2667730A1 - Antenne. - Google Patents

Abstract

Antenne plaque micro-onde multifaisceaux ou monofaisceau. L'invention concerne une antenne plaque micro-onde, notamment pour radar Doppler, par exemple, du type à configuration Janus, constituée d'une pluralité de sous-réseaux linéaires parallèles entre eux, ou d'un seul sous-réseau linéaire, chaque sous-réseau étant constitué d'une pluralité d'éléments rayonnants disposés de part et d'autre d'une ligne d'alimentation de sous-réseau, les sous-réseaux étant alimentés en phase, la longueur de la ligne d'alimentation de sous-réseau est, entre deux éléments voisins, un multiple entier de la longueur d'onde guidée sur le substrat du circuit imprimé sur lequel sont imprimés les éléments rayonnants et qui correspond à la fréquence de fonctionnement de l'antenne. Elle est telle qu'entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation de sous-réseau présente au moins un coude si bien que la distance projetée sur un axe parallèle à la direction transversale du sous-réseau entre deux éléments rayonnants consécutifs d'un même sous-réseau entre eux est inférieure à la dimension desdits éléments dans cette direction.

Description

L'invention concerne une antenne plaque micro-onde multifaisceaux ou

monofaisceau utilisée notamment en tant qu'antenne d'un système de mesure par effet Doppler, par exemple, d'un système de mesure de vitesse. On connaît, par exemple par le document FR-A-2 622 055, une antenne qui est utilisée dans un tel système Elle présente un diagramme directionnel à deux lobes principaux, l'un étant symétrique

de l'autre par rapport à un plan orthogonal à son plan principal.

Lorsqu'elle est montée sur un véhicule selon la configuration Janus, un des deux lobes principaux est incliné vers l'avant et l'autre vers l'arrière, le plan de symétrie entre ces deux lobes étant orthogonal à

la direction d'avancement du véhicule.

L'antenne décrite dans le document ci-dessus est constituée d'une

pluralité de sous-réseaux linéaires identiques, parallèles et symétri-

ques dont les centres sont alignés selon une ligne perpendiculaire à leur direction longitudinale et qui sont alimentés en phase Chaque sous- réseau est constitué par une pluralité d'éléments rayonnants qui

rayonnent des champs en opposition de phase d'un élément au suivant.

Le pas entre chaque élément est égal à une longueur d'onde guidée sur le substrat du circuit sur lequel ils sont imprimés et correspondant à

la fréquence de fonctionnement de l'antenne.

Avantageusement, chaque élément rayonnant est disposé alternati-

vement d'un côté ou de l'autre d'une ligne d'alimentation secondaire

alimentée au centre de symétrie des sous-réseaux.

De plus, chaque élément rayonnant est constitué d'une surface

carrée conductrice dont le côté est sensiblement égal à la demi-lon-

gueur d'onde guidée Un coin est relié galvaniquement à la ligne d'alimentation secondaire et la diagonale passant par ce point de contact galvanique est perpendiculaire à la direction longitudinale du

sous-réseau.

A la Fig 1, on a représenté une antenne plaque A émettant deux faisceaux Fl et F 2 par lesquels passe un plan H situé dans l'axe de l'antenne et othognonale à sa surface Ces faisceaux sont symétriques par rapport à un plan E orthogonale au plan H et à la surface de l'antenne A.

Une antenne telle qu'il vient d'être décrit a des inconvénients.

Parmi ceux-ci, on peut citer le fait qu'elle présente une puissance de rayonnement dans le plan E, qui est relativement élevé par rapport à celle qui est émise dans le plan H Ce phénomène entraîne des difficultés de traitement du signal délivré par l'antenne si bien que,

dans certains cas, des erreurs de mesure peuvent avoir lieu.

Un second inconvénient résulte de sa structure figée qui la rend difficilement adaptable à des systèmes de mesure à configuration Janus qui présentent des caractéristiques géométriques particulières Par exemple, l'angle que forme chaque lobe par rapport à une normale au plan principal de l'antenne, appelé angle de dépointage, est de 41,80 et sa valeur ne peut pas être modifiée qu'en changeant le matériau du

substrat, c'est-à-dire en modifiant sa constante diélectrique.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients et propose une antenne du type décrite ci-dessus dont la puissance rayonnée dans le plan E est très inférieure à la celle qui est rayonnée dans le plan H et dont les angles de dépointage ont des valeurs comprises dans une

large gamme d'angles.

A cet effet, une, antenne plaque selon la présente invention est du type mentionnée ci-dessus et est, de plus, caractérisée en ce qu'entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation présente au moins un coude si bien que la distance projetée sur un axe parallèle à la direction transversale du sous-réseau entre deux éléments rayonnants d'un même sous-réseau et voisins entre eux est inférieure à la dimension des éléments

rayonnants dans cette direction.

En particulier, et selon une autre caractéristique de l'inven-

tion, les éléments rayonnants d'un même sous-réseau sont alignés selon

la direction longitudinale de ce sous-réseau.

Par cette structure particulière, le gain de l'antenne dans son plan E est très inférieur à son gain dans le plan H. Selon une autre caractéristique de l'invention, la distance entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau est ajustée pour déterminer l'angle d'inclinaison, par rapport à une normale à son plan principal, des lobes d'émission de l'antenne Bien sûr, la longueur de la ligne entre deux éléments rayonnants voisins est sensiblement égale à un multiple de la longueur d'onde guidée sur le substrat. Si l'on diminue la distance qui sépare deux éléments rayonnants voisins, on augmente la valeur des angles de dépointage des lobes d'émission dans le plan H On est limité, dans cette voie, car cette

distance ne peut être ramenée à zéro.

Par contre, si l'on augmente la distance entre éléments rayonnants voisins, on diminue les angles de dépointage En deça d'une certaine inclinaison, on voit apparaître deux lobes secondaires dont les gains de leurs maxima sont du même ordre de grandeur que ceux des

lobes principaux.

Un des buts de l'invention est de réduire substanciellement la

valeur des gains des maxima de ces lobes supplémentaires.

A cet effet, chaque élément rayonnant est constitué par un bloc comprenant au moins deux éléments rayonnants éléemntaires émettant en

phase l'un par rapport à l'autre.

Un autre but de l'invention, est de ramener la valeur des gains

des maxima des lobes secondaires à celle des lobes principaux.

Pour ce faire, chaque élément rayonnant est constitué par un bloc comprenant au moins deux éléments rayonnants élémentaires émettant en

opposition de phase l'un par rapport à l'autre.

Avantageusement, les éléments rayonnants élémentaires de chaque bloc sont au nombre de deux, sont alignés selon la direction longitudinale du sous-réseau et la distance projetée sur la direction longitudinale du sous-réseau qui sépare les deux éléments élémentaires de chaque bloc est égale à la distance qui sépare deux blocs d'un même

sous-réseau divisée par 2 n+l, N étant un nombre entier positif.

Un autre but de l'invention est de proposer une antenne plaque microonde, notamment pour radar Doppler, présentant, dans le plan H, un seul lobe incliné d'un certain angle par rapport à une normale au

plan principal de l'antenne.

Pour ce faire, on a prévu d'utiliser des sous-réseaux arrangés selon deux types de sous-réseaux, les sous-réseaux du premier type étant constitués d'éléments rayonnants élémentaires disposés à intervalles réguliers et qui rayonnent en opposition de phase, les sous-réseaux de second type étant constitués de blocs d'élément rayonnants élémentaires disposés à intervalles réguliers, les éléments rayonnants élémentaires de chaque bloc étant disposés à intervalles réguliers et rayonnant des champs en opposition de phase d'un élément au suivant, la distance entre deux éléments rayonnants élémentaires voisins d'un même bloc étant égale à la distance entre deux blocs

voisins d'un même sous-réseau.

Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la

description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description

étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig 1 est une vue en perspective d'une antenne, les Figs 2 a à 2 c montrent des exemples d'antenne dont les

réseaux sont constitués de plusieurs sous-réseaux alimentés différem-

ment d'une antenne à l'autre, la Fig 3 est une vue d'une antenne qui est constituée d'un seul sous-réseau linéaire, la Fig 4 est une vue agrandie de deux éléments rayonnants reliés galvaniquement à une ligne d'alimentation, les Figs 5 a à 5 c montrent des sous-réseaux d'antenne selon l'invention, lesdits sous-réseaux étant de structures différentes, les Figs 6 a à 6 c montrent des diagrammes directionnels dans le plan E et le plan H respectivement obtenus avec des antennes comportant les sous-réseaux des Fig 5, les Figs 7 a à 7 c montrent des structures de sous-réseaux pouvant équiper une antenne selon l'invention, les distances entre éléments rayonnants voisins étant différentes d'une structure à l'autre,

les Figs 8 a à 8 c montrent les diagrammes directionnels respecti-

vement obtenus, dans le plan H, avec des antennes comportant les sous-réseaux des Figs 7 a à 7 c, la Fig 9 montre la géométrie de la partie d'une ligne d'alimentation de sous-réseau qui relie deux éléments rayonnants, les Figs l Oa et l Ob montrent deux diagrammes directionnels par lesquels on peut mettre en évidence l'apparition de lobes secondaires lorsque la distance entre éléments rayonnants devient supérieure à une certaine valeur, les Figs lia à lic montrent respectivement un réseau linéaire comportant, comme éléments rayonnants, des blocs à deux éléments rayonnants élémentaires émettant en phase, un diagramme directionnel obtenu dans le plan H avec un unique bloc et le diagramme directionnel obtenu dans le plan H avec le réseau linéaire de la Fig lia, les Figs 12 a à 12 c montrent respectivement un réseau linéaire constitué de blocs à deux éléments rayonnants élémentaires émettant en opposition de phase, un diagramme directionnel obtenu dans le plan H avec un unique bloc et le diagramme directionnel obtenu dans le plan H avec le réseau de la Fig 12 a, la Fig 13 est une vue d'une antenne dont les éléments rayonnants sont des blocs à deux éléments rayonnants élémentaires, les éléments élémentaires de chaque bloc étant respectivement alimentés au moyen de deux sous-réseaux alimentés au centre par des extrémités d'une ligne alimentée au centre, la Fig 14 montre une antenne comportant deux réseaux, un réseau élémentaire et un réseau de blocs, les Figs 15 a à 15 c sont des courbes des points à gain constant dans un plan H normal au plan principal de l'antenne respectivement obtenues avec une antenne telle que celle qui est représentée à la Fig 14, et la Fig 16 est un diagramme directionnel obtenu avec une antenne

telle que celle qui est représentée à la Fig 14.

Les antennes représentées aux Figs 2 a à 2 c sont toutes constituées par un réseau de quatre rangées al, a 2, a 3 et a 4 d'éléments rayonnants bl, b 2, b 3 et b 4, bl', b 2 ', etc, qui sont identiques et parallèles entre elles Chaque rangée a constitue un

sous-réseau linéaire d'éléments rayonnants bi.

Les antennes de la présente invention comportent une pluralité d'éléments rayonnants bi qui sont, chacun, constitués (Figs 2 a à 2 c) par une surface carrée conductrice dont un coin c est relié galvaniquement à une ligne d'alimentation de sous-réseau d, la diagonale e passant par le point de contact galvanique c étant perpendiculaire à la ligne d au point c Le côté du carré a une dimension sensiblement égale à une demi-longueur d'onde guidée sur le

substrat de l'antenne à la fréquence de fonctionnement de celle-ci.

Cette forme particulière d'éléments rayonnants, bien que présentant certains avantages, notamment qu'elle est parfaitement modélisable, n'est nullement obligatoire pour le bon fonctionnement des antennes décrites. Dans les antennes selon l'invention, deux éléments rayonnants voisins b I et bi émettent généralement en opposition de phase Etant alimentés en phase par la ligne d'alimentation d, ces deux éléments

sont de part et d'autre de la ligne d qui les alimente.

A la Fig 2 a, on montre une configuration, dite par la suite en étoile, dans laquelle chaque sous-réseau a est formé de deux demi- sous-réseaux symétriques l'un de l'autre par rapport à son centre Les sous-réseaux al, a 2, a 3 et a 4 sont reliés à une ligne commune f perpendiculaire à la direction longitudinale des sous-ré- seaux en un point d'alimentation placé sur la ligne d de manière que les éléments bl et bl' qui encadrent le centre de symétrie du sous-réseau rayonnent en opposition de phase Ces éléments bl et bl' étant d'un même c 8 té de la ligne d, le point d'alimentation est décalé par rapport au centre de symétrie du sous-réseau d'une demi-longueur d'onde guidée X g sur le substrat o sont imprimés les éléments rayonnants bi et à la fréquence de fonctionnement de l'antenne Au centre de la ligne f, est branchée la ligne d'alimention g de l'antenne. L'antenne de la Fig 2 b présente une configuration, dite par la suite arborescente, dans laquelle les extrémités des sous-réseaux al, a 2, a 3 et a 4 sont respectivement reliées à des lignes hl, h 2, h 3 et h 4 Les lignes hl et h 3 présentent respectivement deux points communs avec les lignes h 2 et h 4 Ces points communs sont respectivement reliés à deux lignes f Il et f 2 présentant également un point commun

relié à la ligne d'alimentation g de l'antenne.

L'antenne de la Fig 2 c présente une configuration mixte Les sous- réseaux al et a 2 sont reliés ensemble dans une configuration en étoile De même, les sous-réseaux a 3 et a 4 sont reliés ensemble en une

configuration en étoile Les deux couples ainsi formés sont respecti-

vement reliés à deux lignes f 1 et f 2 qui ont un point commun relié à

la ligne d'alimentation g de l'antenne.

A partir de ces trois configurations de base, il est relativement aisé à l'homme de métier d'imaginer d'autres configurations qui peuvent comporter, par exemple, un nombre supérieur de sous-réseaux a., arrangés en parallèle ou par couples (ou par trois ou plus) dans

des configurations arborescentes ou mixtes.

Ces configurations ont des caractéristiques de rayonnement sensiblement équivalentes Il faut mentionner le fait que, dans un réseau combinant plusieurs sous-réseaux, les sous-réseaux a doivent être alimentés en phase pour que chaque sous-réseau puisse additionner ces effets à ceux des autres sous-réseaux Pour ce faire, on ajuste les longueurs des parties de ligne f entre eux Des transformateurs quart d'onde peuvent être inclus dans ces parties de ligne pour

pondérer en amplitude les sous-réseaux les uns par rapport aux autres.

On a également représenté (Fig 3) une antenne constituée d'un réseau comprenant un seul sous-réseau linéaire a symétrique par rapport à son centre et alimenté en son centre par une ligne f On remarquera, que dans ce cas, les éléments encadrant le centre de symétrie du sous-réseau bl et bl' sont situés de part et d'autre de la ligne d'alimentation de sous-réseau d Notons, que ce sous-réseau

pourrait également être alimenté par une de ses extrémités.

On va maintenant décrire des sous-réseaux particuliers qui font l'objet de la présente invention Ils peuvent être arrangés en réseau

selon les configurations montrées aux Figs 2 a à 2 c et 3.

Les Figs 5 a à 5 c montrent des sous-réseaux a à quatre éléments bl, b 2, b 3 et b 4 A la Fig 5 a, la ligne d'alimentation de sous-réseau d est rectiligne et la distance d quisépare deux éléments rayonnants voisins bi et bi+ 1 est un multiple entier (ici l'unité) de la longueur d'onde guidée par la ligne d'alimentation sur le substrat du circuit sur lequel ils sont imprimés Cette longueur d'onde sera notée par la suite X La distance projetée sur un axe transversal au sous-réseau qui sépare deux éléments voisins bi et bi+ 1 est égale à la dimension

dans cette direction transversale des éléments rayonnants, c'est-à-di-

re, ici, la longueur d'une diagonale du carré formant les éléments Ce

sous-réseau est celui qui est décrit dans le document FR-A-2 622 055.

Pour caractériser la directivité d'une antenne, on trace un diagramme du gain en fonction de l'angle que forme la direction de mesure avec une normale au plan principal de l'antenne, diagramme qui sera, par la suite, appelé diagramme directionnel On a représenté à la Fig 6 a, un tel diagramme dans le plan E et dans le plan H d'émission d'une antenne réalisée à partir du sous-réseau de la Fig 5 a On constate, dans le plan H, la présence de deux maxima dans des directions faisant avec une normale du plan de l'antenne des angles d'environ + 30 et -30 et, dans le plan E, de deux maxima sensiblement dans des directions à + 400 et -400 La puissance maximale émise dans le plan E est inférieure d'environ -3 d B à la puissance maximale émise dans le plan H. La présence des deux maxima dans le plan E entraîne des difficultés de traitement du signal reçu de l'antenne lorsqu'elle est utilisée dans un système de mesure, dans le plan H, de vitesse, ledit

système étant du type à configuration Janus.

On a donc cherché à remédier à ce problème et, pour ce faire, on a pensé à réduire (Fig 5 b), voire à annuler (Fig 5 c), la distance transversale entre deux éléments voisins b et b i+l A la Fig 5 b, la distance transversale est égale à la demi-longueur d'une diagonale d'un carré formant un élément bi et, à la Fig 5 c, cette distance est nulle Dans ce dernier cas, les éléments b sont alignés dans le sens

longitudinal du sous-réseau.

On remarquera que les lignes d'alimentation d des sous-réseaux

des Fig 5 b et 4 c ne sont pas rectilignes mais présentent deux coudes.

On a représenté, aux Fig 6 b et 5 c, les diagrammes directionnels de deux antennes utilisant respectivement les deux sous-réseaux des Fig 5 b et 4 c On peut constater que, bien que les amplitudes des maxima dans le plan H soient sensiblement les mêmes que celles des mêmes maxima avec le sous-réseau de la Fig 5 a, les amplitudes des maxima dans le plan E sont affaiblies (-10 d B, Fig 6 b), voire

annulées (Fig 6 c).

Dans un réseau linéaire d'éléments rayonnants équidistants de d s et alimentés de manière que deux éléments consécutifs émettent des ondes en opposition de phase, le diagramme directionnel dans le plan H présente deux lobes principaux qui sont inclinés par rapport à la normale du plan principal de l'antenne de e et -e, les valeurs de ces deux angles étant données par la relation: (XO\ e = arc sin r l o O est la longueur d'onde dans le vide à la fréquence de

fonctionnement de l'antenne.

Ainsi, en faisant varier la distance ds entre éléments rayonnants bi, on peut faire varier les angles d'inclinaison des lobes

principaux.

Dans les antennes de l'invention, les éléments rayonnants bi sont alimentés en des points alternativement d'un c 8 té et de l'autre de la ligne d'alimentation de sous-réseau d si bien que, pour que deux éléments consécutifs bi et bi+l émettent en opposition de phase, il est nécessaire qu'ils soient alimentés en phase Entre deux éléments voisins b et b i+l la ligne d doit, par conséquent, avoir une longueur L égale à un multiple entier de la longueur d'onde guidée

dans le substrat à la fréquence de fonctionnement de l'antenne.

On a réalisé des antennes dont les sous-réseaux représentés aux Fig 7 a à 7 c ont des distances ds entre éléments rayonnants voisins bi et b différentes A la Fig 7 a, la distance d est de 1,22 X et la i+l S O longueur L de la ligne d'alimentation d entre deux éléments rayonnants consécutifs bi et bi+l est de 2 À Le diagramme directionnel obtenu avec un réseau d'antenne utilisant ce sous-réseau montre (Fig 8 a),

dans le plan H, deux lobes respectivement inclinés à + 250 et -250.

A la Fig 7 b, la distance d est de 1,33 À O et la longueur L de la ligne est de 3 À Le diagramme directionnel correspondant montre,

dans le plan H, deux lobes respectivement inclinés de + 220 et -220.

Enfin, à la Fig 7 c, la distance d est de i O et la longueur L est de 2 g Le diagramme directionnel correspondant montre, dans le

plan H, deux lobes respectivement inclinés d'environ + 30 et -30 .

Afin de disposer d'un dessin général de ligne d qui puisse s'adapter à des distances ds entre éléments rayonnants voisins bi et b variées, on a prévu de courber la ligne d entre ces deux éléments i+l (Fig 9) de manière qu'elle présente la forme d'un "S" Le tronçon de ligne supérieur dl et le tronçon de ligne inférieur d 2 ont respectivement les longueurs L 1 et L 2, le tronçon de ligne central d 3, la longueur L 3 et les deux tronçons de ligne verticaux d 4 et d 5, respectivement L 4 et L 5 A la Fig 9, L 1 = L et L = L Par

4 5 ' 1 2 4 5 '

ailleurs, si L désigne la longueur de la ligne d entre deux éléments b et bi+l':

L = L 1 + L 2 + L 3 + L 4 + L 5

et l'on doit avoir L = N X g Avantageusement, la ligne d'alimentation d ne présente pas de changements de direction au voisinage des éléments rayonnants bi La forme en "S" est sensiblement à égale distance des deux éléments bi et bi.1 Si ces changements étaient très proches des éléments rayonnants bi, il pourrait en résulter des couplages entre la ligne d et les éléments rayonnants bi, ce qui produiraient des perturbations dans les

caractéristiques de l'antenne.

On remarquera, à la Fig 9, la présence, sur la ligne d

d'éléments k obtenus en augmentant la largeur de la ligne d'alimenta-

tion d Ces éléments sont des éléments de pondération qui pondèrent les gains des éléments rayonnants placés en aval sur la ligne d Ils sont connus de l'homme de métier et sont, par exemple, décrits dans le

document FR-A-2 622 055.

En faisant varier la distance d entre éléments bi, on peut faire varier l'angle de dépointage de l'antenne dans une gamme d'angles assez importante On est cependant limité, pour la valeur supérieure, par la distance d qui ne peut être inférieure à une certaine valeur du fait que deux éléments consécutifs bi et bi 1 ne doivent pas être en contact l'un avec l'autre mais doivent, au contraire, laisser place à la ligne d'alimentation d (et éventuellement ses coudes) En

pratique, la valeur supérieure est d'environ 550.

Pour des distances entre éléments bi supérieures à 1,5 O qui

donnent des angles de dépointage inférieurs à 19,50, on a l'appari-

tion, dans le diagramme directionnel obtenu dans le plan H, de deux lobes secondaires dont les gains des maxima sont du même ordre de grandeur que ceux des lobes principaux On a représenté, pour illustrer cet effet, des diagrammes directionnels dans le plan H (Fig l Oa et 9 b) respectivement obtenus avec des réseaux linéaires de huit éléments b écartés de d _ 1,52 X et ds = 1,93 X Dans le

1 5 O 05,

premier cas, les lobes secondaires apparaissent pour des angles d'environ + 80 et -80 avec une atténuation, par rapport aux maxima des lobes principaux, de -19 d B Dans le second cas, les lobes secondaires apparaissent pour des angles d'environ 51 et -51 avec une atténuation de seulement -4 d B. On pourrait montrer que des lobes secondaires apparaissent dans le plan H à des inclinaisons dont les valeurs des angles par rapport à une normale à l'antenne sont données par la relation: 2 n+ 1) X O = arcsin() n 2 d il o N est l'ordre d'apparition des lobes secondaires Aux Figs l Oa et 9 b, N 1 et

e 1 = arcsin-

S /

L'atténuation relativement importante (-19 d B) observée pour ds 1,52 À O est due à un effet secondaire attribué à la forme géométrique particulière des éléments rayonnants bi carrée avec un côté qui est sensiblement égal à la demi-longueur de l'onde guidée X 9 Pour des distances ds relativement importantes, cet effet ne joue plus et les gains des maxima des lobes secondaires sont peu inférieurs

aux gains des lobes principaux.

On a pensé à utiliser, comme élément rayonnant bi, un bloc 1.

constitué de deux éléments rayonnants ml et m 2 écartés d'une distance égale à de et situés d'un même côté de la ligne d'alimentation d du sousréseau (Fig lia) La longueur de la partie de ligne d qui sépare les deux éléments ml et m 2 d'un même bloc 1 est un multiple entier de la longueur d'onde guidée sur le substrat À (ici, elle est égale à À) Les éléments ml et m 2 émettent donc des ondes en phase On a représenté le diagramme directionnel dans le plan H d'un tel bloc à la Fig llb On constate qu'il comporte un lobe relativement large centré autour de O et deux lobes secondaires qui forment, avec le lobe principal, deux minima dont les valeurs des angles d'inclinaison sont données par la relation: G = arcsi e 2 d A la Fig ilb, la distance de est égale 0,51 \ O et e est égal à 550. Pour annuler le gain des lobes secondaires, on choisit la distance de telle que la valeur des angles des inclinaisons des minima des blocs correspondent aux valeurs des angles des maxima des lobes secondaires On a alors Se = el soit: e 1 =arcsin t =e = arcsin(-L) i 2 d e 2 d soit encore d = ( > On a réalisé un réseau linéaire de huit blocs 1 La distance d entre les blocs 1 i est de 1,93 À( et, dans chaque bloc, les deux éléments ml et m 2 sont distants de 0, 64 A On a représenté à la Fig llc, le diagramme directionnel obtenu, dans le plan H, avec un tel réseau Les deux lobes principaux sont inclinés à environ + 150 et -15 et les lobes supplémentaires à environ + 550 et -550 Ces derniers présentent une atténuation de -28 d B par rapport aux maxima des lobes

principaux.

Au lieu d'affaiblir les lobes secondaires, on a cherché, au contraire, à rendre leur gain sensiblement égal à celui des lobes principaux Le but poursuivi est de fournir une antenne à quatre faisceaux qui peut être utilisée dans des systèmes de mesure de vitesse par effet Doppler Elle permet d'offrir une redondance de lobes qui peut s'avérer utile, par exemple, lorsque le système analyse une surface à faible coefficient de rétrodiffusion (flaque d'eau,

d'huile, plaque de neige ou de verglas, etc).

Pour amener les valeurs des gains des maxima des lobes secondaires aux valeurs des gains des lobes principaux, on a utilisé des blocs pi constitués de deux éléments ml et m 2 rayonnants en opposition de phase (Fig 12 a) Pour ce faire, la partie de ligne d qui les sépare est un multiple entier de la longueur d'onde guidée À et ils sont de part et d'autre de la ligne d Ils sont séparés d'une distance égale à de Le diagramme de rayonnement dans le plan H d'un bloc pi seul (Fig 12 b) montre deux maxima de part et d'autre de la

normale au bloc.

On a réalisé un réseau linéaire de huit blocs p distants de d = 1,93 XO et dont les éléments ml, m 2 sont distants de de = O '75 ÀO La Fig 12 c montre le diagramme directionnel obtenu, dans le plan H, avec un tel réseau On constate l'égalité des gains des maxima des

quatre lobes respectivement inclinés de -550, -15 , + 15 et + 550.

Il peut être nécessaire, dans certains cas, afin d'obtenir un faible niveau des autres lobes secondaires de prévoir, entre les blocs

Pl consécutifs, des transformateurs quart d'onde.

En diminuant la distance de entre les éléments mi de chaque bloc pi, on déplace vers des angles de valeur plus élevée le diagramme de rayonnement de chaque bloc pi, ce qui entraîne une réduction des gains des maxima des lobes principaux par rapport à ceux des lobes

secondaires En augmentant le distance d, on obtient l'effet inverse.

Les deux éléments ml et m 2 des blocs 1 i (Fig lla) ou des blocs Pl (Fig 12 a) sont reliés à une même ligne d'alimentation d En fait, comme il est montré Fig 13, ils peuvent être alimentés par deux lignes dl et d 2 distinctes, chaque ligne d avec les éléments mi qui y sont reliés formant un sous-réseau q Pour qu'un élément mi soit en phase ou en opposition de phase avec l'un de ses voisins, suivant l'effet recherché, suppression deslobes secondaires ou égalisation de ces lobes, il est nécessaire d'ajuster les longueurs des parties de lignes d entre éléments mi et prévoir une alimentation correcte de chaque sous- réseau q A la Fig 13, on montre un réseau linéaire constitué par deux sous-réseaux q 1 et q 2 alimentés en phase, l'ensemble présentant huit blocs 1 i distants de ds = 1,93 XO et dont les éléments ml et m 2 sont respectivement alimentés par leurs coins opposés émettant ainsi en opposition de phase La distance entre éléments mi est de 0,75 XO' Les diagrammes directionnels obtenus dans le plan H pour la source et pour le réseau sont équivalents à ceux

respectivement montrés dans les Fig llb et llc.

Les antennes décrites jusqu'ici ont deux ou quatre lobes et peuvent donc être utilisées dans un système de mesure de la vitesse qui présente une configuration de type Janus Si ces systèmes

permettent d'effectuer une mesure qui est indépendante de l'inclinai-

son du véhicule par rapport au sol, ils ne permettent pas la détection du sens de déplacement du véhicule Il peut être utile, dans certaines applications, de déterminer la vitesse et le sens de déplacement du véhicule, l'orientation par rapport au sol de celui-ci restant, dans

ces applications, sensiblement constante.

Pour cela, on utilise une antenne dont le seul lobe d'émis-

sion/réception dans le plan H est incliné par rapport au sol et, donc, par rapport à son plan principal On a réalisé une telle antenne (Fig 14) Elle est constituée de quatre sous-réseaux al, a 2, a 3 et a 4

parallèles entre eux et alimentés en leur centre par une ligne f.

Chaque sous-réseau a est symétrique par rapport à son centre et

comporte, de chaque côté de celui-ci, quatre éléments rayonnants b.

espacés d'une distance égale à d et situés de part et d'autre de la ligne d'alimentation d du sous-réseau a La ligne d'alimentation f présente deux coudes si bien que le premier sous-réseau al est décalé longitudinalement de d /2 par rapport aux deux sous-réseaux centraux a 2 et a 3 et le dernier sous-réseau a 4 est également décalé longitudinalement, dans la direction inverse du premier réseau al, de ds/2 Les éléments rayonnants bi sont avantageusement des surfaces

carrées telles que celles qui ont déjà été décrites.

Le fonctionnement de cette antenne particulière est le suivant.

Les deux sous-réseaux centraux a 2 et a 3 forment un réseau tel que celui qui est déjà décrit dans le document FR-A-2 622 055 Il pourrait être réalisé selon une structure telle que l'une de celle qui sont représentées dans la présente demande aux Figs 2, 3, 4 et 7 Dans le plan H, ce réseau a un diagramme directionnel qui comporte deux lobes inclinés par rapport à la normale au plan de l'antenne à l'intérieur

desquels les ondes émises sont en opposition de phase (Fig 15 a).

L'inclinaison des lobes est fonction de la distance d entre éléments s b Les deux sous-réseaux externes ai et a 4 forment un second réseau o les éléments bi qui se correspondent dans un sous-réseau al et dans l'autre sous-réseau a 4 forment un bloc d'éléments ml et m 2 en opposition de phase tel que ceux qui ont été décrits en relation avec les Fig Il et 13 a Ces éléments ml et m 2 sont alimentés en phase par la ligne d du sous-réseau a et sont respectivement dirigés dans un

sens et dans l'autre Ils émettent donc en phase.

On notera que les tronçons de ligne d'alimentation des sous-ré-

seaux al et a 4, c'est-à-dire celles qui relient respectivement les sousréseaux al et a 2 et les sous-réseaux a 3 et a 4, sont plus longues qu'un multiple entier de la longueur d'onde guidée À Elles ont, en fait, une longueur de X + 1/4 \ En effet, pour que les sous-réseaux ai et a 4 puissent jouer le râle d'un sous-réseau de blocs à deux éléments rayonnants, il est nécessaire que, d'une part, ils soient alimentés en phase l'un par rapport à l'autre et que, d'autre part, ils soient alimentés déphasés de plus ou moins 90 par rapport aux

sous-réseaux a 2 et a 3.

La distance entre deux blocs pj et pj 1 est égale à ds Pour que les sous-réseaux al et a 4 émettent une puissance sensiblement égale à la puissance émise par les sous-réseaux a 2 et a 3, on choisit, pour les sous-réseaux ai et a 3, d et d de manière que l'inclinaison des lobes s e créés par chaque bloc pi soit égale à l'inclinaison des lobes créés par les sous-réseaux, soit d = d On comprend la nécessité de deux sous-réseaux distincts pour réaliser l'alimentation de chaque élément

ml et m 2 d'un bloc Pi.

Or, un réseau de blocs pi constitués de deux éléments ml et m 2 émettant en opposition de phase a un diagramme directionnel qui présente, dans le plan H, deux lobes symétriques par rapport à la normale à son plan principal, un lobe étant en phase par rapport à

l'autre (Fig 15 b).

Le réseau constitué des quatres sous-réseaux ai, a 2, a 3 et a 4 a un diagramme directionnel qui est constitué, dans le plan H, de la somme vectorielle des ondes émises par chaque sous-réseau Du fait que les distances entre éléments rayonnants bi sont les mêmes dans chaque sousréseau, et que, par conséquent, les inclinaisons de leurs lobes principaux sont égales, d'un côté, les ondes en opposition de phase émises par chacun des sous-réseaux ai et a 4 et a 2 et a 3 s'annulent mutuellement alors que, de l'autre côté, elles s'ajoutent Le résultat (Fig 15 c) est une antenne dont le diagramme directionnel dans le plan H montre un unique lobe incliné par rapport à la normale de l'antenne (Fig 16) Cette inclinaison est fonction de la distance d entre

éléments rayonnants.

Un des aspects de l'invention concerne la structure de blocs utilisés comme éléments rayonnants On a décrit des blocs à deux éléments orientés dans le sens longitudinal du sous-réseau auquel ils appartiennent L'invention ne se limite pas à de tels blocs En effet, des blocs de trois ou quatre (ou plus) éléments peuvent être

envisagés Avec de tels blocs, comme précédemment, les caractéristi-

ques de gain de chaque bloc se combinent avec les caractéristiques de gain d'une antenne de même structure mais qui serait munie d'éléments rayonnants élémentaires, ce qui permet d'obtenir de nouvelles

caractéristiques de gain.

On a décrit des structures qui annulent ou amplifient les lobes secondaires d'ordre un On pourrait envisager des antennes comportant un ou plusieurs sous-réseaux dans lesquels les blocs ont des distances d entre éléments rayonnants différentes pour pouvoir annuler ou

amplifier, les premiers les lobes secondaires d'ordre un, les seconds les lobes d'ordre deux, etc Il est alors possible de réaliser des antennes à six ou huit faisceaux et/ou des antennes dont les faisceaux5 principaux ont une faible inclinaison, par exemple inférieure à 120, voire 90.

Notons que les lignes d'alimentation des éléments rayonnants peuvent comporter des transformateurs quart d'onde afin de pondérer

l'alimentation de chaque élément indivuel.

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Claims (17)

REVENDICATIONS

1) Antenne plaque micro-onde, notamment pour radar Doppler, par exemple, du type à configuration Janus, constituée d'une pluralité de sous- réseaux linéaires parallèles entre eux, ou d'un seul sous-réseau

linéaire, chaque sous-réseau étant constitué d'une pluralité d'élé-

ments rayonnants disposés de part et d'autre d'une ligne d'alimenta- tion de sous-réseau, les sous-réseaux étant alimentés en phase, la longueur de la ligne d'alimentation de sous-réseau est, entre deux éléments voisins, un multiple entier de la longueur d'onde guidée sur le substrat du circuit imprimé sur lequel sont imprimés les éléments rayonnants et qui correspond à la fréquence de fonctionnement de l'antenne, caractérisée en ce qu'entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation de sous-réseau présente au moins un coude si bien que la distance projetée sur un axe parallèle à la direction transversale du sous-réseau entre deux éléments rayonnants consécutifs d'un même sous-réseau entre eux est

inférieure à la dimension desdits éléments dans cette direction.

2) Antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments rayonnants d'un même sous-réseau sont alignés selon la

direction longitudinale des sous-réseaux.

3) Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation présente deux tronçons de ligne parallèles à la direction longitudinale du sous-réseau et respectivement reliés auxdits éléments, et, reliant leurs extrémités libres, un troisième

tronçon de ligne qui forme un certain angle avec les deux premiers.

4) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée

en ce qu'entre deux éléments rayonnants voisins et d'un même sous-réseau, la ligne d'alimentation de sous-réseau présente une forme de "S" avec deux tronçons de ligne extrêmes respectivement reliés auxdits éléments et un tronçon de ligne central, ces tronçons étant parallèles à la direction longitudinale du sous-réseau et deux tronçons de ligne sensiblement perpendiculaires aux trois premiers tronçons et qui relient l'extrémité libre d'un tronçon de ligne

extrême à l'extrémité correspondante du tronçon de ligne central.

5) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée

en ce qu'au moins le coude que forme la ligne entre deux éléments rayonnants voisins d'un même sous-réseau est sensiblement à égale

distance desdits deux éléments rayonnants.

6) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée

en ce que la distance entre deux éléments rayonnants voisins d'un même

sous-réseau est ajustée pour déterminer son angle de dépointage.

7) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée

en ce que chaque élément rayonnant est une surface carrée conductrice dont le côté est sensiblement égal à la moitié de la longueur d'onde

guidée, dont un coin est relié galvaniquement à la ligne d'alimenta-

tion de sous-réseau et dont la diagonale passant par ce point de contact galvanique est perpendiculaire à la direction longitudinale du sousréseau.

8) Antenne selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce

que chaque élément rayonnant est constitué par un bloc comprenant au moins deux éléments rayonnants élémentaires émettant tous en phase les

uns par rapport aux autres.

9) Antenne selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce

que chaque élément rayonnant est constitué par un bloc comprenant au moins deux éléments rayonnants élémentaires émettant certains en

opposition de phase par aux autres autres du même bloc.

) Antenne selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que les éléments rayonnants élémentaires de chaque bloc sont au nombre de deux.

11) Antenne selon une des revendications 8 à 10, caractérisée en

ce que la distance projetée sur la direction longitudinale du sous- réseau qui sépare les deux éléments élémentaires de chaque bloc est égale à la distance qui sépare deux blocs d'un même sous-réseau

divisée par 2 n+ 1, N étant un nombre entier positif -

12) Antenne selon une des revendications 8 à 11, caractérisée en

ce qu'elle comporte, comme éléments rayonnants dans chaque sous-ré-

seau, des blocs d'au moins deux éléments rayonnants élémentaires de plusieurs types, les éléments rayonnants élémentaires d'un premier type de bloc étant séparés d'une première distance égale à la distance qui sépare deux blocs consécutifs de ce type divisée par 2 N + 1 avec n = 1, les éléments rayonnants élémentaires d'un second type de bloc étant séparés entre eux d'une distance qui est égale à la distance qui sépare deux blocs consécutifs de ce type divisé par 2 N + 1 avec N = 2, etc.

13) Antenne selon une des revendications 8 à 12, caractérisée en

ce que les éléments rayonnants élémentaires des blocs sont respective-

ment alimentés par des sous-réseaux linéaires parallèles entre eux et

alimentés eux-mêmes en phase.

14) Antenne selon une des revendications 8 à 13, caractérisée en

ce que chaque élément rayonnant élémentaire est une surface carrée conductrice dont le côté est sensiblement égal à la moitié de la longueur d'onde guidée, dont un coin est relié galvaniquement à la ligne d'alimentation de sous-réseau et dont la diagonale passant par ce point de contact galvanique est prependiculaire à la direction

longitudinale du sous-réseau.

) Antenne selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en

ce que les sous-réseaux sont arrangés selon deux types de sous-ré-

seaux, les sous-réseaux du premier type étant constitués d'éléments rayonnants élémentaires qui rayonnent en opposition de phase, les sousréseaux de second type étant constitués de blocs comprenant au moins deux élément rayonnants élémentaires rayonnant des champs en opposition de phase d'un élément au suivant, la distance entre deux éléments rayonnants élémentaires voisins d'un même bloc étant sensiblement égale à la distance entre deux blocs voisins d'un même sous- réseau, les sous-réseaux de second type étant alimentés de manière déphasée de plus ou moins 900 par rapport aux sous-réseaux du

premier type.

16) Antenne selon la revendication 15, caractérisée en ce que chaque sous-réseau de second type est Constitué de deux sous-réseaux linéaires symétriques l'un de l'autre et décalé longitudinalement l'un par rapport à l'autre d'une distance égale à la distance qui sépare

deux éléments rayonnants élémentaires de chacun de ces sous-réseaux.

17) Antenne selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant des sous-réseaux du premier type et chaque élément rayonnant élémentaire des sous-réseaux du second type sont constitués par une surface carrée conductrice dont le côté est sensiblement égal à la moitié de la longueur d'onde guidée, dont le coin est relié galvaniquement à la ligne d'alimentation de sous-réseau et dont la diagonale qui passe par ce point de contact galvanique est

perpendiculaire à la direction longitudinale du sous-réseau.

18) Antenne selon une des revendications précédentes, caractéri-

sée en ce que l'alimentation des sous-réseaux est arrangée selon une

configuration en étoile.

19) Antenne selon une des revendications 1 à 17, caractérisée en

ce que l'alimentation des sous-réseaux est arrangée selon une

configuration arborescente.

) Antenne selon une des revendications 1 à 17, caractérisée en

ce que les sous-réseaux sont divisés en groupes de sous-réseaux alimentés selon une configuration en étoile, les groupes étant

alimentés selon une configuration arborescente.