FR2678438A1 - LINEAR NETWORK ANTENNA. - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à une antenne réseau linéaire composée d'un élément rayonnant formé d'un alignement de fentes annulaires (21) excitées par au moins un élément répartiteur (14) enterré, inclus dans l'élément rayonnant, et donc invisible de la face rayonnante de ladite antenne; de manière à éviter tout rayonnement parasite issu dudit répartiteur. Application notamment au domaine des télécommunications spatiales.The present invention relates to a linear array antenna composed of a radiating element formed by an alignment of annular slots (21) excited by at least one buried distribution element (14), included in the radiating element, and therefore invisible from the radiating face of said antenna; so as to avoid any parasitic radiation from said distributor. Application in particular to the field of space telecommunications.
Description
Antenne réseau linéaire L'invention concerne une antenne réseau linéaire àLinear array antenna The invention relates to a linear array antenna to
haute efficacité Une telle antenne est particulièrement avantageuse dans le high efficiency Such an antenna is particularly advantageous in the
domaine des radars à synthèse d'ouverture ("Synthetic Aperture Radar"5 ou SAR) utilisés notamment dans le domaine spatial. Synthetic Aperture Radar (SAR) range used in the space field.
Les antennes utilisées pour de tels radars doivent posséder les propriétés suivantes: un gain élevé pour minimiser la puissance émise par le radar un lobe très fin dans le plan d'azimut (parallèle à l'orbite), de largeur variable pour maintenir une fauchée constante au sol dans le plan d'élévation (perpendiculaire à la trace); un balayage très élevé dans le plan d'élévation pour pouvoir accéder très rapidement à n'importe quel site (mission de surveillance) et viser les mêmes sites-test à faible puis forte incidence à 24 heures15 d'intervalle (observation de la végétation, séparation des effets du sol et du feuillu); un balayage peu élevé dans le plan d'azimut pour suivre une même zone afin d'augmenter la longueur synthétique de l'antenne et d'obtenir un pouvoir de résolution de quelques mètres parallèlement à20 l'orbite; deux polarisations linéaires orthogonales (horizontale H et verticale V) pour séparer la rétrodiffusion du sol et celle de la couverture végétale; un niveau de polarisation croisée très faible sur le domaine de balayage de l'antenne; The antennas used for such radars must have the following properties: a high gain to minimize the power emitted by the radar a very thin lobe in the azimuth plane (parallel to the orbit), of variable width to maintain a constant swath on the ground in the plane of elevation (perpendicular to the trace); a very high sweep in the elevation plane to be able to access any site very quickly (surveillance mission) and aim for the same low and high incidence test sites at 24 hours15 intervals (observation of the vegetation, separation of soil and leaf effects); a low sweep in the azimuth plane to follow the same zone in order to increase the synthetic length of the antenna and to obtain a resolving power of a few meters parallel to the orbit; two orthogonal linear polarizations (horizontal H and vertical V) to separate the backscatter from the soil and that from the vegetation cover; a very low level of cross polarization on the antenna scan range;
des éléments rayonnants de coût et de masse les plus faibles possibles vu leur grand nombre sur l'antenne. radiating elements of cost and mass the lowest possible given their large number on the antenna.
Ces spécifications ne peuvent être tenues qu'avec une antenne à rayonnement direct de grande dimension constituée d'un très grand nombre d'éléments rayonnants planaires En effet, la théorie des lobes de réseaux montre que, dès que l'angle maximum de dépointage de l'antenne ( Max) dépasse quelques degrés, la distance d entre les points de commande de phase sur l'antenne doit vérifier la relation d 15 1 + sin O max sin (Bw/2) These specifications can only be maintained with a large direct radiation antenna consisting of a very large number of planar radiators. Indeed, the theory of grating lobes shows that as soon as the maximum angle of misalignment of the antenna (Max) exceeds a few degrees, the distance d between the phase control points on the antenna must check the relation d 15 1 + sin O max sin (Bw / 2)
Avec Bw largeur à la base du lobe principal de l'antenne réseau lorsque celui-ci est pointé selon la normale à l'antenne. With Bw width at the base of the main lobe of the antenna network when it is pointed according to the normal to the antenna.
Si on ne respecte pas cette condition, des lobes de réseau apparaissent dans le diagramme de rayonnement Leur niveau est supérieur à celui demandé pour les lobes secondaires, ce qui diminue le gain de l'antenne et crée des ambiguïtés. Une telle condition entraîne les conséquences suivantes Pour le balayage en élévation, le pas doit être proche de A/2. Pour le balayage en azimut, le faible dépointage est compatible avec un pas proche de A Néanmoins, l'antenne ayant une grande longueur, pour générer un If this condition is not respected, lattice lobes appear in the radiation pattern. Their level is higher than the one requested for the side lobes, which decreases the gain of the antenna and creates ambiguities. Such a condition has the following consequences. For the elevation scan, the pitch should be close to A / 2. For the azimuth scanning, the small misalignment is compatible with a step close to A However, the antenna having a great length, to generate a
lobe fin dans le plan cette condition conduit à un nombre de sources prohibitif. lobe end in the plane this condition leads to a prohibitive number of sources.
Trois solutions sont alors possibles pour réduire le nombre de commandes: un réseau raréfié qui rompt la périodicité de la loi d'éclairement et par conséquent détruit les lobes de réseau mais provoque une Three solutions are then possible to reduce the number of commands: a rarefied network which breaks the periodicity of the law of illumination and consequently destroys the lobes of network but causes a
perte de gain très élevée.very high loss of profit.
un réseau à pas non régulier, obtenu en augmentant progressivement la distance entre commandes de phase lorsqu'on s'éloigne du centre de l'antenne Cette solution, pour ne pas baisser le gain de l'antenne,25 nécessite de réaliser de nombreux types d'éléments rayonnants différents, ce qui interdit le découpage de l'antenne en sous-panneaux tous identiques et augmente considérablement le coût. un réseau formé de sous-réseaux dont la loi d'éclairement dans le plan d'azimut doit être la plus proche possible de celle d'une ouverture uniforme de même longueur Dans ce cas, pour une visée dans l'axe, les lobes de sous-réseaux de l'antenne sont annulés par les premiers zéros du diagramme du sous-réseau Cette condition n'est plus vérifiée lors d'un faible balayage en azimut On détermine alors, pour l'angle de dépointage azimut maximum, la longueur maximale des35 3 - sous-réseaux pour maintenir les lobes de réseaux à un niveau inférieur a network with non-regular pitch, obtained by progressively increasing the distance between phase controls when moving away from the center of the antenna This solution, in order not to lower the gain of the antenna, 25 requires the realization of many types different radiating elements, which prohibits the cutting of the antenna into sub-panels all identical and greatly increases the cost. a network formed of sub-networks whose illumination law in the azimuth plane must be as close as possible to that of a uniform opening of the same length. In this case, for a target in the axis, the lobes of The subnetworks of the antenna are canceled by the first zeros of the subnet diagram. This condition is no longer satisfied during a low azimuth scan. The maximum azimuth angle of depiction is then determined as the maximum length. 3 - subnetworks to keep network lobes at a lower level
à celui des lobes latéraux.to that of the lateral lobes.
De même, on constate que, si aucun dépointage en azimut n'est spécifié, un sous-réseau de longueur égale à celle de l'antenne suffit En pratique, la longueur des sous-réseaux est limitée par la taille des panneaux de l'antenne ( 1 à 3 mètres) pour être compatible Similarly, it is found that, if no azimuth misalignment is specified, a sub-network of length equal to that of the antenna suffices. In practice, the length of the sub-networks is limited by the size of the panels of the antenna. antenna (1 to 3 meters) to be compatible
avec l'encombrement sous coiffe du lanceur. Actuellement, l'ensemble de ces spécifications ne sont pas tenues pour les éléments rayonnants des radars à synthèse d'ouverture. with the encumbrance under the caster of the launcher. Currently, all of these specifications are not required for the radiant elements of synthetic aperture radars.
En effet: Les guides à fentes, tels que décrits dans l'article intitulé "the planar array antennas for the european remote sensing satellite ERS-1 " de Robert Peterson et Per Ingvarson publié dans "Proceedings of IGARSS 1988 " (pages 289 à 294), utilisés notamment sur ERS-1 ( 1991),15 RADARSAT ( 1995) et SIR-C (X-SAR), malgré leurs faibles pertes ne permettent pas de réaliser aisément la bipolarisation car il faudrait intercaler deux guides différents rayonnant l'un en polarisation H et l'autre en polarisation V dans le pas d'un réseau très réduit à cause du fort balayage en élévation De plus, si un balayage en azimut est20 spécifié, pour limiter le niveau des lobes de réseau, ces guides doivent être coupés en petits tronçons ce qui rend notablement plus Indeed: The slotted guides, as described in the article entitled "The planar array antennas for the European remote sensing satellite ERS-1" by Robert Peterson and Per Ingvarson published in "Proceedings of IGARSS 1988" (pages 289-294) ), used in particular on ERS-1 (1991), RADARSAT (1995) and SIR-C (X-SAR), despite their small losses do not allow to easily achieve the bipolarization because it would be necessary to insert two different guides radiating one in polarization H and the other in V polarization in the pitch of a very small network because of the high scanning in elevation Moreover, if azimuth scanning is specified, to limit the level of the grating lobes, these guides must be cut into small stretches which makes noticeably more
complexe leur réalisation et diminue leur intérêt Cette technologie n'est intéressante que pour les radars possédant une polarisation en bande C ou dans des fréquences supérieures, sans balayage dans le plan25 d'azimut. This technology is of interest only for radars having a C-band polarization or in higher frequencies, without scanning in the azimuth plane.
Les éléments rayonnants imprimés sur nid d'abeilles en bandes L et S, tels que décrits dans l'article intitulé "SEASAT and SIR-A microstrip antennas" de L R Murphy paru dans "Proceedings of Workshop on printed antennas technology" (Las Cruces; 1979; pages 18-1 à30 18-20), utilisés sur SEASAT ( 1978), SIR-A ( 1981), SIR B ( 1984) et J. ERS (japonais 1992) sont plus légers que les guides et permettent une bipolarisation Cependant leurs pertes linéiques sont élévées Ceci limite donc la longueur des sous-réseaux à quelques longueurs d'onde ( 10 > au maximum); ces pertes ne permettant pas d'obtenir un The radiating elements printed on honeycomb strips L and S, as described in the article entitled "SEASAT and SIR-A microstrip antennas" LR Murphy published in "Proceedings of Workshop on printed antennas technology" (Las Cruces; 1979, pages 18-1 to 18-20), used on SEASAT (1978), SIR-A (1981), SIR B (1984) and J. ERS (Japanese 1992) are lighter than the guides and allow a bipolarization however their linear losses are high This limits the length of the sub-networks to a few wavelengths (10> maximum); these losses do not allow to obtain a
éclairement uniforme sur le sous-réseau. uniform illumination on the subnet.
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L'antenne à réseau linéaire de l'invention a pour objet de satisfaire toutes ces spécifications. The purpose of the linear array antenna of the invention is to satisfy all these specifications.
L'invention propose, en effet, une antenne réseau linéaire composée d'un élément rayonnant formé d'un alignement de fentes annulaires excitées par au moins un élément répartiteur, caractérisée en ce que cet élément répartiteur est un répartiteur enterré, inclus dans l'élément rayonnant, et donc invisible de la face rayonnante de ladite antenne; de manière à éviter tout rayonnement parasite issu dudit répartiteur Une telle antenne est prévue pour rayonner (ou10 recevoir) simultanément dans deux polarisations linéaires, ou pour rayonner (ou recevoir) simultanément dans deux polarisations circulaires (droite et gauche). Dans une réalisation avantageuse utilisant seulement trois niveaux de conducteurs ladite antenne comprend un radome intégré et un étage répartiteur Avantageusement ladite antenne ne comprend que des substrats de faible épaisseur, et donc de faible masse, espacés par des entretoises conductrices sans continuité mécanique dans le plan du réseau, de manière à éviter les dilatations différentielles avec les substrats Avantageusement ladite antenne comprend des blindages, 20 entre polarisations d'un sous-réseau et entre sous-réseaux adjacents, des éléments rayonnants et des répartiteurs de manière à éviter tout couplage entre ceux-ci. Dans une réalisation particulière de l'invention, l'antenne est une antenne large bande utilisant des disques résonants gravés sur The invention proposes, in fact, a linear array antenna composed of a radiating element formed of an alignment of annular slots excited by at least one distribution element, characterized in that this distribution element is a buried distributor, included in the radiating element, and therefore invisible from the radiating face of said antenna; in order to avoid any parasitic radiation from said splitter An antenna of this kind is provided for radiating (or receiving) simultaneously in two linear polarizations, or for radiating (or receiving) simultaneously in two circular polarizations (right and left). In an advantageous embodiment using only three levels of conductors, said antenna comprises an integrated radome and a splitter stage Advantageously said antenna comprises only substrates of small thickness, and therefore of low mass, spaced apart by conductive spacers without mechanical continuity in the plane of the In order to avoid differential expansion with the substrates, said antenna advantageously comprises shielding, between polarizations of a sub-network and between adjacent sub-networks, radiating elements and splitters so as to avoid any coupling between them. this. In a particular embodiment of the invention, the antenna is a broadband antenna using resonant disks etched on
l'étage répartiteur, résonant à une fréquence proche de celle des fentes annulaires. the splitter stage, resonating at a frequency close to that of the annular slots.
Dans une autre réalisation particulière de l'invention; l'antenne est une antenne bi-bande utilisant des disques résonants In another particular embodiment of the invention; the antenna is a dual-band antenna using resonant disks
gravés, sur l'étage répartiteur, résonant à une fréquence éloignée de30 celle des fentes annulaires. engraved, on the splitter stage, resonant at a frequency away from that of the annular slots.
Une telle antenne présente de nombreux avantages; Elle permet d'obtenir notamment: de faibles pertes, - un faible niveau de polarisation croisée sur le domaine de balayage, une utilisation en bipolarisation: l'antenne réseau selon l'invention pouvant rayonner (ou recevoir) simultanément dans deux polarisations linéaires ou circulaires (droite et gauche); un large domaine de balayage en élévation; une longueur importante des sous-réseaux; un gain élevé; des pertes par dépointage similaires dans les deux Such an antenna has many advantages; It makes it possible to obtain in particular: small losses, - a low level of cross polarization on the scanning range, a use in bipolarization: the network antenna according to the invention can radiate (or receive) simultaneously in two linear or circular polarizations (right and left); a wide sweeping range in elevation; a significant length of subnets; a high gain; similar misalignment losses in both
polarisations.polarizations.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront The features and advantages of the invention will emerge
d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non moreover from the description that follows, as an example not
limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 illustre une vue éclatée d'un tronçon de sous-réseau d'une réalisation de l'antenne selon l'invention; les figures 2 et 3 illustrent deux vues éclatées de tronçons de sous-réseaux de réalisations de deux variantes de l'antenne selon l'invention; les figures 4 et 5 illustrent respectivement les diagrammes de rayonnement pour les polarisations horizontale et verticale, les figures 7 et 8 illustrent deux autres variantes de FIG. 1 illustrates an exploded view of a sub-network section of an embodiment of the antenna according to the invention; FIGS. 2 and 3 illustrate two exploded views of sections of sub-networks of embodiments of two variants of the antenna according to the invention; FIGS. 4 and 5 respectively show the radiation patterns for the horizontal and vertical polarizations, FIGS. 7 and 8 illustrate two other variants of FIG.
l'antenne selon l'invention.the antenna according to the invention.
L'antenne selon l'invention est une antenne réseau linéaire composée d'un alignement de fentes annulaires excitées par au moins un élément répartiteur enterré, inclus dans l'élément rayonnant, et donc invisible de la face rayonnante de ladite antenne; de manière à éviter tout rayonnement parasite issu dudit répartiteur. Une telle antenne est prévue pour rayonner (ou recevoir) simultanément dans deux polarisations linéaires; ou pour rayonner (ou The antenna according to the invention is a linear array antenna composed of an alignment of annular slots excited by at least one buried distribution element, included in the radiating element, and therefore invisible from the radiating face of said antenna; in order to avoid any parasitic radiation coming from said splitter. Such an antenna is provided for radiating (or receiving) simultaneously in two linear polarizations; or to radiate (or
recevoir) simultanément dans deux polarisations circulaires (droite et gauche). receive) simultaneously in two circular polarizations (right and left).
La figure 1 illustre un tronçon de sous-réseau d'une telle antenne qui comprend: une demi-coquille inférieure 10 en matériau conducteur (aluminium, fibre de carbone métallisée, ou plastique conducteur par 6 exemple) dans laquelle est réalisée la cavité 11 des éléments rayonnants et le conduit 12 des répartiteurs des deux polarisations; un premier substrat 13 très mince (par exemple d'environ 0,1 mm d'épaisseur), possédant un coefficient de dilatation proche de celui du matériau des demi-coquilles, sur lequel sont gravés, en face supérieure, les répartiteurs H et V 14; une demi-coquille supérieure 15 dans laquelle est réalisée le conduit 16 des répartiteurs des deux polarisations et percée ( 17) la partie supérieure de la cavité.10 un second substrat 18 identique au premier substrat dont une face supérieure 19 est entièrement décuivrée et l'autre 20 contient les fentes annulaires gravées 21 Ce substrat a pour but de centrer les fentes annulaires au-dessus des cavités et d'assurer une fonction de rad 8 me.15 Pour un fonctionnement en "triplaque suspendu" les deux demi-coquilles 10 et 15 doivent être reliées au même potentiel Ceci FIG. 1 illustrates a sub-network section of such an antenna which comprises: a lower half-shell 10 of conductive material (aluminum, metallized carbon fiber, or conductive plastic for example) in which the cavity 11 of the radiating elements and the duct 12 of the splitters of the two polarizations; a very thin first substrate (for example of about 0.1 mm thick), having a coefficient of expansion close to that of the half-shell material, on which are engraved, on the upper face, the H and V splitters 14; an upper half-shell 15 in which the duct 16 of the splitters of the two polarizations is formed and pierced (17) the upper part of the cavity; a second substrate 18 identical to the first substrate, an upper face 19 of which is fully decoupled, and Another 20 contains the annular engraved slots 21 This substrate is intended to center the annular slots above the cavities and to provide a function of rad 8 me.15 For operation "suspended plate" the two half-shells 10 and 15 must be connected to the same potential
est assuré par le premier substrat grâce à la métallisation des surfaces en regard avec les deux demi-coquilles et à la présence d'un grand nombre de trous métallisés situés sur la périphérie des cavités,20 reliant ces deux surfaces. is provided by the first substrate through the metallization of the surfaces facing the two half-shells and the presence of a large number of metallized holes located on the periphery of the cavities, 20 connecting these two surfaces.
Une telle antenne a été réalisée et testée sur des sous-réseaux de 10, 12 et 24 fentes annulaires L'adéquation entre les spécifications du sous-réseau et ses différents éléments constituants est donné ci- dessous; un tel sous-réseau permet d'obtenir:25 de faibles pertes: le répartiteur en technologie triplaque suspendu sur substrat très mince et de faible tangente de perte avec des parois argentées assure parfaitement cette fonction L'élément rayonnant est réalisée dans la même technologie. un faible niveau de polarisation croisée sur le domaine de balayage: Grâce à l'utilisation d'une technologie triplaque, on évite le rayonnement parasite des lignes et des coudes d'un répartiteur gravé sur le plan rayonnant On génère un diagramme différence sur la polarisation croisée, grâce à des répartiteurs symétriques par rapport à l'axe du réseau Ceci permet d'annuler le niveau, déjà faible, de polarisation croisée des fentes annulaires sur tout le domaine de 7- balayage. une utilisation en bipolarisation: l'excitation des fentes annulaires est obtenue par deux polarisations linéaires orthogonales Such an antenna has been realized and tested on sub-networks of 10, 12 and 24 annular slots The adequacy between the specifications of the sub-network and its various constituent elements is given below; such a sub-network makes it possible to obtain: low losses: the distributor in triplate technology suspended on a very thin substrate and with a low loss tangent with silver walls perfectly ensures this function. The radiating element is produced in the same technology. a low level of cross polarization on the scanning range: Thanks to the use of a triplate technology, the parasitic radiation of the lines and bends of a splitter engraved on the radiating plane is avoided. A difference diagram is generated on the polarization Crossed, thanks to symmetrical splitters with respect to the axis of the network This makes it possible to cancel the already low level of cross polarization of the annular slots over the entire 7-scan domain. a use in bipolarization: the excitation of the annular slots is obtained by two orthogonal linear polarizations
ou par deux polarisations circulaires en insérant un coupleur 3 d B à5 deux sorties déphasées de 900 au centre du sous-réseau rayonnant. or by two circular polarizations by inserting a 3 d B coupler at two 900 out of phase outputs at the center of the radiating sub-array.
un large domaine de balayage en élévation: L'utilisation de canaux pour les répartiteurs permet une très grande compacité sur le a wide range of scanning in elevation: The use of channels for the splitters allows a very great compactness on the
sous-réseau sans risque de couplage entre polarisations Le pas dans le plan d'élévation est ainsi considérablement réduit et autorise un10 large dépointage en élévation. subnetwork without risk of coupling between polarizations The pitch in the elevation plane is thus considerably reduced and allows a large misalignment in elevation.
une longueur importante des sous-réseaux: Les faibles pertes du répartiteur assurent un éclairement quasi-uniforme en amplitude et a significant length of the sub-networks: The low losses of the splitter ensure an almost uniform illumination in amplitude and
en phase du sous-réseau Sa longueur n'est limitée que par la modification de la loi d'éclairement sur la bande passante du15 sous- réseau. In the phase of the sub-network Its length is limited only by the modification of the law of illumination over the bandwidth of the sub-network.
un gain élevé: une adaptation parfaite de la directivité de l'élément rayonnant à celle de la maille du réseau est obtenue grâce à l'utilisation d'une cavité concentrique dont le diamètre permet d'ajuster très précisément cette grandeur Le domaine de réglage est20 compris entre 6 d Bi pour des fentes quasi-découplées de la cavité dont le périmètre, à la résonance, correspond à la largeur d'onde guidée et 9 d Bi pour des fentes résonant à a l,5 > On couvre ainsi g g le domaine des mailles carrées de 0,56 à 0,8 à requises pour de tels réseaux.25 des pertes par dépointage similaires dans les deux polarisations: Les fentes annulaires sur cavité ont un diagramme à a high gain: a perfect adaptation of the directivity of the radiating element to that of the mesh of the grating is obtained thanks to the use of a concentric cavity whose diameter makes it possible to very precisely adjust this magnitude. between 6 d Bi for quasi-decoupled slots of the cavity whose perimeter, at resonance, corresponds to the guided wavelength and 9 d Bi for slots resonant to al, 5> Thus covers gg the domain of square meshes from 0.56 to 0.8 to required for such networks.25 similar misalignment losses in both polarizations: The annular cavity slots have a
quasi-symétrie de révolution Dans le plan d'élévation, le diagramme est donc invariant avec la polarisation, ce qui garantit les mêmes pertes sur le domaine de balayage.30 des sous-réseaux de faibles coût et masse. quasi-symmetry of revolution In the plane of elevation, the diagram is thus invariant with the polarization, which guarantees the same losses on the scanning domain.30 of the sub-networks of low cost and mass.
Une réalisation particulièrement avantageuse de l'antenne selon l'invention est représentée sur la figure 2 Pour obtenir une faible masse, l'antenne est constituée de trois substrats, d'environ 0,1 mm d'épaisseur, dont les fonctions sont les suivantes:35 un substrat inférieur 25 ayant: -8- * une face inférieure 26 localement cuivrée (zone 27) autour des connecteurs d'alimentation RF 28 et 29, collée au panneau structural; * une face supérieure 30 entièrement cuivrée (sauf épargne d'alimentation RF), utilisée comme plan de masse; * des trous métallisés 31 reliant les deux surfaces. un substrat intermédiaire 32 ayant: * une face inférieure 33 cuivrée sur les surfaces en regard avec les cloisons formées par des entretoises conductrices 41; * une face supérieure 34 cuivrée sur les surfaces 42 en regard avec les cloisons et sur les circuits 35 de répartition H et V; * des trous métallisés 44, assurant la liaison électrique entre les deux plans de masse, qui sont disposés à la verticale des cloisons formées par les entretoises 41; (les trous 36 servent pour la soudure des âmes des connecteurs 28 et 29 alimentant les répartiteurs H et A particularly advantageous embodiment of the antenna according to the invention is shown in FIG. 2. To obtain a low mass, the antenna consists of three substrates, about 0.1 mm thick, whose functions are as follows: A lower substrate 25 having: a locally coppered lower face 26 (zone 27) around the RF supply connectors 28 and 29, bonded to the structural panel; * a fully coppered upper face (except RF power saving), used as a ground plane; * metallized holes 31 connecting the two surfaces. an intermediate substrate 32 having: a copper-plated underside 33 on the surfaces facing the partitions formed by conductive spacers 41; * a coppered upper surface 34 on the surfaces 42 opposite the partitions and on the distribution circuits H and V; * metallized holes 44, providing the electrical connection between the two ground planes, which are arranged vertically partitions formed by the spacers 41; (The holes 36 serve for welding the webs of the connectors 28 and 29 supplying the distributors H and
V 35);V 35);
un substrat supérieur 37 ayant * une face inférieure 38 entièrement cuivrée sauf aux endroits des fentes annulaires 39 et servant de plan de masse au triplaque; * une face supérieure 40 entièrement décuivrée et faisant an upper substrate 37 having a fully coppered lower face 38 except at the locations of the annular slots 39 and serving as a ground plane for the triplate; * a top face 40 fully decoupled and making
fonction de radôme.radome function.
Ces trois substrats 25, 32 et 37 sont espacés par les entretoises conductrices 41, par exemple en aluminium, qui délimitent les cavités des fentes annulaires et les canaux des répartiteurs. L'assemblage peut être réalisé en une seule opération par brasage au four après dép 8 t d'une préforme de soudure aux interfaces entre les entretoises et les substrats cuivrés, ou par étamage des entretoises Les matériaux et procédés utilisés dans une telle réalisation garantissent de très bonnes performances en coût et masse des sous- réseaux.30 Au niveau thermique, les entretoises de faibles dimensions et sans continuité dans le plan du réseau permettent d'utiliser des matériaux à coefficient de dilatation faible, compatibles par exemple avec un panneau structural en carbone assurant une grande rigidité à l'antenne.35 Dans le cas o un dépointage en azimut est spécifié, les 9 - sous-réseaux sont beaucoup plus courts, ce qui autorise de prévoir une antenne avec des pertes ohmiques légèrement plus élevées. Une variante de l'antenne précédente est présenté sur la figure 3 L'antenne n'est alors constituée que de deux parties: une partie inférieure 45 en matériau conducteur: le plan de masse est réalisé par un substrat 43 de faible épaisseur sur lequel sont brasées les entretoises 46; une partie supérieure 47 en matériau diélectrique; C'est un substrat qui contient sur la face supérieure 48 les fentes annulaires 49 et sur la face inférieure 50 les répartiteurs de polarisation 51 et 52 et les excitateurs 53 de fentes La continuité de la cavité des fentes annulaires dans le substrat est assurée par des trous These three substrates 25, 32 and 37 are spaced apart by the conductive spacers 41, for example made of aluminum, which delimit the cavities of the annular slots and the splitter channels. The assembly can be carried out in a single operation by soldering in the oven after dep 8 t of a solder preform at the interfaces between the spacers and the copper substrates, or by tinning the spacers. The materials and methods used in such an embodiment ensure that very good performance in terms of cost and mass of the sub-networks.30 At the thermal level, the spacers of small dimensions and without continuity in the plane of the network make it possible to use materials with a low coefficient of expansion, compatible for example with a structural panel made of With a high azimuth offset, the 9-sub-gratings are much shorter, allowing for an antenna with slightly higher ohmic losses. A variant of the previous antenna is shown in FIG. 3. The antenna then consists only of two parts: a lower part 45 made of conducting material: the ground plane is formed by a thin substrate 43 on which are soldered the spacers 46; an upper portion 47 of dielectric material; It is a substrate which contains on the upper face 48 the annular slots 49 and on the lower face 50 the polarization splitters 51 and 52 and the exciters 53 slots The continuity of the cavity of the annular slots in the substrate is provided by holes
métallisés 54 qui relient les entretoises au plan de masse des fentes. L'alimentation des répartiteurs se fait par sonde coaxiale à travers15 deux trous métallisés 55 et 56 pour la continuité de masse entre la sonde et le triplaque. metallized 54 which connect the spacers to the ground plane of the slots. The distribution of the distributors is by coaxial probe through two metallized holes 55 and 56 for the continuity of mass between the probe and the triplate.
Cette variante de l'invention conserve toutes les propriétés de l'antenne représentée sur la figure 1 Seules les pertes ohmiques sont légèrement augmentées au profit d'une simplification de réalisation.20 Cette augmentation des pertes tout à fait acceptable pour des sous- réseaux courts (< 10 À) est due à l'utilisation: d'un répartiteur "triplaque suspendu" o l'énergie micro-onde se propage essentiellement dans le vide car les lignes sont supportées par une substrat très fin (environ 0,1 mm);25 d'un répartiteur "micro- ruban inversé" o la propagation se fait en grande partie dans le substrat diélectrique d'épaisseur plus forte (environ 1 mm). L'invention permet, ainsi, dans l'une quelconque de ces réalisations de former une antenne radar spatial à synthèse This variant of the invention retains all the properties of the antenna shown in FIG. 1. Only the ohmic losses are slightly increased in favor of a simplification of embodiment. This increase in losses is entirely acceptable for short sub-networks. (<10 A) is due to the use of: a "suspended triplate" splitter where the microwave energy propagates essentially in a vacuum because the lines are supported by a very thin substrate (about 0.1 mm) Of an "inverted microstrip" splitter where the propagation is largely in the thicker dielectric substrate (about 1 mm). The invention thus makes it possible, in any of these embodiments, to form a synthetic space radar antenna.
d'ouverture comprenant un réseau de 1,33 x 10 m 2 composé de souspanneaux de 0,66 x lm 2. opening comprising a grating of 1.33 x 10 m 2 composed of subpanels of 0.66 x lm 2.
Le balayage en élévation nécessitant un pas entre les sous-réseaux d'environ 0,7 > à 5,3 G Hz, aucun balayage en azimut n'étant spécifié, pour éviter un étage répartiteur supplémentaire35 alimentant des éléments rayonnants de faible longueur, des - sous-réseaux bipolarisés de la longueur du panneau (environ 1 m) sont donc les mieux adaptés L'invention permet de satisfaire toutes ces spécifications avec des sous-réseaux de 24 fentes annulaire. L'antenne assure donc les fonctions d'élément rayonnant et de répartiteur sur un seul niveau Les espaceurs inférieurs et supérieurs sont réalisés par des demi- coquilles en aluminium assemblées par vis. L'excitation des deux polarisations est réalisée par sondes coaxiales miniatures placées près du centre du réseau. Les diagrammes de rayonnement pour les polarisations horizontale et verticale sont donnés sur les figures 4 et 5 Les diagrammes de polarisation normale 60 et 61 dans les plans d'azimut sont très proches de ceux d'une ouverture équi-amplitude équi- phase comme le montrent les indicateurs à "*" à i 3,220 qui correspondent aux premiers nuls d'une telle ouverture Les diagrammes de polarisation15 croisée 62 et 63 dans l'axe sont inférieurs à 30 d B/max sur toute la bande passante Pour juger de la qualité de l'antenne, les gains des deux polarisations doivent être comparés à la directivité théorique D de la maille du réseau donnée par la formule 41 TS The elevational sweep requiring a step between the sub-arrays of about 0.7 to 5.3 GHz, no azimuth sweep being specified, to avoid an additional splitter stage supplying short radiating elements, - Bipolarized sub-networks of the length of the panel (about 1 m) are therefore best suited The invention makes it possible to meet all these specifications with sub-networks of 24 annular slots. The antenna thus performs the functions of radiator and distributor on a single level The lower and upper spacers are made by aluminum half-shells assembled by screws. The excitation of the two polarizations is carried out by miniature coaxial probes placed near the center of the network. The radiation diagrams for the horizontal and vertical polarizations are given in FIGS. 4 and 5. The normal polarization diagrams 60 and 61 in the azimuth planes are very close to those of an equi-amplitude equi-amplitude aperture as shown by FIG. the indicators at "*" at i 3,220 which correspond to the first nulls of such an opening. The crossed polarization diagrams 62 and 63 in the axis are less than 30 d B / max over the entire bandwidth. the antenna, the gains of the two polarizations must be compared to the theoretical directivity D of the mesh of the network given by the formula 41 TS
D= 10 log 2 = 22, ld B; S étant la surface de l'antenne. D = 10 log 2 = 22, ld B; S being the surface of the antenna.
22
On obtient alors respectivement, en polarisations horizontale et verticale, des pertes de 1,5 d B et de 2,5 d B par rapport à cette grandeur Ces pertes incluent: Les erreurs d'excitation des 24 fentes vis-à-vis d'une loi équi-amplitude et équi-phase; Les pertes dues à la polarisation croisée; Les pertes ohmiques; In horizontal and vertical polarizations, respectively, losses of 1.5 d B and 2.5 d B are obtained with respect to this magnitude. These losses include: The excitation errors of the 24 slots vis-à-vis a law equi-amplitude and equi-phase; Losses due to cross polarization; Ohmic losses;
Les pertes de désadaptation en entrée. Loss of maladjustment as input.
Ces résultats permettent de juger de l'intérêt de l'invention These results make it possible to judge the interest of the invention
pour la réalisation de sous-réseaux linéaires d'antennes. for the realization of linear subnets of antennas.
L'invention permet d'obtenir une antenne à double résonateur, comme représenté sur les figures 6 et 7: Afin d'augmenter la bande passante, ou de faire fonctionner l'antenne à deux fréquences espacées, il est possible de placer en bout des lignes-répartiteurs,35 telles que représentées sur les figures 2 et 3, dans le même plan que il - celles- ci, des disques 65 dont le diamètre est ajusté de façon à ce qu'ils résonnent à une fréquence F 2 différente de la fréquence de résonance Fl de la fente annulaire située au-dessus. Si F 2 est proche de Fl, on peut ainsi faire fonctionner l'antenne sur une large bande. Si F 2 est éloignée de Fl, on obtient une antenne bi-bande; chacun des deux répartiteurs étant adapté à une bande particulière et excitant une des deux fentes annulaires. Une telle réalisation est compatible avec les deux variantes de l'invention représentées précédemment: Dans la variante triplaque suspendu les fentes annulaires supplémentaires sont gravées soit sur la face supérieure soit sur la face inférieure du substrat supérieur. Sur les figures 6 et 7 les variantes prises en compte sont respectivement celles illustrées aux figures 2 et 3; le substrat15 supérieur 37 ' représenté à la figure 6 étant muni, sur sa face supérieure 67, de fentes 69; des trous métallisés 66 étant prévus pour permettre la liaison masse fente-masse triplaque. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra The invention makes it possible to obtain a double-resonator antenna, as shown in FIGS. 6 and 7: In order to increase the bandwidth, or to make the antenna operate at two spaced apart frequencies, it is possible to place at the end as shown in FIGS. 2 and 3, in the same plane as the latter, disks 65 whose diameter is adjusted so that they resonate at a frequency F 2 different from the Fl resonance frequency of the annular slot above. If F 2 is close to Fl, then the antenna can be operated over a wide band. If F 2 is distant from Fl, a two-band antenna is obtained; each of the two distributors being adapted to a particular band and exciting one of the two annular slots. Such an embodiment is compatible with the two variants of the invention shown above: In the suspended triplate variant, the additional annular slots are etched either on the upper face or on the lower face of the upper substrate. In Figures 6 and 7 the variants taken into account are respectively those illustrated in Figures 2 and 3; the upper substrate 37 'shown in FIG. 6 being provided on its upper surface 67 with slots 69; metallized holes 66 being provided to allow the slit mass-triplate mass bonding. It is understood that the present invention has been described and shown only as a preferred example and that it will be possible
remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention. replace its constituent elements by equivalent elements without departing from the scope of the invention.
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