FR2738398A1 - Panneau dephaseur a diodes et son application a une lentille hyperfrequence et une antenne a balayage electronique - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un panneau déphaseur à adaptation d'impédance améliorée. Une pluralité de tels panneaux, disposée sur le trajet d'un faisceau hyperfréquence, forme une lentille active permettant de commander électroniquement le balayage du faisceau. Le panneau (1) est constitué par un support diélectrique (4) sur lequel sont disposés des fils conducteurs (2) portant des diodes (2). L'état (passant ou bloqué) des diodes est commandé par l'intermédiaire de bandes conductrices 51, 52) formant iris. La géométrie du panneau et de l'iris est telle que le panneau soit adapté pour l'un des états des diodes.
Description
PANNEAU DEPHASEUR A DIODES ET SON APPLICATION A UNE
LENTILLE HYPERFREQUENCE ET UNE ANTENNE A BALAYAGE
ELECTRONIQUE
La présente invention a pour objet un panneau déphaseur à diodes, ainsi que son applícatlon à une lentille hyperfréquence et une antenne à balayage électronique.
LENTILLE HYPERFREQUENCE ET UNE ANTENNE A BALAYAGE
ELECTRONIQUE
La présente invention a pour objet un panneau déphaseur à diodes, ainsi que son applícatlon à une lentille hyperfréquence et une antenne à balayage électronique.
I1 est connu, pour réaliser par exemple une antenne à balayage électronique, d'utiliser une lentille hyperfréquence formée de panneaux introduisant un déphasage de l'onde hyperfréquence qui les traverse. Ces panneaux comportent des fils portant des diodes, parallèles les uns aux autres. La commande de l'état passant ou bloqué des diodes permet de faire varier le déphasage conféré à l'onde incidente, et par suite d'obtenir un balayage électronique.
Dans chacun des panneaux, toutes les diodes sont commandées simultanément et identiquement par des tensions suffisantes pour les rendre conductrices ou non.
Une telle antenne est par exemple décrite dans le brevet français 2 469 808 ; on a illustré son principe sur la figure la, en vue partielle éclatée et sur la figure lb, schématiquement dans le plan du champ électrique E. Sur la figure la, on a représenté trois panneaux superposés, c'est-g-dire situés dans un même plan, repérés P1, P2 et
P3. Chacun de ces panneaux est constitué par un support diélectrique 4 sur lequel sont disposés des fils parallèles 2 portant des diodes 3. Dans l'exemple de la figure, chacun des fils porte deux diodes, les diodes étant connectées dans le même sens. Les fils à diodes 2 sont réunis par des conducteurs 5 qui leur sont sensiblement perpendiculaires, utilisés pour la commande de l'état passant ou bloqué des diodes.Les panneaux sont séparés et entourés par des plaques conductrices qui leur sont perpendiculaires, repérées 70-73.
P3. Chacun de ces panneaux est constitué par un support diélectrique 4 sur lequel sont disposés des fils parallèles 2 portant des diodes 3. Dans l'exemple de la figure, chacun des fils porte deux diodes, les diodes étant connectées dans le même sens. Les fils à diodes 2 sont réunis par des conducteurs 5 qui leur sont sensiblement perpendiculaires, utilisés pour la commande de l'état passant ou bloqué des diodes.Les panneaux sont séparés et entourés par des plaques conductrices qui leur sont perpendiculaires, repérées 70-73.
Sur la figure lb, on a représenté une pluralité de panneaux tels que P1, P2 et P3, désignés par P, entre chacune des paires de plaques telles que 70, 71, 72
L'ensemble des panneaux (P) entre deux plaques constitue un déphaseur (D1, D2, D3 ...). L'empilement d'une pluralité de déphaseurs constitue une lentille hyperfréquence active qui est éclairée par une source S, cette dernière fournissant une onde électromagnétique dont le champ électrique E est perpendiculaire aux plaques 70, 71, 72
On a représenté à titre d'exemple sur la figure lb un empilement de cinq déphaseurs, ainsi que la direction du champ électrique (flèche E) de l'onde incidente (flèche 10) et l'onde transmise (flèche 20), défléchie par rapport à l'onde incidente.
L'ensemble des panneaux (P) entre deux plaques constitue un déphaseur (D1, D2, D3 ...). L'empilement d'une pluralité de déphaseurs constitue une lentille hyperfréquence active qui est éclairée par une source S, cette dernière fournissant une onde électromagnétique dont le champ électrique E est perpendiculaire aux plaques 70, 71, 72
On a représenté à titre d'exemple sur la figure lb un empilement de cinq déphaseurs, ainsi que la direction du champ électrique (flèche E) de l'onde incidente (flèche 10) et l'onde transmise (flèche 20), défléchie par rapport à l'onde incidente.
Les panneaux P étant commandés indépendamment l'un de l'autre, il apparaît que le déphasage qu'ils confèrent à l'onde qui les traverse peut être différent d'un panneau à l'autre. En accolant une pluralité de panneaux les uns derrière les autres sur le trajet de l'onde hyperfréquence, on volt qu'on peut obtenir des déphasages pouvant aller de O à 3600, par incréments liés au nombre de panneaux accolés. En empilant une pluralité de tels déphaseurs, il apparaît que l'on peut réaliser un balayage électronique dans un plan parallèle au champ électrique E.
La présente invention a pour objet l'amélioration de l'adaptation d'impédance d'une structure du type précédent, permettant notamment de limiter les réflexions parasites, d'augmenter la bande passante du dispositif et d'élargir la gamme des composants susceptibles d'être utilisés, ainsi que de diminuer le nombre de composants nécessaires.
La présente invention a donc pour objet un panneau déphaseur à diodes tels que ceux qui sont utillsés dans le brevet cité ci-dessus, dans lequel les conducteurs de commande forment un iris dont les caractéristiques géométriques et électriques sont telles que, en combinaison avec celles du panneau, ce dernier soit adapté pour l'un des états des diodes qu'il porte.
D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, illustrée par les dessins annexés, qui représentent
- les figures 1, a et b, déjà décrites, des schémas du dispositif objet du brevet français précité
- la figure 2, le détail d'un mode de réalisation du panneau selon l'invention
- la figure 3, le schéma équivalent du panneau de la figure précédente
- la figure 4, un schéma d'une variante de réalisation de la figure 2.
- les figures 1, a et b, déjà décrites, des schémas du dispositif objet du brevet français précité
- la figure 2, le détail d'un mode de réalisation du panneau selon l'invention
- la figure 3, le schéma équivalent du panneau de la figure précédente
- la figure 4, un schéma d'une variante de réalisation de la figure 2.
Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
Sur la figure 2, on a donc représenté une vue partielle d'un mode de réalisation du panneau selon l'invention.
Ce panneau est globalement repéré 1. Il comporte un substrat diélectrique 4 sur lequel sont déposés, par métallisation par exemple, deux bandes conductrices sensiblement parallèles, repérées 51 et 52, d'amenée des tensions d'alimentation des diodes 3, permettant leur commande, et formant un iris.
Entre ces conducteurs de commande sont disposées les diodes 3, connectées par des fils 2 sensiblement parallèles entre eux et perpendiculaires aux conducteurs 51 et 52, également réalisés par exemple par des métallisations déposées sur le substrat 4.
Le substrat 4 est entouré de plaques métalliques 74 et 75 qui sont sensiblement perpendiculaires à son plan.
Pour la clarté de la figure, la surface des différents conducteurs (non vus en coupe) représentés sur la figure 2 a été pointillée.
Selon l'invention, la géométrie du panneau déphaseur, c'est-A-dire principalement la distance Do séparant la bande 51 de la plaque 74 ou la bande 52 de la plaque 75, la distance D1 séparant les deux bandes 51 et 52 et la distance a séparant deux fils à diodes 2, est choisie de sorte à augmenter l'adaptation d'impédance du panneau et, ce, pour une distance b donnée, b étant la distance séparant les deux plaques 74 et 75 et étant imposée par les caractéristiques de rayonnement souhaitées pour l'antenne.
La figure 3 représente le schéma électrique équivalent de l'ensemble iris 51-52, diodes 2 et plaques 74-75, en hyperfréquence.
L'onde hyperfréquence, d'impédance Z = 120 . TT . b/a, reçue sur les bornes B1 et B2, rencontre deux capacités
C et CI en série, connectées en parallèle sur ces bornes.
C et CI en série, connectées en parallèle sur ces bornes.
o
La capacité C représente la capacité linéique de découplage
o entre les bandes 51 et 52 et les plaques métalliques 74 et 75, et la capacité CI est la capacité linéique de l'iris 51-52.
La capacité C représente la capacité linéique de découplage
o entre les bandes 51 et 52 et les plaques métalliques 74 et 75, et la capacité CI est la capacité linéique de l'iris 51-52.
Aux bornes de la capacité CI est connectée une diode 2, également représentée par son schéma équivalent. Ce dernier est constitué d'une inductance Ld en série avec
- soit une capacité Cl, en série avec une résistance R
- soit une résistance Rd, selon que la diode 2 est en sens inverse ou direct, ce qui est symbolisé par un interrupteur 20.
- soit une capacité Cl, en série avec une résistance R
- soit une résistance Rd, selon que la diode 2 est en sens inverse ou direct, ce qui est symbolisé par un interrupteur 20.
La tension hyperfréquence de sortie hyperfréquence est prise entre des bornes B3 et B4, aux bornes des capacités C et CI.
o
L'inductance L est définie par l'expression suivante
CL
a
L LD b où LD est l'inductance de la diode, compte tenu de son fil de connexion (2) aux bandes 51 et 52
- a est la distance entre deux diodes 2 (figure 2)
- b est la distance entre les plaques 74 et 75 (figure 2);
- CL est un coefficient caractérisant l'interaction entre les fils à diodes.
L'inductance L est définie par l'expression suivante
CL
a
L LD b où LD est l'inductance de la diode, compte tenu de son fil de connexion (2) aux bandes 51 et 52
- a est la distance entre deux diodes 2 (figure 2)
- b est la distance entre les plaques 74 et 75 (figure 2);
- CL est un coefficient caractérisant l'interaction entre les fils à diodes.
La résistance Ri est la résistance inverse de la diode, affectée du rapport a/b. I,A résistance Rd est la résistance directe de la diode, affectée du même rapport. Enfin, la capacité Ci est la capacité de jonction de la diode, affectée du rapport b/a.
Lorsque les diodes sont polarisées en direct, la susceptance (Bd) du circuit de la figure 3 s'écrit
où W est la pulsation correspondant à la fréquence centrale de la bande de fréquence de fonctionnement du dispositif.
où W est la pulsation correspondant à la fréquence centrale de la bande de fréquence de fonctionnement du dispositif.
Selon l'invention, on choisit les paramètres du circuit pour avoir Bd 0, c'est-a-dire que, en négligeant sa conductance, le circuit soit adapté ou, en d'autres termes, qu'il soit transparent à l'onde hyperfréquence incidente, n'introduisant ni réflexion parasite, ni déphasage. Plus précisément, on choisit LCI SZ = ce qui conduit à Bd 0 quelle que soit la valeur de la capacité C0.
Il apparaît qu'il est ainsi possible d'ajuster les paramètres géométriques du panneau (DI, Do. a, à b donné) en fonction des caractéristiques des diodes. permettant ainsi l'utilisation de composants d'une large gamme.
Lorsque les diodes sont polarisées en inverse, la susceptance du panneau s 'écrit
La capacité CI étant fixée précédemment, il apparaît qu'il est possible d'ajuster la susceptance BR, et par suite le déphasage subi par l'onde hyperfréquence incidente, en modifiant la capacité C
o
Il est à noter que, dans ce cas ou les diodes sont polarisées en inverse, le panneau pris isolément n'est pas adapté. Son adaptation est réalisée par le choix de la distance qui le sépare du panneau adjacent du même déphaseur.
o
Il est à noter que, dans ce cas ou les diodes sont polarisées en inverse, le panneau pris isolément n'est pas adapté. Son adaptation est réalisée par le choix de la distance qui le sépare du panneau adjacent du même déphaseur.
Il est à noter également qe les capacités C et
o
CI sont bien entendu fonction des distances D et D1, mais
o également des caractéristiques géométriques et électriques du matériau diélectrique 4. Ces caractéristiques permettent également l'ajustement des capacités C et CI aux valeurs
o désirées.
Il est à noter enfin qu'on a décrit ci-dessus le cas dans lequel on choisit les paramètres du circuit pour que la susceptance Bd soit sensiblement nulle, mais qu'on peut choisir un fonctionnement symétrique, dans lequel les paramètres sont déterminés pour annuler sensiblement la susceptance BR; dans ce cas, l'adaptation du panneau lorsque les diodes sont passantes est réalisée par le choix de la distance qui le sépare du panneau adjacent.
La description faite ci-dessus l'a été bien entendu à titre d'exemple non limitatif. C'est ainsi qu'entre dans le cadre de l'invention, notamment, un panneau comportant deux diodes (comme figure 1), ou davantage, entre les bandes 51 et 52 formant iris. De même, toutes les diodes d'un même panneau ne sont pas nécessairement dans le même sens, afin de permettre d'alléger les circuits de commandes ; les bandes 51 et 52 sont alors interrompues en conséquence, ces coupures étant sans influence notable sur le comportement du panneau en hyperfréquence. De même, les fils à diodes (2) ne sont pas obllgatoirement parallèles au champ électrique E de l'onde incidente, étant entendu que leur effet diminue au fur et à mesure qu'ils s'éloignent de cette position.De même encore, les conducteurs 51 et 52 formant l'iris peuvent ne pas être parallèles aux plaques 74 et 75 mais par exemple former une ligne brisée comme illustré sur la figure 4, où on a représenté schématiquement une partie de la figure 2, à savoir la plaque 74 et l'un des conducteurs, maintenant repéré 53. La condition pour que le conducteur 53 se comporte comme le conducteur 51 de la figure 2 est que la distance D5 entre deux sommets soit de l'ordre de la demi-longueur d'onde la plus basse de fonctionnement du dispositif.
Le panneau selon l'invention est plus particulièrement destiné à être utilisé dans une structure du type de celle du brevet précité ; en en améliorant l'adaptation d'impédance, il permet de limiter les réflexions parasites et d'augmenter la bande passante du système. Il permet également d'élargir la gamme des composants utilisables, du fait que l'adaptation est réalisée indépendamment de la capacité ou de la résistance des diodes. Enfin, la présence de l'iris 51-52 ayant pour effet de diminuer sensiblement l'inductance due aux fils à diodes 2, la capacité linéique CI peut être plus faible et le système nécessite moins de diodes par fil 2.
Claims (6)
1. Panneau déphaseur a diodes, susceptible de recevoir une onde électromagnétique polarisée linéairement (E) selon une direction, comportant un support diélectrique (4) et des fils (2), disposés sur le support. comportant chacun au moins une diode (3), ces fils étant connectés à des conducteurs (51, 52) de commande des diodes, le panneau comportant en outre deux plaques (74, 75) conductrices, disposées de part et d'autre du support, sensiblement normalement à ladite direction ; le panneau étant caracterisé par le fait que les conducteurs de commande forment un iris dont les caractéristiques géométriques et électriques sont telles que, en combinaison avec celles du panneau, ce dernier soit adapté pour l'un des états des diodes.
2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support diélectrique (4) est sensiblement normal aux plaques conductrices (74, 75) et que les fils (2) sont sensiblement parallèles à ladite direction.
3. Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les conducteurs de commande (51, 52) sont sensiblement parallèles aux plaques conductrices (74, 75).
4. Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les caractéristiques géométriques et électriques de l'iris (51, 52) et du panneau (1) sont telles que ce dernier est adapté et n'introduit pas de déphasage de l'onde incidente lorsque les diodes (3) qu'il porte sont dans l'état passant.
5. Lentille hyperfréquence susceptible de recevoir une onde hyperfréquence, caractérisée par le fait qu'elle comporte une pluralité de déphaseurs, chacun d'eux étant formé d'une pluralité de panneaux selon l'une des revendications précédents, disposés sensiblement parallèlement les uns aux autres entre les plaques conductrices, dans la direction de propagation de l'onde hyperfréquence, les déphaseurs étant empilés selon la normale à ladite direction.
6. Antenne à balayage électronique, caractérisée par le fait qu'elle comporte une lentille selon la revendication 5 et une source susceptible d'émettre une onde électromagnétique polarisée linéairement selon ladite direction, le balayage électronique étant obtenu dans le plan de ladite direction par commande de l'état passant ou bloqué des diodes.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| FR8804680A FR2738398B1 (fr) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Panneau dephaseur a diodes et son application a une lentille hyperfrequence et une antenne a balayage electronique |
| GB8907805A GB2465210B (en) | 1988-04-08 | 1989-04-06 | Diode phase-shifting panel and application to a microwave lens and a phased-array antenna |
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| FR8804680A FR2738398B1 (fr) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Panneau dephaseur a diodes et son application a une lentille hyperfrequence et une antenne a balayage electronique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2738398B1 FR2738398B1 (fr) | 1997-11-28 |
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Family Applications (1)
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| FR8804680A Expired - Lifetime FR2738398B1 (fr) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Panneau dephaseur a diodes et son application a une lentille hyperfrequence et une antenne a balayage electronique |
Country Status (3)
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| FR (1) | FR2738398B1 (fr) |
| GB (1) | GB2465210B (fr) |
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