FR2945674A1

FR2945674A1 - Beam misaligning device for beam scanning antenna in airplane, has prisms positioned in angular manner along radiation axis and producing inflexion of beam of antenna with variable amplitude relative to angular positioning between prisms

Info

Publication number: FR2945674A1
Application number: FR0902366A
Authority: FR
Inventors: Christian Renard
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2010-11-19
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: FR2945674B1

Abstract

The device has two prisms (40, 42) i.e. dielectric material disks, placed in a path of electromagnetic waves and movable around a fixed electromagnetic wave radiation axis (ZZ'). The prisms respectively include four external surfaces (44, 46, 48, 50) and two ends, where the prisms are positioned in an angular manner with respect to each other along the radiation axis. The prisms produce inflexion of a beam of a beam scanning antenna (30) with variable amplitude relative to the angular positioning between the prisms. An independent claim is also included for a beam scanning antenna comprising a motor.

Description

DISPOSITIF DE DEPOINTAGE DU FAISCEAU D'UNE ANTENNE ET ANTENNE A BALAYAGE DE FAISCEAU UTILISANT LE DISPOSITIF DEVICE FOR DEPOWERING THE BEAM OF AN ANTENNA AND BEAM SCANNING ANTENNA USING THE DEVICE

L'invention concerne le domaine des antennes mécaniquement fixes, avec balayage du faisceau de rayonnement d'une onde électromagnétique. The invention relates to the field of mechanically fixed antennas, with scanning of the radiation beam of an electromagnetic wave.

Les systèmes actuels permettant de pointer le faisceau fixe d'une antenne dans une direction quelconque de l'espace utilisent différents dispositifs et procédés, à savoir • Par la mise en oeuvre d'une motorisation à deux ou trois axes de rotation pour pointer le faisceau fixe d'une antenne de type cornet, réflecteur ou réseau, dans une direction définie par les angles de rotation autour desdits axes de rotation (exemple : antenne parabole ou antenne réseau à fentes positionnées en pointe avant d'avion) • Par l'utilisation d'un plan réflecteur mobile positionné devant une antenne à faisceau fixe pour défléchir le faisceau dans la direction définie par les lois de la réflexion (exemples : antenne de type réflecteur Cassegrain inverse) • Par l'utilisation de déphaseurs ou lignes à retard dans une antenne réseau à balayage électronique classique permettant de générer un éclairement à loi de phase linéaire, dont l'axe et la pente définissent l'inclinaison du front d'onde et la déflexion du faisceau (exemple : antenne active à balayage électronique ou AESA pour Active Electronic Scanned Antenna en langue anglaise. • Par l'utilisation de lentilles artificielles à éléments commandables (diodes, MEMs) associés à une antenne à balayage électronique constituée d'une antenne à faisceau fixe permettant de générer un éclairement dont la loi de phase définit l'inclinaison du front d'onde et la déflexion du faisceau (exemple : antenne RBE2 du radar équipant l'avion de désignation commerciale Rafale) Néanmoins ces dispositifs de l'état de l'art pour dépointer le faisceau d'une antenne fixe comportent des inconvénients. En effet, les systèmes à motorisation à deux ou trois axes nécessitent des mécanismes de précision capables de supporter des mouvements rapides et des arrêts et retournements brusques. Les systèmes à plan réflecteur mobile nécessitent une surface de réflecteur suffisante pour intercepter le faisceau de l'antenne, limitant en cela le domaine de pointage du faisceau ou les performances du système (gain, lobes). Les antennes réseaux à balayage électronique sont complexes à mettre en oeuvre, donc généralement onéreuses. La maîtrise de la consommation et de la dissipation thermique peuvent constituer des points difficiles. Les antennes à balayage électronique par l'utilisation de lentilles artificielles sont complexes à mettre en oeuvre, et la maîtrise de la polarisation et des performances peuvent constituer un point délicat. Current systems for pointing the fixed beam of an antenna in any direction of space use different devices and methods, namely • By implementing a motorization with two or three axes of rotation to point the beam fixed of a horn, reflector or network type antenna, in a direction defined by the rotation angles around said axes of rotation (example: dish antenna or slot network antenna positioned at the nose before the plane); a movable reflective plane positioned in front of a fixed beam antenna to deflect the beam in the direction defined by the laws of reflection (examples: inverse Cassegrain reflector type antenna) • By the use of phase shifters or delay lines in a conventional electronic scanning array antenna for generating linear phase-law illumination, the axis and slope of which define the inclination n wavefront and beam deflection (example: active electronic scanning antenna or AESA for Active Electronic Scanned Antenna in English). • By the use of artificial lenses with controllable elements (diodes, MEMs) associated with a scanning antenna consisting of a fixed beam antenna for generating an illumination whose phase law defines the inclination of the wavefront and the deflection of the beam (example: antenna RBE2 of the radar equipping the Rafale commercial aircraft) Nevertheless, these state-of-the-art devices for detaching the beam from a fixed antenna have drawbacks. Indeed, two or three axis motor systems require precision mechanisms that can withstand fast movements and sudden stops and turns. Mobile reflective plane systems require a sufficient reflector surface to intercept the antenna beam, thereby limiting the beam pointing range or system performance (gain, lobes). The electronic network antennas with electronic scanning are complex to implement, therefore generally expensive. Controlling consumption and heat dissipation can be difficult points. Electronic scanning antennas by the use of artificial lenses are complex to implement, and the control of the polarization and the performances can constitute a delicate point.

Pour pallier les inconvénients des antennes à balayage de faisceau classique, l'invention propose un dispositif de dépointage du faisceau FF d'une antenne, d'axe ZZ' de rayonnement d'ondes électromagnétiques fixe, selon un axe de dépointage DD' et un plan de dépointage Pd orthogonal au plan XY et contenant les axes ZZ' et DD' relativement à un trièdre de référence XYZ, l'axe de dépointage DD' formant avec l'axe de rayonnement ZZ' un angle de dépointage 8, et le plan de dépointage Pd faisant un angle de position avec l'axe X, caractérisée en ce qu'il comporte, dans le trajet des ondes électromagnétiques un premier et un deuxième prismes superposés mobiles autour de l'axe de rayonnement ZZ', chacun des prismes ayant des surfaces externes et deux extrémités, l'indice du matériau composant le prisme étant variable entre ces deux dites extrémités, les prismes pouvant être positionnés angulairement l'un part rapport à l'autre selon ledit axe de rayonnement ZZ', le premier et le deuxième prismes étant configurés pour produire une inflexion du faisceau de l'antenne, selon l'axe de dépointage DD', d'amplitude variable en fonction du positionnement angulaire entre les deux prismes, In order to overcome the drawbacks of conventional beam-scanning antennas, the invention proposes a device for detaching the beam FF of an antenna, of axis ZZ 'of fixed electromagnetic wave radiation, along a deflection axis DD' and a a plane of misalignment Pd orthogonal to the XY plane and containing the axes ZZ 'and DD' relative to a reference trihedron XYZ, the misalignment axis DD 'forming with the radiation axis ZZ' a misalignment angle 8, and the plane of misalignment Pd making an angle of position with the axis X, characterized in that it comprises, in the path of the electromagnetic waves first and second superimposed prisms mobile about the radiation axis ZZ ', each of the prisms having external surfaces and two ends, the index of the material constituting the prism being variable between these two said ends, the prisms being angularly positioned relative to each other along said radiation axis ZZ ', l e first and second prisms being configured to produce an inflection of the beam of the antenna, along the axis of misalignment DD ', of variable amplitude as a function of the angular positioning between the two prisms,

Avantageusement, l'angle de position du plan de dépointage Pd 35 relativement au plan ZX est fonction d'un autre positionnement angulaire w, selon l'axe de rayonnement ZZ' de l'ensemble des deux prismes par rapport à l'antenne. Advantageously, the position angle of the misalignment plane Pd 35 relative to the plane ZX is a function of another angular position w, according to the radiation axis ZZ 'of all the two prisms relative to the antenna.

Dans une réalisation, les prismes sont des disques en matériau diélectrique d'épaisseur constante, d'indice de réfraction croissant linéairement d'une à l'autre extrémité du disque pour obtenir une l'inflexion de l'onde électromagnétique incidente traversant le disque. In one embodiment, the prisms are discs of dielectric material of constant thickness, of refractive index increasing linearly from one to the other end of the disc to obtain an inflection of the incident electromagnetic wave passing through the disc.

Dans une autre réalisation, les prismes sont des disques en matériau diélectrique d'épaisseur constante, d'indice de réfraction croissant de façon discontinue par pas P, d'une à l'autre extrémité du disque pour obtenir une l'inflexion de l'onde électromagnétique incidente traversant le disque. In another embodiment, the prisms are disks of constant thickness dielectric material, of refractive index increasing discontinuously by pitch P, from one to the other end of the disk to obtain an inflection of the incident electromagnetic wave passing through the disk.

Dans une autre réalisation, le coefficient diélectrique (ou permittivité) du matériau constituant le disque étant homogène, le disque comporte des trous perpendiculaires aux surfaces externes de densité de trous croissante d'une extrémité à l'autre du disque, pour obtenir l'indice de diffraction croissant linéairement d'une à l'autre extrémité du disque. In another embodiment, the dielectric coefficient (or permittivity) of the material constituting the disk being homogeneous, the disk has holes perpendicular to the outer surfaces of increasing hole density from one end to the other of the disk, to obtain the index of diffraction linearly increasing from one to the other end of the disc.

Dans une autre réalisation, le prisme, en forme de disque de coefficient diélectrique homogène, comporte une surface en dents de scie de pas S et de hauteur L égale à la longueur d'onde ?, de l'onde électromagnétique traversant le prisme. L'invention concerne aussi une antenne à balayage de faisceau comportant le dispositif de dépointage du faisceau selon l'invention. In another embodiment, the prism, in the form of a disc of homogeneous dielectric coefficient, comprises a sawtooth surface of pitch S and height L equal to the wavelength λ, of the electromagnetic wave passing through the prism. The invention also relates to a beam scanning antenna comprising the beam deflection device according to the invention.

Dans une réalisation de l'antenne à balayage de faisceau, les deux 30 prismes du dispositif de dépointage sont entraînés indépendamment en rotation par une courroie respective entraînée par l'axe d'un moteur respectif pour assurer la rotation angulaire d'un disque par rapport à l'autre et de l'ensemble des deux disques par rapport à l'antenne. 35 La nouvelle architecture de l'antenne à balayage de faisceau permet à partir de deux prismes en rotation autour de l'axe de l'antenne à faisceau fixe de défléchir le faisceau de l'antenne d'un angle de dépointage 0 défini par la position relative des deux prismes et dans un plan de dépointage défini par la position de l'ensemble des deux prismes par rapport à l'antenne à faisceau fixe, indépendamment de la polarisation de l'antenne. In one embodiment of the beam scanning antenna, the two prisms of the misalignment device are independently rotated by a respective belt driven by the axis of a respective motor to provide angular rotation of a disk relative to to the other and all of the two discs with respect to the antenna. The new architecture of the beam scanning antenna makes it possible, starting from two rotating prisms around the axis of the fixed beam antenna, to deflect the beam of the antenna by a misalignment angle θ defined by FIG. relative position of the two prisms and in a misalignment plane defined by the position of the set of two prisms relative to the fixed beam antenna, regardless of the polarization of the antenna.

L'invention sera mieux comprise par des descriptions d'antennes 10 dépointables, selon l'invention, en référence aux figures indexées dans lesquelles - la figue 1 représente un prisme traversé par un rayon lumineux incident à une des surfaces du prisme, - la figure 2 montre la déflexion d'une seule onde traversant un 15 prisme, - la figure 3 montre une représentation simplifiée du dispositif de dépointage, selon l'invention, - les figures 4a et 4b illustrent le principe de fonctionnement du dispositif de dépointage comportant deux prismes, selon l'invention, 20 - la figure 5 représente, sous forme de tableau, les valeurs de l'indice résultant de l'empilement des deux prismes des figures 4a et 4b, - les figures 6a, 6b, 6c, 6d, 6e montrent des variantes de réalisation des prismes du dispositif de dépointage selon l'invention, - les figures 7a et 7b montrent une réalisation pratique d'un dispositif 25 de dépointage, selon l'invention et, - la figure 8 montre un schéma de principe de commande du dispositif des figures 7a et 7b. The invention will be better understood by depointable antenna descriptions 10 according to the invention, with reference to the indexed figures in which - FIG. 1 represents a prism traversed by a light beam incident on one of the surfaces of the prism, FIG. 2 shows the deflection of a single wave crossing a prism; FIG. 3 shows a simplified representation of the misalignment device according to the invention; FIGS. 4a and 4b illustrate the operating principle of the misalignment device comprising two prisms. According to the invention, FIG. 5 represents, in tabular form, the values of the index resulting from the stacking of the two prisms of FIGS. 4a and 4b, FIGS. 6a, 6b, 6c, 6d, 6c. show alternative embodiments of the prisms of the depointing device according to the invention, - Figures 7a and 7b show a practical embodiment of a depointing device 25 according to the invention and - Figure 8 shows a diagram of e control principle of the device of Figures 7a and 7b.

La figure 1 représente un prisme traversé par un rayon lumineux 30 incident à une des surfaces du prisme. Dans la figure 1, un prisme 10, de façon connue, défléchit une onde lumineuse Lm blanche traversant le prisme en fonction de sa longueur d'onde. Le prisme 10 produit une décomposition spectrale Lr, Lv, Lb de la lumière blanche L par réfraction. La déflexion de l'onde en sortie du prisme 35 est variable en fonction de sa longueur d'onde, donc de sa couleur. FIG. 1 represents a prism traversed by a light beam 30 incident on one of the surfaces of the prism. In FIG. 1, a prism 10, in known manner, deflects a white light wave Lm crossing the prism as a function of its wavelength. The prism 10 produces a spectral decomposition Lr, Lv, Lb of the white light L by refraction. The deflection of the wave output of the prism 35 is variable depending on its wavelength, so its color.

De même, un prisme positionné devant une antenne défléchit le front d'onde de l'onde électromagnétique et dévie donc le faisceau rayonné (notion de dépointage du diagramme de rayonnement). Cette déviation est dans l'exemple ci-dessous fonction de l'indice de réfraction diélectrique et de la différence de longueur traversée par les rayons, donc de la hauteur du prisme. La figure 2 montre la déflexion d'une seule onde traversant un prisme. Une onde monochromatique Lc traversant, le p sme de la figure 2 produit un seul angle de déflexion 0 de ladite onde. Similarly, a prism positioned in front of an antenna deflects the wavefront of the electromagnetic wave and thus deviates the radiated beam (notion of misalignment of the radiation pattern). This deviation is in the example below a function of the dielectric refractive index and the length difference traversed by the rays, and therefore the height of the prism. Figure 2 shows the deflection of a single wave crossing a prism. A monochromatic wave Lc crossing, the soul of Figure 2 produces a single deflection angle 0 of said wave.

La figure 3 montre une représentation simplifiée du dispositif de dépointage, selon l'invention, du faisceau de rayonnement fixe d'une antenne. La figure 3 représente une antenne 30 dont on souhaite dépointer le faisceau fixe FF d'axe de rayonnement fixe ZZ' par le dispositif de dépointage selon l'invention. Le dispositif de dépointage et l'antenne 30 sont représentés dans un trièdre de référence XYZ, l'axe du faisceau fixe de l'antenne étant l'axe Z du trièdre. L'antenne antenne 30 fournit, en émission, ou reçoit, en réception, 20 une onde électromagnétique à une seule longueur d'onde X. FIG. 3 shows a simplified representation of the depointing device, according to the invention, of the fixed radiation beam of an antenna. FIG. 3 represents an antenna 30 from which it is desired to detach the fixed beam FF of fixed radiation axis ZZ 'by the misalignment device according to the invention. The misalignment device and the antenna 30 are represented in a XYZ reference trihedron, the axis of the fixed beam of the antenna being the Z axis of the trihedron. The antenna antenna 30 provides, on transmission, or receives, on reception, an electromagnetic wave at a single wavelength X.

Le dispositif de dépointage selon l'invention comporte, du coté du faisceau fixe FF de l'antenne 30, un premier 40 et un deuxième 42 prismes superposés mobiles sous forme de disques d'axe colinéaire à l'axe ZZ' 25 comportant chacun deux surfaces externes parallèles 44, 46, 48, 50 en contact avec le milieu ambiant et au moins deux extrémités 54, 56. La notion d'extrémités du disque est en fait liée à une variation entre ces deux extrémités de l'indice du matériau composant le disque. Les deux prismes 40, 42 placés dans le trajet des ondes 30 électromagnétique reçue ou émises par l'antenne peuvent tourner indépendamment autour de l'axe de rayonnement ZZ' de l'antenne. Le dispositif de dépointage proposé consiste à associer ces deux prismes 40, 42 afin de maîtriser, d'une part, un plan Pd de déflexion (ou de dépointage) et, d'autre part, un angle 0 de déflexion (ou de dépointage), 35 dudit faisceau fixe FF de l'antenne. The misalignment device according to the invention comprises, on the side of the fixed beam FF of the antenna 30, a first 40 and a second 42 superimposed prisms movable in the form of disks of axis collinear axis ZZ '25 each comprising two parallel outer surfaces 44, 46, 48, 50 in contact with the ambient medium and at least two ends 54, 56. The notion of ends of the disc is in fact related to a variation between these two ends of the index of the component material the disc. The two prisms 40, 42 placed in the electromagnetic wave path received or emitted by the antenna may rotate independently about the radiation axis ZZ 'of the antenna. The proposed misalignment device consists in associating these two prisms 40, 42 in order to control, on the one hand, a deflection (or misalignment) plane Pd and, on the other hand, an angle of deflection (or misalignment). , 35 of said fixed beam FF of the antenna.

La figure 3 montre l'angle 6 de déflexion défini comme l'angle entre l'axe de rayonnement ZZ' du faisceau fixe FF et l'axe DD' du faisceau dépointé FD. Le plan de dépointage Pd est le plan contenant le faisceau dépointé FD et l'axe ZZ'. La position angulaire du plan de dépointage Pd par rapport à l'axe XX' est définie par l'angle de position avec l'axe X. FIG. 3 shows the deflection angle δ defined as the angle between the radiation axis ZZ 'of the fixed beam FF and the axis DD' of the unfocused beam FD. The misalignment plane Pd is the plane containing the offset beam FD and the axis ZZ '. The angular position of the misalignment plane Pd with respect to the axis XX 'is defined by the position angle with the axis X.

La maîtrise de l'angle de dépointage 0 et de l'angle de position cl) du plan de dépointage Pd du faisceau fixe est assurée respectivement par une première rotation relative d'angle de rotation a d'un des prismes par rapport à l'autre, autour de leur axe commun ZZ', et par une seconde rotation relative d'angle de position w de l'ensemble des deux prismes par rapport à l'antenne 30. Control of the misalignment angle θ and the position angle c1) of the deflection plane Pd of the fixed beam is ensured respectively by a first relative rotation of rotation angle α of one of the prisms with respect to the other, about their common axis ZZ ', and by a second relative rotation of position angle w of all the two prisms with respect to the antenna 30.

Les figures 4a et 4b illustrent le principe de fonctionnement du dispositif de dépointage comportant deux prismes, selon l'invention. Considérons les deux prismes identiques 40, 42 superposés, chacun sous forme de disque en matériau diélectrique, d'axe de symétrie XX', de hauteur h, dont l'indice de réfraction n (soit 'le si= 1) varie continûment de 1 à 3 d'une extrémité 54 à l'autre 56 du disque selon l'axe XX' La figure 4a montre sous forme de dégradé la variation de l'indice n d'une extrémité à l'autre du disque selon ledit axe de symétrie XX'. La figure 4b montre une vue latérale des deux disques 40, 42, selon un plan perpendiculaire aux disques décalés angulairement d'un angle de rotation a1 prédéterminé. On suppose une onde électromagnétique incidente, sous forme de rayons R parallèles, émise par l'antenne 30 à faisceau fixe FF perpendiculairement aux surfaces externes 44, 46, 48, 50 des disques. Chaque rayon R issu de l'antenne à faisceau fixe 30 traverse le premier prisme 40 (ou lentille) avec un indice local n1 sur une hauteur h, puis le deuxième prisme 42 avec un indice local n2 sur une même hauteur h. Le déphasage apporté sur le rayon R sera donc proportionnel à (n1+n2).h. Dans le dispositif de dépointage selon l'invention, la position angulaire relative des disques, l'un par rapport à l'autre, est définie par l'angle de rotation a. L'angle de rotation a est égal à 0 degrés lorsque les deux disques 40, 42 ont des indices symétriques selon un plan de symétrie PS séparant les deux disques. C'est dans cette configuration avec a =0 degrés que la variation d'indice résultant des deux prismes est la plus importante soit de 2 à 6 d'une à l'autre extrémité du dispositif de dépointage. Figures 4a and 4b illustrate the operating principle of the misalignment device comprising two prisms, according to the invention. Let us consider the two identical prisms 40, 42 superimposed, each in the form of a disc of dielectric material, of axis of symmetry XX ', of height h, whose refractive index n (that is, the si = 1) varies continuously from 1 at 3 from one end 54 to the other 56 of the disc along the axis XX 'FIG. 4a shows in the form of a gradient the variation of the index n from one end to the other of the disc along said axis of symmetry XX '. Figure 4b shows a side view of the two discs 40, 42, in a plane perpendicular to the discs angularly offset by a predetermined angle of rotation a1. An incident electromagnetic wave is assumed, in the form of parallel R-rays, emitted by the fixed beam antenna FF perpendicular to the outer surfaces 44, 46, 48, 50 of the disks. Each ray R coming from the fixed beam antenna 30 passes through the first prism 40 (or lens) with a local index n1 over a height h, then the second prism 42 with a local index n2 on the same height h. The phase shift applied to the radius R will therefore be proportional to (n1 + n2) .h. In the misalignment device according to the invention, the relative angular position of the discs relative to each other is defined by the angle of rotation a. The angle of rotation a is equal to 0 degrees when the two disks 40, 42 have symmetrical indices along a plane of symmetry PS separating the two disks. It is in this configuration with a = 0 degrees that the index variation resulting from the two prisms is the most important, ie from 2 to 6 from one to the other end of the misalignment device.

Lorsque l'angle a entre les deux disques est égal à 180 degrés, l'indice le plus élevé d'un des disques sera face à l'indice le plus faible de l'autre disque au niveau des extrémités 54, 56 des disques, soit un indice résultant des deux prismes constant de 4, d'une à l'autre extrémité du dispositif de dépointage. When the angle α between the two disks is equal to 180 degrees, the highest index of one of the disks will face the lowest index of the other disk at the ends 54, 56 of the disks, an index resulting from the two prisms constant 4, from one to the other end of the misalignment device.

La figure 5 représente sous forme de tableau les valeurs de l'indice résultant (n1 +n2) de l'empilement des deux disques 40, 42 des figures 4a et 4b pour différents angles de rotation a. Le tableau de la figure 5 comporte trois colonnes représentant : - la première colonne, une position angulaire fixe du premier disque 40, - la deuxième colonne, cinq positions angulaires du deuxième disque 42 et, - la troisième colonne, les indices n résultant pour chacune des cinq 20 positions angulaires respectives de l'ensemble des deux disques 40, 42 superposés. L'angle de dépointage 0 du faisceau fixe FF de l'antenne, dans un plan passant par l'axe ZZ', est d'autant plus important que la différence entre les valeurs extrêmes des indices n1 et n2 est importante. La variation 25 maximale de l'indice résultant sera de (n1 +n2) soit 6 dans cette réalisation. Dans la troisième colonne du tableau de la figure 5, la longueur de la flèche F indique en relatif l'amplitude de variation de (n1+n2), donc l'amplitude de l'angle de dépointage 0 du faisceau fixe FF par rapport à l'axe de rayonnement fixe ZZ'. La direction de la flèche F indique la position de 30 l'axe de dépointage DD' du faisceau. La position de l'axe DD' de dépointage est définie par l'angle de position entre un plan Pxz passant par les axes XZ du trièdre XYZ et le plan de dépointage passant par l'axe Z et l'axe de dépointage DD' (voir figure 3). C'est donc la position angulaire relative des deux prismes 40, 35 42 qui fournit l'angle de dépointage 0 du faisceau fixe FF compté à partir de l'axe ZZ' de l'antenne. La rotation de l'angle de position w de l'ensemble des deux prismes 40, 42 ainsi configurés autour de l'axe ZZ' de l'antenne 30 permet d'ajuster la position du plan de dépointage Pd du faisceau FD dépointé. FIG. 5 represents in tabular form the values of the resulting index (n1 + n2) of the stack of the two disks 40, 42 of FIGS. 4a and 4b for different angles of rotation a. The table of FIG. 5 comprises three columns representing: the first column, a fixed angular position of the first disk 40, the second column, five angular positions of the second disk 42 and the third column the resulting indices n for each five respective angular positions of all two disks 40, 42 superimposed. The misalignment angle θ of the fixed beam FF of the antenna, in a plane passing through the axis ZZ ', is all the more important as the difference between the extreme values of the indices n1 and n2 is important. The maximum variation of the resulting index will be (n1 + n2) ie 6 in this embodiment. In the third column of the table of FIG. 5, the length of the arrow F indicates in relative relation the amplitude of variation of (n1 + n2), therefore the amplitude of the misalignment angle 0 of the fixed beam FF with respect to the fixed radiation axis ZZ '. The direction of the arrow F indicates the position of the beam misalignment axis DD '. The position of the misalignment axis DD 'is defined by the position angle between a plane Pxz passing through the XZ axes of the XYZ trihedron and the misalignment plane passing through the axis Z and the misalignment axis DD' ( see Figure 3). It is therefore the relative angular position of the two prisms 40, 42 which provides the misalignment angle θ of the fixed beam FF counted from the axis ZZ 'of the antenna. The rotation of the position angle w of all the two prisms 40, 42 thus configured around the axis ZZ 'of the antenna 30 makes it possible to adjust the position of the misalignment plane Pd of the depointed beam FD.

Ce fonctionnement du dispositif est indépendant de la polarisation de l'antenne 30 à faisceau fixe FF. This operation of the device is independent of the polarization of the fixed beam antenna FF.

Les figures 6a, 6b, 6c, 6d, 6e montrent des variantes de réalisation des prismes du dispositif de dépointage selon l'invention. Figures 6a, 6b, 6c, 6d, 6e show alternative embodiments of the prisms of the misalignment device according to the invention.

Dans une réalisation des prismes 40, 42 représentée à la figure 6a les prismes sont des disques en matériau diélectrique d'épaisseur h constante. L'indice de réfraction n croit croît linéairement d'une 54 à l'autre 56 extrémité du disque pour obtenir une l'inflexion de l'onde électromagnétique incidente traversant le disque. In one embodiment of the prisms 40, 42 shown in FIG. 6a, the prisms are discs of dielectric material of constant thickness h. The refractive index n increases linearly from one 54 to the other 56 end of the disk to obtain an inflection of the incident electromagnetic wave passing through the disk.

Dans une autre réalisation des prismes 40, 42 représentée à la figure 6b les prismes sont des disques en matériau diélectrique d'épaisseur h constante, mais l'indice de réfraction n croît de façon discontinue par pas P, d'une 54 à l'autre 56 extrémité du disque. In another embodiment of the prisms 40, 42 shown in FIG. 6b, the prisms are disks of dielectric material of constant thickness h, but the refractive index n increases discontinuously by pitch P, from a 54 to other 56 end of the disc.

On peut obtenir aussi une déflexion du faisceau incident traversant les disques par diffraction de l'onde électromagnétique incidente. A cet effet dans une variante de réalisation des prismes 40, 42 représentée à la figure 6c chacun des prismes comporte des trous 60 perpendiculaires aux surfaces externes des disques. La densité de trous est croissante d'une extrémité 54 à l'autre 56 du disque, pour obtenir un indice de diffraction croissant linéairement d'une à l'autre extrémité du disque. It is also possible to obtain a deflection of the incident beam passing through the discs by diffraction of the incident electromagnetic wave. For this purpose in an alternative embodiment of the prisms 40, 42 shown in Figure 6c each of the prisms has holes 60 perpendicular to the outer surfaces of the discs. The density of holes is increasing from one end 54 to the other 56 of the disc, to obtain a diffraction index linearly increasing from one to the other end of the disc.

Dans une autre variante, l'indice de diffraction peut être obtenu par une variation de l'épaisseur du prisme d'une à l'autre extrémité du prisme. La figure 6d montre un prisme 64 d'épaisseur croissante d'une extrémité à l'autre du prisme. Cette dernière variante comporte l'inconvénient d'obtenir un prisme ayant une épaisseur trop importante. II est possible de transformer ce prisme 64 à épaisseur variable et 35 éventuellement le rendre plus compact. In another variant, the diffraction index may be obtained by varying the thickness of the prism from one end of the prism. Figure 6d shows a prism 64 of increasing thickness from one end to the other of the prism. This last variant has the disadvantage of obtaining a prism having too great a thickness. It is possible to convert this prism 64 to variable thickness and possibly make it more compact.

La figure 6e représente une réalisation d'un disque compact 68 dérivé du prisme à épaisseur variable 64 de la figure 6d par les techniques suivantes désignées par 'Zonage' de la lentille : à une fréquence donnée, donc, à une longueur d'onde X, donnée dans le milieu diélectrique du prisme, une hauteur L et une hauteur L + kX (voir figure 6d) vont créer pour un rayon un même déphasage modulo 2n. En réduisant localement la hauteur du prisme à une hauteur L, on obtient en final une lentille en 'dents de scie' selon un pas S de répétition des dents. L'ensemble a donc un encombrement global de section rectangulaire de hauteur h1, soit un cylindre pour une lentille devant une antenne d'ouverture circulaire. FIG. 6e shows an embodiment of a compact disc 68 derived from the variable-thickness prism 64 of FIG. 6d by the following techniques designated by 'Zoning' of the lens: at a given frequency, therefore, at a wavelength X , given in the dielectric medium of the prism, a height L and a height L + kX (see Figure 6d) will create for a radius the same phase shift modulo 2n. By locally reducing the height of the prism to a height L, the final result is a 'sawtooth' lens with a pitch S of repetition of the teeth. The assembly therefore has an overall size of rectangular section of height h1, a cylinder for a lens in front of a circular aperture antenna.

Les figures 7a et 7b montrent une réalisation pratique d'un dispositif de dépointage, selon l'invention, d'un faisceau fixe d'une antenne. Le dispositif des figures 7a et 7b est associé à l'antenne 30 à faisceau fixe FF d'axe de rayonnement fixe ZZ' dont on souhaite dépointer le faisceau fixe FF. Figures 7a and 7b show a practical embodiment of a misalignment device according to the invention, a fixed beam of an antenna. The device of FIGS. 7a and 7b is associated with fixed beam antenna FF fixed beam ZZ 'which is desired to detach the fixed beam FF.

Le dispositif comporte deux disques 80, 82 chacun d'épaisseur constante h et d'indice de réfraction croissant linéairement d'une 54 à l'autre 56 extrémité du disque, d'axes de rotation collinaires avec l'axe de rayonnement ZZ' de l'antenne. Les disques 80, 82 sont entrainés indépendamment en rotation par une courroie respective 84, 86. Chaque courroie est entraînée indépendamment par l'axe 88, 90 d'un respectif moteur M1, M2 pour assurer la rotation angulaire d'un disque par rapport à l'autre et de l'ensemble des deux disques par rapport à l'antenne 30. Les disques 80, 82 sont maintenus en positon par leurs bords circulaires 92, 94 à l'aide d'un support 100 solidaire de l'axe ZZ'. Le support 100 comporte une paire de rainures circulaires 102, 104 d'axe ZZ' dans lesquelles se trouvent insérés les bords 92, 94 des disques. Dans cette réalisation des figures 7a et 7b, la rotation des disques dans les rainures du support 100 peut être réalisée, soit par l'intermédiaire des roulements à billes, soit directement par contact avec le support avec faible frottement, pour obtenir une rotation sans résistances des disques 80, 82 dans les rainures du support 100. The device comprises two disks 80, 82 each of constant thickness h and refractive index increasing linearly from one 54 to the other 56 end of the disk, axes of rotation that are hinged to the radiation axis ZZ 'of the antenna. The disks 80, 82 are driven independently in rotation by a respective belt 84, 86. Each belt is driven independently by the axis 88, 90 of a respective motor M1, M2 to ensure the angular rotation of a disk relative to the other and all of the two discs relative to the antenna 30. The discs 80, 82 are held in position by their circular edges 92, 94 with a support 100 integral with the ZZ axis . The support 100 comprises a pair of circular grooves 102, 104 of axis ZZ 'in which the edges 92, 94 of the discs are inserted. In this embodiment of FIGS. 7a and 7b, the rotation of the disks in the grooves of the support 100 can be carried out either by means of the ball bearings or directly by contact with the support with low friction, to obtain a rotation without resistors. discs 80, 82 in the grooves of the support 100.

Dans une variante (non représentée sur les figures) les disques sont entrainés en rotation selon l'axe ZZ' par frottement direct des axes 88, 90 des moteurs MI , M2 sur le respectif bord 92, 94 des disques. In a variant (not shown in the figures), the discs are rotated along the axis ZZ 'by direct friction of the axes 88, 90 of the motors MI, M2 on the respective edge 92, 94 of the discs.

Le dispositif de dépointage selon l'invention comporte aussi une unité centrale UC 110 configurée pour fournir une commande respective de position cml, cm2 aux moteurs M1 et M2 de façon à positionner angulairement les disques, l'un par rapport à l'autre, et l'ensemble des deux disques par rapport à l'antenne 30 à faisceau fixe, pour obtenir un angle de dépointage 0 et un plan de dépointage Pd prédéterminé du faisceau de l'antenne. La figure 8 montre un schéma de principe de commande du dispositif des figures 7a et 7b. L'unité centrale UC 110 reçoit, d'une part, l'angle de dépointage 0 et la position angulaire i) du plan de dépointage Pd souhaités et fournit, d'autre part, des signaux de commandes cml, cm2 des deux moteurs M1, M2 pour le positionnement du disque respectif. The misalignment device according to the invention also comprises a central unit UC 110 configured to provide a respective position command cm1, cm2 to the motors M1 and M2 so as to angularly position the discs relative to each other, and the set of two discs relative to the fixed beam antenna 30, to obtain a misalignment angle θ and a predetermined plane of misalignment Pd of the antenna beam. Figure 8 shows a control block diagram of the device of Figures 7a and 7b. The central unit UC 110 receives, on the one hand, the misalignment angle θ and the angular position i) of the desired misalignment plane Pd and on the other hand provides command signals cm1, cm2 of the two motors M1 , M2 for the positioning of the respective disk.

L'invention concerne aussi une antenne à balayage de faisceau comportant le dispositif de dépointage de faisceau selon l'invention. L'unité centrale UC 100 peut être configurée pour réaliser un dépointage du faisceau de l'antenne variable dans le temps en fournissant aux moteurs M1, M2 une série de commandes respectives de rotation cml, cm2 pour effectuer le balayage par le faisceau de l'antenne d'une zone souhaitée de l'espace. The invention also relates to a beam scanning antenna comprising the beam deflection device according to the invention. The central unit UC 100 can be configured to perform a misalignment of the beam of the variable antenna over time by providing the motors M1, M2 a series of respective commands of rotation cm1, cm2 to perform the scanning by the beam of the antenna of a desired area of space.

Le dispositif de dépointage selon l'invention possède les avantages potentiels suivants : Insensibilité à la polarisation de l'antenne, diminution des coûts par rapport à un dispositif de l'état de l'art, balayage continu du faisceau. The misalignment device according to the invention has the following potential advantages: Insensitivity to the polarization of the antenna, cost reduction compared to a device of the state of the art, continuous scanning of the beam.

En outre le dispositif avec double prisme positionné devant l'antenne à faisceau fixe, ne nécessite ni déphaseur ni système à commutation d'état. Le dispositif est insensible à la polarisation de l'onde émise (ou reçue) par l'antenne et peut fonctionner dans une large bande de fréquence (prismes à indice évolutif) ou être optimisé en bande étroite (prismes avec 'zonage') In addition, the device with a double prism positioned in front of the fixed beam antenna does not require a phase-shifter or a state-switched system. The device is insensitive to the polarization of the wave transmitted (or received) by the antenna and can operate in a wide frequency band (prisms with evolutionary index) or be optimized in narrow band (prisms with 'zoning')

Claims

REVENDICATIONS1. Device for detaching the beam FF of an antenna, axis ZZ 'of fixed electromagnetic wave radiation, along a misalignment axis DD' and a deflection plane Pd orthogonal to the plane XY and containing the axes ZZ 'and DD' relative to a reference trihedron XYZ, the deflection axis DD 'forming with the radiation axis ZZ' a misalignment angle θ, and the misalignment plane Pd making an angle of position i with the axis X, characterized in it comprises, in the path of the electromagnetic waves a first (40, 80) and a second (42, 82) superimposed prisms movable around the radiation axis ZZ ', each of the prisms having external surfaces (44, 46, 48, 50) and two ends (54, 56), the index of the material constituting the prism being variable between these two said ends, the prisms can be positioned angularly (a) relative to each other according to said radiation axis ZZ ', the first and second prisms being configured to produce an inflection (0) of the beam of the antenna (30), along the axis of misalignment DD ', of variable amplitude as a function of the angular positioning between the two prisms,

2. misalignment device according to claim 1, characterized in that the position angle 1) of the misalignment plane Pd relative to the plane ZX is a function of another angular position (w), along the radiation axis ZZ ' of all of the two prisms with respect to the antenna (30).

3. misalignment device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the prisms are discs of dielectric material of constant thickness (h), of refractive index (n) linearly increasing by one (54) ) at the other end (56) end of the disk to obtain an inflection of the incident electromagnetic wave passing through the disk.

4. A misalignment device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the prisms are disks of dielectric material of constant thickness (h), of refractive index (n) increasing discontinuously by pitch P, from one (54) to the other (56) end of the disk to obtain an inflection of the incident electromagnetic wave passing through the disk.

5. A misalignment device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the prisms are discs of dielectric material of constant thickness (h), of diffraction index linearly increasing from one to the other end of the disk to obtain an inflection of the incident electromagnetic wave passing through the disk.

6. A misalignment device according to claim 5, characterized in that the dielectric coefficient (or permittivity) of the material constituting the disk being homogeneous, the disk has holes (60) perpendicular to the outer surfaces (44, 46, 48, 50). increasing hole density from one end to the other of the disk, to obtain the diffraction index increasing linearly from one to the other end of the disk.

7. A misalignment device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the prism, disk-shaped homogeneous dielectric coefficient, has a sawtooth surface pitch S and height L equal to the length of d X-wave of the electromagnetic wave passing through the prism.

8. An antenna beam scanning characterized in that it comprises the beam of the misalignment device according to one of claims 1 to 7.

A beam scanning antenna according to claim 8, characterized in that the two prisms (80, 82) of the misalignment device are independently rotated by a respective belt (84, 86) driven by the axis (88, 90) of a respective motor (MI, M2) to provide angular rotation (a) of one disk relative to the other and all of the two disks relative to the antenna (30).