WO2007006951A1 - Lentille dielectrique - Google Patents

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WO2007006951A1
WO2007006951A1 PCT/FR2006/001651 FR2006001651W WO2007006951A1 WO 2007006951 A1 WO2007006951 A1 WO 2007006951A1 FR 2006001651 W FR2006001651 W FR 2006001651W WO 2007006951 A1 WO2007006951 A1 WO 2007006951A1
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lens
dielectric
face
lens according
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PCT/FR2006/001651
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Inventor
David Clement
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David Clement
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Application filed by David Clement filed Critical David Clement
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/08—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism formed of solid dielectric material

Definitions

  • the present invention relates to a dielectric lens for use as a focusing element for gathering waves at a focal point or for converting spherical waves to plane waves and vice versa.
  • the invention relates more particularly to a dielectric lens which can in particular be used in the millimetric band, in particular for the production of highly directional antennas such as collision avoidance radars, which can notably be used on helicopters, motor vehicles and the like.
  • lenses are based on the geometry or principle of the rays. The success of this method is due to the large dimensions of the lenses compared to the wavelengths. This approach remains valid for the design of lenses in the microwave frequency region, if a certain distance between the wavelength and the diameter of the lens is maintained, the electromagnetic waves being locally flat and propagating in a straight line like the rays. optics.
  • Some lenses used for microwaves are therefore adapted directly from the optics, however the microwave antennas generally use only one element with a specific design because the lenses coming from the optics are often too much heavy, bulky and difficult to manufacture. It is possible to apply at the microwave frequencies lenses with non-spherical surfaces and artificial dielectrics that can not be transposed to optical frequencies.
  • lenses In the field of microwave reception, various types of lenses are usable such as conventional lenses (parabolic, hyperbolic), so-called zoned lenses (with grooves or with ridges such as Fresnel lenses), planar lenses using several dielectrics or metal lenses.
  • Hyperbolic lenses have a very satisfactory performance but also a major disadvantage in that they are heavy, bulky and very difficult to machine.
  • r n is the radius of the different grooves n
  • F is the focal length in meters
  • ⁇ being the wavelength in meters
  • P the Fresnel factor
  • P 2 for a half-wave Fresnel
  • P 4 for a quarter-wave Fresnel
  • n radius number
  • ⁇ r being the permittivity of the dielectric material used.
  • the machining of these lenses is particularly complex, the dimensions of these grooves having significant constraints during the production on the outer edges of the lens where the grooves are moreover in shorter and purposes.
  • the grooves are 1.17 mm wide and 0.645 mm deep. Such dimensions generate great difficulties during the production phase, which generally leads to particularly expensive production.
  • a planar lens is relatively simple to manufacture. However, for use in the millimetric band, the dielectrics, which must have very specific characteristics, having a good behavior concerning the propagation of waves remain rare, and therefore of a high cost.
  • the present invention therefore aims to provide a new dielectric lens that overcomes the disadvantages mentioned above, that is to say that it is relatively simple to manufacture and that it offers performance greater than or equal to all lenses available.
  • the subject of the invention is a dielectric lens consisting of two dielectric materials of different permittivities, characterized in that it consists of two parts, the first part consisting of the first dielectric material having a flat face and a face provided with grooves, the groove radius being defined according to the Fresnel radius formula and the depth of the consecutive grooves being defined in particular according to the permittivities of the two dielectric materials, the second part consisting of the second dielectric material of permittivity different from that of the first and having a planar face and a face provided with grooves, complementary to those provided on the first part so that said face of the second part provided with the grooves is said to be "complementary" to the face having the grooves of the first part; lens presenting from its center towards its perip different zones of permittivity defined by the combination of the grooves of the first part and the grooves of the second part.
  • the lens produced according to the present invention is in the manner of a planar lens provided with several different permittivity zones while presenting only two materials of different permittivity at the base.
  • the complementary grooves "fit together" to form the lens, the plane faces of the two parts being in parallel planes.
  • the lens is preferably in the form of a disc, the first part of the disc or first disc being made in the first dielectric material and the second part of the disc or second disc being made in the second dielectric material of permittivity different from that of the first dielectric material.
  • the lens obtained according to the invention is therefore much more advantageous from an economic point of view than a planar lens while at the same time making it possible to obtain properties identical to this one or even higher.
  • a lens according to the invention no longer has the machining or manufacturing problems that were related to hyperbolic lenses, reflectors and even Fresnel lenses.
  • r n radius of the different segments n (n being integer and corresponding to the segment number)
  • F is the focal length in meters ⁇ being the wavelength in meters
  • This formula making it possible to determine the depth t of the radii therefore advantageously takes into account the absolute value of the difference between the different permittivities ⁇ i and ⁇ 2 of the two materials used.
  • the first part of the lens in one face of which are formed furrows, for example hollow is constituted by the dielectric material of permittivity ⁇ 2 which is lower than the permittivity ⁇ 1 of the other dielectric material.
  • this first part, for example this first disk, of permittivity ⁇ 2 will thus have furrowed grooves while the second portion of permittivity ⁇ i will present, as it were, complementary "raised" grooves of the grooves formed in the dielectric material of permittivity ⁇ 2 .
  • the present invention thus makes it possible to create, within a lens, different permittivity zones in the manner of a planar lens, based exclusively on two starting materials, on the facing of the two parts of the lens made of different permittivities, which leads to define as many areas of different permittivities as defined radii due to the variation in thickness of each of the two dielectric materials.
  • the thickness of dielectric material on either side of the lens can be variable from 0 to infinity.
  • the dielectric materials that can be used to produce the lens according to the invention are chosen firstly according to their performances in the targeted activity domain (loss factor), for example the millimeter domain, the radio frequency domain, the optical wave domain. , etc., and secondly for their ability to be machined "or cast” for the dielectrics resin or thermosetting type.
  • the targeted activity domain for example the millimeter domain, the radio frequency domain, the optical wave domain. , etc.
  • the dielectric materials used for producing the lens according to the present invention may be chosen from dielectric materials such as PVC, a phenol formaldehyde such as that known under the trade name Textolite from General Electric Co, (USA), an acetate of cellulose such as that known under the trade name DUROID, Duroid Covering Co (UK), a polyester resin such as that manufactured under the trade name Ashland.
  • dielectric materials such as PVC, a phenol formaldehyde such as that known under the trade name Textolite from General Electric Co, (USA), an acetate of cellulose such as that known under the trade name DUROID, Duroid Covering Co (UK), a polyester resin such as that manufactured under the trade name Ashland.
  • polycarbonates, polyethanes or epoxy or silicone type resins may also be used, as well as any other thermoplastic or thermosetting materials suitable as dielectric material in the targeted areas of use of the lens.
  • the subject of the present invention is also a method for manufacturing a lens according to the invention in which a first lens portion consisting of the first dielectric material having a flat face and a face in which furrows are formed is machined. grooves being defined according to the Fresnel radius formula and the depth of the consecutive grooves being defined in particular according to the different permittivities of the dielectric materials, the dielectric material intended to constitute the second lens part being molded on the face of the first part provided with furrows to form the lens.
  • Such a manufacturing method according to the invention is therefore simple to implement and therefore economically interesting.
  • the molding of the second material on the first makes it possible to define complementary grooves on the second part formed in the most perfect manner possible, without complex machining operation.
  • a dielectric lens according to the invention may constitute a focusing element gathering waves at a focal point or converting spherical waves into plane waves and vice versa.
  • the invention relates more particularly to a dielectric lens which can in particular be used in the millimetric band, in particular for the production of highly directional antennas such as collision avoidance radars, which can notably be used on helicopters, motor vehicles and the like.
  • a lens according to the invention may advantageously be used as a focusing element in an object detection and / or localization equipment including in particular a transmitter / receiver of radio waves such as a radar, waves sonar such as a sonar or even in medical equipment including a transmitter / receiver of sound waves such as ultrasound, such as an ultrasound. It can also be used in optical equipment such as a telescope, a microscope, and others.
  • the invention also relates to an anti-collision radar for a vehicle, for example a helicopter, a motor vehicle, of the type comprising as a focusing element a dielectric lens according to the present invention, in particular for the millimeter wave band.
  • the object of the invention is also to propose a lens antenna for transmitting / receiving radiofrequency signals comprising a source, such as possibly in the form of a tapered horn, of the "patch" type, etc. and comprising as a focusing element in the opening of said source, a dielectric lens according to the invention, the phase center of the primary source being placed at the focal length of the lens.
  • the invention also relates to a lens antenna for transmitting / receiving signals from the microwave band or signals from the millimeter wave band.
  • An antenna comprising a lens according to the invention can also be used to replace satellite dish antennas.
  • an antenna according to the invention has a more aesthetic character because of its small size and its modular structure unlike parabolas.
  • Figure 1 shows in cross section a Fresnel lens, a planar lens and a lens according to the present invention
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a first example of a lens according to the present invention with respect to a focal plane
  • Figure 3 shows a cross-sectional view of a second example of a lens according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a quarter-wave Fresnel lens consisting of a permittivity material Ei, a planar lens 2 consisting of four different dielectric materials having four different permittivities E 1 , E 2 , E 3 , E 4 and a 3-quarter wave lens according to the present invention.
  • the lens 3 according to the invention has a diameter of 60.91 mm and consists of two disks D1 and D2 in two different materials, one being PVC and the other being known under the trade name DUROID, respectively having a permittivity ⁇ i of 2.83 and ⁇ 2 of 2.2, the DUROID material having good qualities in the millimeter range. It will be necessary to stick several layers of substrate to form the disk D2, so it is important that the other material is easier to work, which is the case of directly machinable PVC.
  • the manufacturing process is given as an example.
  • the disk D2 constituting the first part of the lens 3 consists of the permittivity material ⁇ 2 and has a plane face and a machined face provided with grooves of radius r n corresponding to the Fresnel radius formula, ⁇ being then 9.89 mm, r 2 14.03 mm and so on.
  • the disk D1 constituting the second part of the lens 3 consists of the material (PVC) of permittivity ⁇ i> ⁇ 2 and also has a flat face and a face provided with grooves, these being arranged to "fit" on the machined face of the disk D2.
  • the furrow radii also correspond to the Fresnel radius and depth t formula equal to the depth of the grooves of the disk D2. However, they appear "in relief” unlike those of the disk D2 in "hollow”.
  • the lens 3 then has at least four different permittivity zones E 1 , E 2 , E 3 , E 4 , like the planar lens of FIG. 1b but with only two starting materials. As can be seen in FIG. 2 or in FIG. 1, the lens 3 thus produced is positioned with respect to a focal plane, in the position of use, the portion of lower permittivity D2 being on the right of FIG.
  • Heights h1 and h2 range from 0 to infinity.
  • FIG. 3 shows a half wave lens 4 according to the invention in which the dielectric materials ⁇ i and ⁇ 2 and ⁇ 2 less than ⁇ i are chosen to be different from those of the lens 3 shown in FIG.
  • r n radius of the different segments n (n being integer and corresponding to the segment number)

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne une lentille diélectrique constituée de deux matériaux diélectriques de permittivités (ϵi, ϵ2) différentes. L'invention consiste en ce qu'elle est constitué de deux parties, la première partie étant constituée du premier matériau diélectrique (ϵ2) présentant une face plane et une face pourvue de sillons, le rayon des sillons étant définis selon la formule des rayons de Fresnel et la profondeur des sillons consécutifs étant définis notamment en fonction des permittivités des deux matériaux diélectriques(ϵi, ϵ2), la seconde partie étant constituée du second matériau diélectrique de permittivité (ϵι) différente de celle du premier (ϵ2) et présentant une face plane et une face pourvue de sillons, complémentaires de ceux ménagés sur la première partie de sorte que ladite face de la seconde partie pourvue des sillons est dite « complémentaire » de la face présentant les sillons de la première partie, la lentille présentant depuis son centre vers sa périphérie des zones de permittivité différentes définies par la combinaison des sillons de la première partie et des sillons de la seconde partie.

Description

Lentille diélectrique
La présente invention concerne une lentille diélectrique destinée à être utilisée en tant qu'élément focalisant de manière à rassembler des ondes à un point focal ou à convertir des ondes sphériques en ondes planes et vice-versa.
L'invention vise plus particulièrement une lentille diélectrique pouvant notamment être utilisée dans la bande millimétrique, en particulier pour la réalisation d'antennes très directives comme les radars anti-collision, pouvant notamment être utilisés sur des hélicoptères, des véhicules automobiles et similaires.
Aux fréquences optiques, les lentilles sont basées sur la géométrie ou le principe des rayons. Le succès de cette méthode est dû aux grandes dimensions des lentilles par rapport aux longueurs d'ondes. Cette approche reste valable pour le dessin des lentilles dans la région des fréquences microondes, si on conserve un certain écart entre la longueur d'onde et le diamètre de la lentille, les ondes électromagnétiques étant localement planes et se propageant en ligne droite comme les rayons optiques.
Certaines lentilles utilisées pour les micro-ondes sont donc adaptées directement de l'optique, cependant les antennes micro-ondes n'utilisent en général qu'un seul élément avec une conception spécifique car les lentilles venant de l'optique sont le plus souvent trop lourdes, encombrantes et difficiles à fabriquer. Il est possible d'appliquer alors aux fréquences micro-ondes des lentilles aux surfaces non sphériques et des diélectriques artificiels impossibles à transposer aux fréquences optiques.
Il est donc connu d'utiliser à l'heure actuelle, en tant qu'élément ayant la propriété de concentrer l'onde plane incidente au point focal (élément focalisant) et, en mode de transmission, de convertir une onde sphérique en une onde plane, des réflecteurs et des lentilles. Toutefois, les premiers présentent un inconvénient majeur du fait de leur encombrement ainsi que de leur aspect peu esthétique et les secondes nécessitent souvent un usinage complexe et précis, donc onéreux.
Dans le domaine de la réception de micro-ondes, divers types de lentilles sont utilisables tels que les lentilles classiques (paraboliques, hyperboliques), les lentilles dites zonées (à sillons ou à arêtes tel que des lentilles de Fresnel), des lentilles planaires utilisant plusieurs diélectriques ou encore des lentilles métalliques.
Les lentilles hyperboliques présentent un rendement très satisfaisant mais également un inconvénient majeur en ce qu'elles sont lourdes, volumineuses et très difficiles à usiner.
Les lentilles dites zonées telles que celles dites de Fresnel sont connues depuis de nombreuses années mais ne permettent pas toujours d'atteindre de bons résultats, c'est-à-dire des résultats commercialement intéressants. Il est nécessaire pour construire une lentille de Fresnel de connaître la distance focale ainsi que le rayon des différents sillons creusés et leur profondeur. Ainsi le rayon est donné par la formule :
Figure imgf000004_0001
tandis que la profondeur est donnée par la formule J = * *- 1
dans lesquelles rn est le rayon des différents sillons n, F est la distance focale en mètre, et λ étant la longueur d'onde en mètre, P étant le facteur de Fresnel, P = 2 pour une Fresnel demi-onde, P= 4 pour une Fresnel quart d'ondes,...) et n = numéro du rayon, εr étant la permittivité du matériau diélectrique utilisé.
Par conséquent, l'usinage de ces lentilles, consistant à réaliser des sillons creusés dans le diélectrique est particulièrement complexe, les dimensions de ces sillons présentant des contraintes non négligeables lors de la réalisation sur les bords extérieurs de la lentille où les sillons sont de plus en plus courts et fins. Ainsi, pour une lentille quart d'onde de 67,3 mm de diamètre à 94 GHz, par exemple, les sillons sont de 1,17 mm de large sur 0,645 mm de profondeur. De telles dimensions génèrent de grandes difficultés lors de la phase de réalisation, ce qui généralement entraîne une production particulièrement coûteuse.
Les lentilles planaires basées sur le même principe que les lentilles de Fresnel mais comportant plusieurs diélectriques différents, présentent un avantage certain de par leur forme en disque qui permet notamment une utilisation pour des antennes d'encombrement limité. Une lentille planaire est relativement simple à fabriquer. Toutefois pour une utilisation dans la bande millimétrique, les diélectriques, qui doivent avoir des caractéristiques bien précises, ayant un bon comportement concernant la propagation d'ondes restent rares, et donc d'un coût élevé.
La présente invention a donc pour but de proposer une nouvelle lentille diélectrique qui permet de pallier les inconvénients évoqués ci-dessus, c'est-à- dire qu'elle est relativement simple à fabriquer et qu'elle offre des performances supérieures ou égales à toutes les lentilles disponibles.
A cet effet, l'invention a pour objet une lentille diélectrique constituée de deux matériaux diélectriques de permittivités différentes, caractérisé en ce qu'elle est constitué de deux parties, la première partie étant constituée du premier matériau diélectrique présentant une face plane et une face pourvue de sillons, le rayon des sillons étant définis selon la formule des rayons de Fresnel et la profondeur des sillons consécutifs étant définie notamment en fonction des permittivités des deux matériaux diélectriques, la seconde partie étant constituée du second matériau diélectrique de permittivité différente de celle du premier et présentant une face plane et une face pourvue de sillons, complémentaires de ceux ménagés sur la première partie de sorte que ladite face de la seconde partie pourvue des sillons est dite « complémentaire » de la face présentant les sillons de la première partie, la lentille présentant depuis son centre vers sa périphérie des zones de permittivité différentes définies par la combinaison des sillons de la première partie et des sillons de la seconde partie.
Ainsi de manière avantageuse, la lentille réalisée selon la présente invention se présente à la manière d'une lentille planaire pourvue de plusieurs zones de permittivité différentes tout en ne présentant que deux matériaux de permittivités différentes à la base. Les sillons complémentaires « s'emboîtent » en quelque sorte les uns dans les autres pour former la lentille, les faces planes des deux parties étant dans des plans parallèles.
De manière avantageuse, la lentille se présente de préférence sous la forme d'un disque, la première partie du disque ou premier disque étant réalisé dans le premier matériau diélectrique et la seconde partie du disque ou second disque étant réalisée dans le second matériau diélectrique de permittivité différente de celle du premier matériau diélectrique. Toutefois, on pourra usiner le contour de la lentille selon différents profils souhaités.
La lentille obtenue selon l'invention est donc bien plus avantageuse d'un point de vue économique qu'une lentille planaire tout en permettant d'obtenir des propriétés identiques à celle-ci voire mêmes supérieures.
En outre, son rendement est proche d'une lentille hyperbolique mais présente l'avantage d'être plane ce qui élimine les problèmes d'encombrements et de poids liés aux lentilles hyperboliques.
De plus, une lentille selon l'invention ne présente plus les problèmes d'usinage ou de fabrication qui étaient liés aux lentilles hyperboliques, aux réflecteurs et même aux lentilles de Fresnel.
Chaque rayon est défini selon la formule des rayons de Fresnel:
rn
Figure imgf000006_0001
dans laquelle : rn = rayon des différents segments n (n étant entier et correspondant au numéro du segment) F est la distance focale en mètres λ étant la longueur d'ondes en mètre et P=2' étant le facteur de Fresnel où i est un entier si i=1 la lentille est dite demi- onde, si i=2 la lentille est dite quart d'onde, etc.
Et on obtient de préférence la profondeur t des sillons consécutifs creusés dans l'un des matériaux diélectriques selon la formule suivante :
Figure imgf000007_0001
dans laquelle εi et ε2 représentent les permittivités des deux matériaux diélectriques, εi étant différent de ε2, P=2' est le facteur de Fresnel et λ étant la longueur d'onde.
Et ce jusqu'au Pjème rayon selon la formule des rayons de Fresnel qui marque le retour à la position initiale.
Cette formule permettant de déterminer la profondeur t des rayons prend donc avantageusement en compte la valeur absolue de la différence entre les permittivités différentes εi et ε2 des deux matériaux utilisés.
Selon un premier mode de réalisation d'une lentille selon l'invention, la première partie de la lentille dans une face de laquelle sont ménagés les sillons, par exemple creusés, est constituée du matériau diélectrique de permittivité ε2 qui est inférieure à la permittivité ε1 de l'autre matériau diélectrique. Ainsi cette première partie, par exemple ce premier disque, de permittivité ε2 présentera donc des sillons creusés tandis que la seconde partie de permittivité εi présentera en quelque sorte des sillons « en relief » complémentaires des sillons creusés dans le matériau diélectrique de permittivité ε2. II est également possible de réaliser l'inverse, c'est-à-dire de ménager les sillons présentant un rayon selon la formule des rayons de Fresnel et une profondeur selon la formule ci-dessus dans le matériau de permittivité la plus élevée, par exemple εi si S1 > ε2, puis de réaliser la partie pourvue des sillons « en relief » complémentaires dans la partie constituée du matériau diélectrique présentant la plus faible permittivité ε2.
La présente invention permet donc de créer au sein d'une lentille des zones de permittivité différentes à la manière d'une lentille planaire en se basant exclusivement sur deux matériaux de départ, sur la mise en regard des deux parties de la lentille en matériaux de permittivités différentes, ce qui conduit à définir autant de zones de permittivités différentes que de rayons définis du fait de la variation d'épaisseur de chacun des deux matériaux diélectriques.
Ainsi, on a donc une lentille présentant au moins les mêmes avantages que les lentilles planaires mais qui très avantageusement présente un coût restreint par rapport au coût de fabrication d'une lentille planaire, le nombre de matériaux diélectriques restant limité à deux.
De préférence, l'épaisseur de matériau diélectrique de part et d'autre de la lentille peut être variable de 0 à l'infini.
Les matériaux diélectriques utilisables pour réaliser la lentille selon l'invention sont choisis d'une part selon leurs performances dans le domaine d'activité visé (facteur de pertes), par exemple le domaine millimétrique, le domaine des radiofréquences, le domaine des ondes optiques, etc., et d'autre part pour leur capacité à être usinés « ou coulés » pour les diélectriques de type résine ou thermodurcissable.
Ainsi, les matériaux diélectriques servant à la réalisation de la lentille selon la présente invention peuvent être choisis parmi les matériaux diélectriques tels que du PVC, un phénol formaldéhyde tel celui connu sous la dénomination commerciale Textolite de la société General Electric Co, (USA), un acétate de cellulose tel celui connu sous la dénomination commerciale DUROID, Duroid Covering Co (UK), une résine polyester telle celle fabriquée sous la dénomination commerciale Ashland. De même, les polycarbonates, les polyéthanes ou encore les résines de type époxy ou silicone peuvent également être utilisés, ainsi que tous autres matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables appropriés en tant que matériau diélectrique dans les domaines d'utilisation de la lentille visés.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une lentille selon l'invention dans lequel on usine une première partie de lentille constituée du premier matériau diélectrique présentant une face plane et une face dans laquelle sont ménagés des sillons, le rayon des sillons étant définis selon la formule des rayons de Fresnel et la profondeur des sillons consécutifs étant définis notamment en fonction des permittivités différentes des matériaux diélectriques, le matériau diélectrique destiné à constituer la seconde partie de lentille étant moulé sur la face de la première partie pourvue des sillons pour former la lentille.
Un tel procédé de fabrication selon l'invention est donc simple à mettre en œuvre et par conséquent, économiquement intéressant. De plus, le moulage du second matériau sur le premier permet de définir des sillons complémentaires sur la seconde partie formée de la manière la plus parfaite possible, sans opération d'usinage complexe.
Toutefois, tout autre procédé de fabrication approprié permettant de conduire à une lentille selon la présente invention entre dans le champ de protection de ladite demande. En particulier, un procédé de fabrication dans lequel on usine les deux parties de la lentille, la première partie présentera donc des sillons creusés tandis que la seconde partie présentera en quelque sorte des sillons « en relief » complémentaires des sillons creusés dans ladite première partie. Une lentille diélectrique selon l'invention peut constituer un élément focalisant rassemblant des ondes à un point focal ou convertissant des ondes sphériques en ondes planes et vice-versa.
L'invention vise plus particulièrement une lentille diélectrique pouvant notamment être utilisée dans la bande millimétrique, en particulier pour la réalisation d'antennes très directives comme les radars anti-collision, pouvant notamment être utilisés sur des hélicoptères, des véhicules automobiles et similaires.
Elle peut avantageusement être utilisée dans la région des fréquences microondes, par le choix judicieux des matériaux diélectriques la constituant. L'ensemble du spectre des fréquences et des utilisations possibles d'une lentille diélectrique selon l'invention est vaste et accessible par le choix judicieux des matériaux diélectriques la constituant.
Toutefois, elle peut également être utilisée en tant qu'élément focalisant d'ondes radio, d'ondes optiques, acoustiques etc., se propageant dans tout milieu, air, eau, etc. Ainsi, une lentille selon l'invention peut avantageusement être utilisée en tant qu'élément focalisant dans un équipement de détection et/ou de localisation d'objet comprenant notamment un émetteur/récepteur d'ondes radio tels qu'un radar, d'ondes sonores telles qu'un sonar ou même dans un équipement médical comprenant notamment un émetteur/récepteur d'ondes sonores telles que les ultrasons, comme un échographe. Elle peut également être utilisée dans des équipements optiques tels qu'un télescope, un microscope, et autres.
L'invention a également pour objet un radar anti-collision pour véhicule, par exemple hélicoptère, véhicule automobile, du type comprenant en tant qu'élément focalisant une lentille diélectrique selon la présente invention, notamment pour la bande des ondes millimétriques. L'invention a pour but de proposer également une antenne à lentille pour émettre/recevoir des signaux radiofréquences comprenant une source, telle qu'éventuellement sous forme de cornet effilé, de type « patch », etc. et comportant en tant qu'élément focalisant dans l'ouverture de ladite source, une lentille diélectrique selon l'invention, le centre de phase de la source primaire étant placé à la distance focale de la lentille.
De même, l'invention a également pour objet, une antenne à lentille pour émettre/recevoir des signaux de la bande des micro-ondes ou des signaux de la bande des ondes millimétriques.
Une antenne comportant une lentille selon l'invention peut également être utilisée pour remplacer les antennes paraboliques de réception satellite. En effet, une antenne selon l'invention présente un caractère plus esthétique du fait de son faible encombrement et de sa structure modulable contrairement aux paraboles.
On décrira maintenant l'invention plus en détail en référence au dessin dans lequel :
la figure 1 : représente en coupe transversale une lentille de Fresnel, une lentille planaire et une lentille selon la présente invention ;
la figure 2 : représente une vue en coupe transversale d'un premier exemple de lentille selon la présente invention par rapport à un plan focal ; et
la figure 3 : représente une vue en coupe transversale d'un second exemple de lentille selon la présente invention.
A la figure 1 est représentée une lentille de Fresnel 1 quart d'onde constituée d'un matériau de permittivité Ei, une lentille planaire 2 constituées de quatre matériaux diélectriques différents présentant quatre permittivités différentes E-i, E2, E3, E4 et une lentille 3, quart d'onde, selon la présente invention. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, la lentille 3 selon l'invention présente un diamètre de 60,91 mm et est constituée de deux disques D1 et D2 en deux matériaux différents, l'un étant du PVC et l'autre étant connu sous la dénomination commerciale DUROID, présentant respectivement une permittivité εi de 2,83 et ε2 de 2,2, le matériau DUROID présentant de bonnes qualités dans le domaine millimétrique. On devra coller plusieurs couches de substrat pour constituer le disque D2, il est donc important que l'autre matériau soit plus facile à travailler, ce qui est le cas du PVC usinable directement.
Le procédé de fabrication est donné à titre d'exemple. Le disque D2 constituant la première partie de la lentille 3 est constitué du matériau de permittivité ε2 et présente une face plane ainsi qu'une face usinée pourvue de sillons d'un rayon rn répondant à la formule des rayons de Fresnel, η étant alors de 9,89 mm, r2 de 14,03 mm et ainsi de suite.
La profondeur t de chaque sillon est obtenue par la formule :
Figure imgf000012_0001
et est de 4 mm.
Le disque D1 constituant la seconde partie de la lentille 3 est constitué du matériau (PVC) de permittivité εi > ε2 et présente lui aussi une face plane et une face pourvue de sillons, ceux-ci étant agencés pour « s'emboîter » sur la face usinée du disque D2. Les rayons des sillons répondant eux aussi à la formule des rayons de Fresnel et de profondeur t égale à la profondeur des sillons du disque D2. Toutefois, ils se présentent « en relief » contrairement à ceux du disque D2 en « creux ». La lentille 3 présente alors au moins quatre zones de permittivité différente E1, E2, E3, E4, comme la lentille planaire de la figure 1b mais avec seulement deux matériaux de départ. Comme on peut le voir à la figure 2 ou à la figure 1 , la lentille 3 ainsi réalisée est positionnée par rapport à un plan focal, en position d'utilisation, la partie de plus faible permittivité D2 étant à droite de la figure 2.
Les hauteurs h1 et h2 vont de 0 à l'infini.
A la figure 3, on a représenté une lentille 4, demi onde, selon l'invention dans laquelle les matériaux diélectriques εi et ε2 et ε2 inférieure à εi sont choisis différents de ceux de la lentille 3 représentée à la figure 2.
Chaque rayon est défini selon la formule :
Figure imgf000013_0001
dans laquelle : rn = rayon des différents segments n (n étant entier et correspondant au numéro du segment)
F est la distance focale en mètres λ étant la longueur d'ondes en mètre et P=2' étant le facteur de Fresnel où i est 1 , la lentille est dite demi-onde.
Et on obtient la profondeur t des sillons consécutifs creusés dans le matériau diélectrique selon la formule suivante :
Figure imgf000013_0002
Dans laquelle εi > ε2, P=2 est le facteur de Fresnel et λ étant la longueur d'onde. On définit ainsi deux zones Ea et Eb, se répétant. Enfin, les exemples donnés n'ont été fournis que pour mieux fixer les idées et ne sauraient constituer une quelconque limitation de la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Lentille diélectrique constituée de deux matériaux diélectriques de permittivités (εi, ε2) différentes, caractérisé en ce qu'elle est constitué de deux parties, la première partie étant constituée du premier matériau diélectrique (ε2) présentant une face plane et une face pourvue de sillons, le rayon des sillons étant définis selon la formule des rayons de Fresnel et la profondeur des sillons consécutifs étant définis notamment en fonction des permittivités des deux matériaux diélectriques(εi, ε2), la seconde partie étant constituée du second matériau diélectrique de permittivité (εt) différente de celle du premier (ε2) et présentant une face plane et une face pourvue de sillons, complémentaires de ceux ménagés sur la première partie de sorte que ladite face de la seconde partie pourvue des sillons est dite « complémentaire » de la face présentant les sillons de la première partie, la lentille présentant depuis son centre vers sa périphérie des zones de permittivité différentes définies par la combinaison des sillons de la première partie et des sillons de la seconde partie.
2. Lentille selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la profondeur des sillons est déterminée selon la formule suivante :
Figure imgf000015_0001
dans laquelle εi et ε2 représentent les permittivités des deux matériaux diélectriques, εi étant différent de ε2, P=2' est le facteur de Fresnel et λ étant la longueur d'onde.
3. Lentille selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le rayon des sillons est défini selon la formule des rayons de Fresnel suivante :
Figure imgf000016_0001
dans laquelle: rn = rayon des différents segments n (n étant entier et correspondant au numéro du segment), F est la distance focale en mètres, λ étant la longueur d'ondes en mètre et P=2' étant le facteur de Fresnel où i est un entier.
4. Lentille selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un disque, la première partie du disque ou premier disque étant réalisé dans le matériau diélectrique de permittivité εx et la seconde partie du disque ou second disque étant réalisée dans le second matériau diélectrique de permittivité ε2 .
5. Lentille selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le contour de la lentille est usinable selon différents profils souhaités.
6. Lentille selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la première partie de la lentille dans une face de laquelle sont ménagés les sillons est constituée du matériau diélectrique de permittivité
(ε2) qui est inférieure à la permittivité (z\) de l'autre matériau diélectrique, la seconde partie étant constituée du second matériau diélectrique de permittivité
(S1) et présentant une face plane et une face pourvue de sillons, complémentaires de ceux ménagés sur la première partie de sorte que ladite face de la seconde partie pourvue des sillons est dite « complémentaire » de la face présentant les sillons de la première partie, la lentille présentant depuis son centre vers sa périphérie des zones de permittivité différentes définies par la combinaison des sillons de la première partie et des sillons de la seconde partie.
7. Lentille selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les matériaux diélectriques sont choisis de préférence parmi les matériaux diélectriques tels que du PVC, un phénol formaldéhyde tel celui connu sous la dénomination commerciale Textolite de la société General Electric Co, (USA), un acétate de cellulose tel que tel celui connu sous la dénomination commerciale DUROID - Duroid Covering Co1(UK), une résine polyester telle celle fabriquée sous la dénomination commerciale Ashland, les polycarbonates, les polyéthanes ou encore les résines de type epoxy ou silicone ainsi que tous autres matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables appropriés en tant que matériau diélectrique.
8. Lentille selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur (h-i, h2) de matériau diélectrique de part et d'autre de la lentille est variable de 0 à l'infini.
9. Procédé de fabrication d'une lentille selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on usine une première partie constituée du premier matériau diélectrique présentant une face plane et une face dans laquelle sont ménagés des sillons, le rayon des sillons étant définis selon la formule des rayons de Fresnel et la profondeur des sillons consécutifs étant définis notamment en fonction des permittivités (ε1; ε2) des matériaux diélectriques, le matériau diélectrique destiné à constituer la seconde partie de la lentille étant moulé sur la face de la première partie pourvue des sillons pour former la lentille.
10. Elément focalisant rassemblant des ondes à un point focal, caractérisé en ce qu'il est constitué par une lentille diélectrique selon l'une des revendications 1 à 8.
11. Elément focalisant convertissant des ondes sphériques en ondes planes et vice- versa, caractérisé en ce qu'il est constitué par une lentille diélectrique selon l'une des revendications 1 à 8.
12. Radar anti-collision pour véhicule, tel qu'un hélicoptère, un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte en tant qu'élément focalisant une lentille selon l'une des revendications 1 à 8, notamment pour la bande des ondes millimétriques.
13. Antenne à lentille pour émettre/recevoir des signaux radiofréquences comprenant une source primaire, telle que sous forme de cornet effilé, ou de patch, caractérisée en ce qu'elle comporte en tant qu'élément focalisant dans l'ouverture de la dite source une lentille diélectrique selon l'une des revendications 1 à 8, le centre de phase de la source primaire étant placé à la distance focale de la lentille.
14. Equipement de détection et de localisation d'objets, comprenant notamment un émetteur/récepteur d'ondes radio, caractérisé en ce qu'il comporte en tant qu'élément focalisant une lentille diélectrique selon l'une des revendications 1 à 8.
15. Equipement de détection et de localisation d'objets, comprenant notamment un émetteur/récepteur d'ondes sonores, caractérisé en ce qu'il comporte en tant qu'élément focalisant une lentille diélectrique selon l'une des revendications 1 à 8.
16. Equipement médical, comprenant notamment un émetteur/récepteur d'ondes sonores telles que les ultrasons, caractérisé en ce qu'il comporte en tant qu'élément focalisant une lentille diélectrique selon l'une des revendications 1 à 8.
17. Equipement optique tel qu'un télescope, caractérisé en ce qu'il comporte en tant qu'élément focalisant une lentille diélectrique selon l'une des revendications 1 à 8.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2510164A (en) * 2013-01-28 2014-07-30 Bae Systems Plc Directional radio frequency band and optical frequency band antenna
US9761941B2 (en) 2013-01-28 2017-09-12 Bae Systems Plc Directional multiband antenna
US11239566B2 (en) * 2019-09-26 2022-02-01 Corning Incorporated Fresnel phase lenses for 5G applications

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3069380B1 (fr) * 2017-07-24 2019-10-04 Universite De Rennes 1 Lentille pour systeme antennaire

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4804970A (en) * 1985-05-06 1989-02-14 Harris Corp. Equiphase refractive antenna lens
US5486950A (en) * 1992-07-09 1996-01-23 Flat Antenna Company Limited Phase correcting zone plate
EP0789421A2 (fr) * 1996-02-12 1997-08-13 BOEING NORTH AMERICAN, Inc. Antenne de radar légère et durable à lentille
DE19703095C1 (de) * 1997-01-29 1998-06-04 Bosch Gmbh Robert Gehäuse oder Gehäuseteil für eine Mikrowellen-Sende- und/oder Empfangseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Radarsystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4804970A (en) * 1985-05-06 1989-02-14 Harris Corp. Equiphase refractive antenna lens
US5486950A (en) * 1992-07-09 1996-01-23 Flat Antenna Company Limited Phase correcting zone plate
EP0789421A2 (fr) * 1996-02-12 1997-08-13 BOEING NORTH AMERICAN, Inc. Antenne de radar légère et durable à lentille
DE19703095C1 (de) * 1997-01-29 1998-06-04 Bosch Gmbh Robert Gehäuse oder Gehäuseteil für eine Mikrowellen-Sende- und/oder Empfangseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Radarsystem

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2510164A (en) * 2013-01-28 2014-07-30 Bae Systems Plc Directional radio frequency band and optical frequency band antenna
US9761941B2 (en) 2013-01-28 2017-09-12 Bae Systems Plc Directional multiband antenna
US11239566B2 (en) * 2019-09-26 2022-02-01 Corning Incorporated Fresnel phase lenses for 5G applications

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