EP0065467A1 - Radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement - Google Patents

Radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement Download PDF

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EP0065467A1 EP82400899A EP82400899A EP0065467A1 EP 0065467 A1 EP0065467 A1 EP 0065467A1 EP 82400899 A EP82400899 A EP 82400899A EP 82400899 A EP82400899 A EP 82400899A EP 0065467 A1 EP0065467 A1 EP 0065467A1
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/06—Details
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction

Definitions

  • the present invention relates to a circularly polarized electromagnetic wave radiator. It preferably operates in the microwave domain and can be used as a primary source illuminating a focusing optical system or as a radiating element of an array antenna.
  • such a wave radiator is constituted by two complementary sources nested one inside the other.
  • the two sources are a dipole 1 photogaved on a dielectric plate 2 placed in the median longitudinal plane * T ' of a waveguide 3 (with rectangular carrying section) and two waveguides 4 and 5, produced from the waveguide 3 divided into two guides of reduced height, by the plate 2.
  • These two guides 4 and 5 are excited by plungers 6, connected to a supply line 7 while the dipole 1 is connected to its supply line 8 by a balun 9.
  • the circularly polarized electromagnetic wave radiator consists of by a wave radiator.
  • circularly polarized electromagnetic consisting of a waveguide 8 and a dipole 9, characterized in that the dipole is excited directly by the waveguide and is such that the two supply lines 11 of its strands 13 are arranged in the extension of the two larger dimensions of the guide 8 and are constituted by metal tongues symmetrical with respect to the longitudinal axis of symmetry ( ⁇ ) of the guide and that its two strands 13 are themselves formed by tongues metal symmetrical with respect to the axis ( ⁇ ), placed perpendicular to the supply lines 11 and in contact with them, a reflective element 14 placed on the periphery of the radiating opening 10 of the guide 8 being associated with them.
  • FIGS. 2 and 3 represent two nonlimiting examples of a circularly polarized wave radiator.
  • This phase quadrature is performed when the two phase centers of the two complementary antennas are combined.
  • FIG. 2 represents an exemplary embodiment of a circular polarized wave radiator made up of two complementary sources, a waveguide 8 and a dipole 9, each emitting a wave with rectilinear polarization.
  • the supply lines 11 of the strands of the dipole 9, each consisting of a metal tab, are located in the extension of the two long sides 12 of the guide, symmetrically with respect to to the longitudinal axis ( ⁇ of symmetry of the guide.
  • the strands 13 of the dipole consist of metal strips perpendicular to the supply lines 11 in contact with them, located in the plane of the long sides of the waveguide.
  • the dimensions lines 11 help the impedance matching between the dipole and the waveguide.
  • the dipole 9 is excited directly by the waveguide 8 and the coincidence of the two phase centers of these sources is made possible by the presence of a metal edge 14, placed around the periphery of the radiating opening 10 of the guide and perpendicular to the four sides of this guide.
  • a metal edge 14 placed around the periphery of the radiating opening 10 of the guide and perpendicular to the four sides of this guide.
  • the phase center of the waveguide 8 is in the plane of its radiating opening 10 and the phase center of the dipole 9 provided with the reflective element constituted by the metal edge. 14 is in the plane thereof, so indeed in the plane of the opening of the guide.
  • the waveguide 15 is constituted by a parallelepipedal block 16 of dielectric material, metallized on its four faces parallel to the longitudinal axis of symmetry ⁇ , over a length The inferior to the length L of the dielectric block itself.
  • the supply lines 17 of the strands 18 of the dipole 19 are metal tabs, deposited by photogavure on the dielectric block 16, in the extension of the two larger faces of the waveguide.
  • the strands 18 of the dipole they are formed by the extension of the tongues constituting the lines, but arranged perpendicular to them.
  • the dimensions of the waveguide 15 are such that the level of the polarization of the wave emitted by the latter is equal to that of the polarization of the wave emitted by the dipole 19. Unlike FIG. 2, where the transition between the supply lines and the strands of the dipole is brutal, in Figure 3 the transition takes place very gradually.
  • the reflective element 20, associated with the dipole is constituted by a metallic periphery, placed at 90 ° to the sides of the waveguide and bonded to the metallization of the latter.
  • the strands of the dipole may have a length equal to a quarter or a half or to the wavelength at the central frequency of the operating band of this dipole.
  • the rectangular section waveguide has the internal dimensions. 72.13mm x 28.4mm; the radiating element is constituted by metal edges 22mm wide placed perpendicular to the two larger faces of the guide and 10mm wide for those placed perpendicular to the other two faces.
  • the supply lines and the strands of the dipole are made of brass, 2 mm thick, their respective lengths being close to a quarter and a half wavelength at the central frequency of the operating band of the dipole.
  • the cross section of the waveguide constituting the wave radiator may be as rectangular as square or circular, provided that the mode of propagation in the guide is the fundamental mode.

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Abstract

Radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement constitué d'un guide d'onde (8) à section rectangulaire et d'un dipôle (9), excité directement par le guide et placé dans le prolongement de ses faces de plus grandes dimensions, et associé à un élément réflecteur (14) permettant la coïncidence des deux centres de phase respectifs du guide et du dipôle. Utilisation dans une antenne réseau.

Description

  • La présente invention est relative à un radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement. Il fonctionne de préférence dans le domaine des hyperfréquences et est utilisable comme source primaire éclairant un système optique focalisant ou comme élément rayonnant d'une antenne-réseau.
  • La réalisation d'un radiateur d'onde à polarisation circulaire à partir de sources à polarisation rectiligne peut être faite suivant deux combinaisons. On utilise soit deux sources identiques - deux dipôles au deux fentes - disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, soit deux sources complémentaires superposées, comme un dipôle et une fente par exemple.
  • Suivant un exemple de réalisation de l'art antérieur, un tel radiateur d'onde est constitué par deux sources complémentaires imbriquées l'une dans l'autre. Comme le montre la figure 1, les deux sources sont un dipôle 1 photogavé sur une plaque diélectrique 2 placée dans le plan longitudinal médian *T'd'un guide d'ondes 3 (à section rectangulaire porteur) et deux guides d'ondes 4 et 5, réalisés à partir du guide d'onde 3 partagé en deux guides de hauteur réduite, par la plaque 2. Ces deux guides 4 et 5 sont excités par des plongeurs 6, reliés à une ligne d'alimentation 7 tandis que le dipôle 1 est relié à sa ligne d'alimentation 8 par un symétriseur 9.
  • La réalisation d'un tel radiateur d'onde est relativement compliquée, puisqu'elle nécessite entre autres l'installation des deux alimentations, l'une pour le dipôle et l'autre pour les guides d'ondes. D'autre part, les deux guides d'onde ayant une hauteur réduite n'ont pas une très grande tenue en puissance.
  • Le but de la présente invention est de réaliser un radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement, échappant aux inconvénients cités de l'art antérieur. Suivant l'invention, le radiateur d'onde électromagnétique polarisé circulairement est constitué par un radiateur d'onde. électromagnétique polarisée circulairement constitué d'un guide d'onde 8 et d'un dipôle 9, caractérisé en ce que le dipôle est excité directement par le guide d'onde et est tel que les deux lignes d'alimentation 11 de ses brins 13 sont disposées dans le prolongement des deux faces de plus grandes dimensions du guide 8 et sont constituées par des languettes métalliques symétriques par rapport à l'axe longitudinal de symétrie (Δ) du guide et que ses deux brins 13 sont constitués eux-mêmes par des languettes métalliques symétriques par rapport à l'axe (Δ), placées perpendiculairement aux lignes d'alimentation 11 et en contact avec elles, un élément réflecteur 14 placé sur le pourtour de l'ouverture rayonnante 10 du guide 8 leur étant associé.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description illustrée par les figures 2 et 3 qui représentent deux exemples non limitatifs d'un radiateur d'onde polarisée circulairement.
  • Pour réaliser un radiateur d'onde électromagnétique dont la polarisation est circulaire, à partir de deux sources émettant des . ondes à polarisation rectiligne, il faut qu'il y ait au moins deux composantes égales en amplitude, orthogonales dans l'espace et en quadrature dans le temps. La polarisation circulaire de l'onde résultante sera dite de droite ou de gauche suivant que la quadrature de phase entre les deux composantes sera en avance ou en retard.
  • Lorsque les deux sources émettant des ondes- à polarisation rectiligne ne sont pas de même nature, mais sont complémentaires, comme celles réalisant l'objet de l'invention, il est démontré d'après le principe de Babinet que les diagrammes de ces deux antennes sont théoriquement les mêmes dans tous les plans à condition de faire correspondre le champ magnétique E de l'antenne complémentaire. A grande distance ces deux sources complémentaires émettent des ondes dont les deux polarisations sont orthogonales et égales en amplitude dans toutes les directions de l'espace et en quadrature de phase.
  • Cette quadrature de phase est réalisée lorsque les deux centres de phase des deux antennes complémentaires sont confondus.
  • La figure 2 représente un exemple de réalisation d'un radiateur d'onde à polarisation circulaire constitué de deux sources complémentaires, un guide d'onde 8 et un dipôle 9, émettant chacune une onde à polarisation rectiligne.
  • A partir de l'ouverture rayonnante 10 du guide d'onde 8, les lignes d'alimentation 11 des brins du dipôle 9, constituées chacune par une languette métallique, sont situées dans le prolongement des deux grands côtés 12 du guide, symétriquement par rapport à l'axe longitudinal (Δ de symétrie du guide. Les brins 13 du dipôle sont constitués par des bandes métalliques perpendiculaires aux lignes d'alimentation 11 en contact avec elles, situées dans le plan des grands côtés du guide d'onde. Les dimensions des lignes 11 aide à l'adaptation d'impédance entre le dipôle et le guide d'onde.
  • Le dipôle 9 est excité directement par le guide d'onde 8 et la coïncidence des deux centres de phase de ces sources est rendue possible par la présence d'un bord métallique 14, placé sur le pourtour de l'ouverture rayonnante 10 du guide et perpendiculaire aux quatre côtés de ce guide. En effet le centre de phase du guide d'onde 8 se trouve dans le plan de son ouverture rayonnante 10 et le centre de phase du dipôle 9 muni de l'élément réflecteur constitué par le bord métallique. 14 se trouve dans le plan de celui-ci, donc bien dans le plan de l'ouverture du guide.
  • Suivant un autre mode de réalisation pratique de l'invention, représenté sur la figure 3, le guide d'onde 15 est constitué par un bloc 16 parallèpipèdique de matériau diélectrique, métallisé sur ses quatre faces parallèles à l'axe longitudinal de symétrie Δ, sur une longueur L'inférieure à la longueur L du bloc diélectrique lui-même. Les lignes d'alimentation 17 des brins 18 du dipôle 19 sont des languettes métalliques, déposées par photogavure sur le bloc diélectrique 16, dans le prolongement des deux faces de plus grandes dimensions du guide d'onde. Quant aux brins 18 du dipôle, ils sont constitués par le prolongement des languettes constituant les lignes, d'alimentation, mais disposés perpendiculairement à ceux-ci. Les dimensions du guide d'onde 15 sont telles que le niveau de la polarisation de l'onde émise par ce dernier est égal à celui de la polarisation de l'onde émise par le dipôle 19. Contrairement à la figure 2, où la transition entre les lignes d'alimentation et les brins du dipôle est brutale, sur la figure 3 la transition se fait très progressivement.
  • L'élément réflecteur 20, associé au dipôle, est constitué par un pourtour métallique, placé à 90° des côtés du guide d'onde et collé à la métallisation de celui-ci.
  • Dans tous les cas de réalisation, les brins du dipôle peuvent avoir une longueur égale au quart ou à la demi ou à la longeur d'onde à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement de ce dipôle.
  • Selon un exemple particulier de réalisation pratique d'un radiateur d'onde polarisée circulairement, selon l'invention, fonctionnant dans la bande des longueurs d'onde voisines de 10 cm, le guide d'onde à section rectangulaire a pour dimensions intérieures. 72,13mm x 28,4mm ; l'élément rayonnant est constitué par des bords métalliques de 22mm de large placés perpendiculairement aux deux faces de plus grande dimensions du guide et de 10mm de large pour ceux placés perpendiculairement aux deux autres faces. Les lignes d'alimentation ainsi que les brins du dipôle sont en laiton, de 2mm d'épaisseur, leurs longueurs respectives étant voisines du quart et de la demi longeur d'onde à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement du dipôle. Dans tout ce qui précède, la section droite du guide d'onde constituant le radiateur d'onde peut être aussi bien rectangulaire que carrée ou circulaire, à la condition que le mode de propagation dans le guide soit le mode fondamental.
  • Ainsi vient d'être décrit un radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement, pouvant être utilisé seul comme source primaire d'un réflecteur, ou comme élément d'une antenne réseau, à déphasage ou non, lorsqu'il est associé à d'autres sources.

Claims (7)

1. Radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement constitué d'un guide d'onde (8) à section rectangulaire et d'un dipôle (9), caractérisé en ce que le dipôle est excité directement par le guide d'onde et est tel que les deux lignes d'alimentation (11) de ses brins (13) sont disposées dans le prolongement des deux faces de plus grandes dimensions du guide (8) et sont constituées par des languettes métalliques symétriques par rapport à l'axe longitudinal de symétrie (Δ) du guide et que ses deux brins (13) sont constitués eux-même par des languettes métalliques symétriques par rapport à l'axe (à), placées perpendiculairement aux lignes d'alimentation (11) et en contact avec elles, un élément réflecteur (14) placé sur le pourtour de l'ouverture rayonnante (10) du guide (8) leur étant associé.
2. Radiateur d'onde selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément réflecteur (14) associé au dipôle (9) est réalisé par un bord métallique placé sur le pourtour de l'ouverture rayonnante (10) du guide d'onde (8) et perpendiculaire aux quatre côtés de ce guide, permettant la coïncidence des deux centres de phase respectifs du dipôle et du guide.
3. Radiateur d'onde selon la revendication 2, caractérisé en ce que le guide d'onde (8) a une section droite qui est rectangulaire, carrée circulaire, telle que le mode fondamental seul se propage dans le guide.
4. Radiateur d'onde selon la revendication 2, caractérisé en ce que les languettes métalliques constituant les lignes d'alimentation (11) ont une largeur déterminée, réalisant l'adaptation d'impédance entre le guide d'onde (8) et le dipôle (9).
5. Radiateur d'onde selon la revendication 4, caractérisé en ce que le guide d'onde (8) est constitué par un bloc (16) parallèlépi- pédique de matériau diélectrique métallisé sur ses quatre faces parallèles à l'axe longitudinal de symétrie (Δ'), sur une longeur L' inférieure à la longeur L du bloc diélectrique lui-même.
6. Radiateur d'onde selon la revendication 5, caractérisé en ce que les lignes d'alimentation (17) et les brins (18) du dipôle (19) sont constitués par les languettes métalliques couchées sur le bloc diélectrique (16).
7. Utilisation du radiateur d'onde selon l'une des revendications précédentes dans une antenne réseau.
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