FR2490025A1 - Antenne du type cornet monomode ou multimode comprenant au moins deux voies radar et fonctionnant dans le domaine des hyperfrequences - Google Patents

Abstract

ANTENNE, DU TYPE CORNET COMPRENANT AU MOINS DEUX VOIES RADAR, COMPORTANT UN CORNET 7 REALISANT LA PREMIERE VOIE ET DANS LEQUEL EST IMPLANTE UN ENSEMBLE RAYONNANT REALISANT UNE OU PLUSIEURS AUTRES VOIES, CET ENSEMBLE ETANT CONSTITUE D'ELEMENTS RAYONNANTS 9 ET DE LEURS LIGNES D'EXCITATION DEPOSES SUR DES PLAQUETTES DIELECTRIQUES 10, ET LES POLARISATIONS RESPECTIVES DES ONDES RAYONNEES D'UNE PART PAR LE CORNET ET D'AUTRE PART PAR L'ENSEMBLE RAYONNANT ETANT CROISEES. APPLICATION AUX SOURCES PRIMAIRES ECLAIRANT UN SYSTEME OPTIQUE FOCALISANT ET AUX RADIATEURS D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES.

Description

L'invention est relative à une antenne du type cornet, monomode ou multimode comprenant au moins deux voies radar et fonctionnant dans le domaine des hyperfréquences. Cette antenne peut être utilisée comme radiateur d'ondes électromagnétiques rayonnant seul directement le signal d'émission radar et recevant en retour des signaux électromagnétiques ou comme source primaire éclairant un système optique focalisant. Dans ce cas la directivité du faisceau rayonné est beaucoup plus grande que celle de la source seule.

Les systèmes focalisants nécessitant un illuminateur placé en leur foyer tel qu'une antenne à deux voies radar sont notamment:
- les miroirs ou réflecteurs paraboliques dont la découpe peut être rectangulaire ou elliptique;
- les réflecteurs à double courbure en C ou en S; ce type de réflecteur permet de réaliser une couverture dans le plan de site particulière dite "en cosécante carrée"
- les lentilles passives ;
- les lentilles actives permettant le balayage électronique de l'espace par le faisceau rayonné;
- les reflect - array ou antenne réseau à déphasage par réflexion.

Dans l'art antérieur, une antenne présentant deux, voire trois voies radar, était obtenue selon deux techniques différentes. Suivant la première technique, la seconde voie radar est réalisée par deux, quatre ou même six dipôles implantés judicieusement aux alentours du cornet réalisant la première voie radar, c'est à dire dans la région focale du système optique focalisant éclairé par cette antenne. Les polarisations des ondes émises respectivement par ces deux voies radar peuvent être soit croisées soit colinéaires ; dans ce dernier cas, l'adjonction de filtres de découplage est souvent nécessaire.

L'inconvénient présenté par cette technique est Effet de masque produit -par les dipôles ajoutés autour du cornet. En effet l'accroissement de l'encombrement du plan focal du réflecteur éclairé diminue son ouverture rayonnante donc nuit aux caractéristiques de rayonnement. Dans le cas où l'antenne est centrée, il arrive qu'il soit- impossible de réaliser une seconde voie radar à cause de cet effet de masque dégradant trop les caractéristiques de rayonnement.

Suivant la deuxième technique de réalisation d'une antenne à deux voies radar, on injecte le signal de la seconde voie à l'intérieur de la gorge du cornet émettant le signal de la première voie. Deux méthodes d'injection existent: la première consiste à placer une petite antenne du type cross-bar ou plongeur à l'intérieur du guide d'alimentation du cornet, la polarisation de l'onde émise par le plongeur devant être croisée par rapport à celle de l'onde émise par le cornet. Un inconvénient de cette méthode vient de ce qu'il est impossible de focaliser correctement le rayonnement de cette seconde voie, le point focal du réflecteur illuminé étant occupé par le cornet, d'où une détérioration des caractéristiques de rayonnement.

La seconde méthode d'injection consiste à modifier progressivement la section du cornet, sur toute la longueur de celui-ci comme cela est représenté sur la figure 1. La section droite 1 du cornet 2, alimenté par le guide d'onde 6, est en H, en tout point du cornet 2, et on place une petite antenne 3 à l'entrée du cornet afin que l'onde quelle rayonne se propage principalement entre les arêtes des moulures 4 et 5 ainsi réalisées, avec une- polarisation croisée par rapport à celle de l'onde rayonnée par le cornet. La largeur L de ces moulures 4 et 5 est déterminée pour permettre la propagation de l'onde émise par la seconde voie radar mais elle entraxe généralement une mauvaise adaptation de la première voie.

De plus, si le centre de phase du cornet se situe dans le plan de son ouverture, ce n'est pas le cas du centre de phase de la seconde source radar, d'où des caractéristiques de rayonnement non optimales. De plus encore pour obtenir un fonctionnement correct de la seconde voie radar, le cornet ne doit rayonner que selon un seul mode de propagation à l'exclusion de tout autre mode supérieur, ce qui n'est pas toujours le cas; en effet, il peut être utile d'adjoindre une seconde voie radar à une source dans laquelle se propagent plusieurs modes, cas d'une source multimode.

On peut noter à ce propos qu'il n'est pas possible de réaliser sous forme de kit une telle antenne, dest à dire d'intégrer la seconde voie radar dans son cornet déjà existant et réalisant la première voie radar, puisqu'il faut réaliser un nouveau cornet avec une section droite particulière et permettant l'émission et la réception des deux voies radar.

L'objet de l'invention est une antenne du type cornet ayant au moins deux voies radar, visant à remédier aux inconvénients cités.

Selon une caractéristique de l'invention, l'antenne du type cornet comporte, implanté dans le cornet réalisant la première voie radar, un ensemble rayonnant constitué d'éléments rayonnants et de leurs lignes d'excitation déposés sur des plaquettes minces de matériau diélectrique, les polarisations des ondes rayonnées respectivement par le cornet et par l'ensemble rayonnant devant être croisées.

Selon une autre caractéristique, les éléments rayonnants portés par les plaquettes diélectriques sont des dipôles, des yagi, des lignes à fentes évasées, etc... photogravés sur des plaquettes de matériau diélectrique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa paîtront dans la description qui suit, illustrée par les figures suivantes qui, outre la figure I illustrant une réalisation d'une antenne selon l'art antérieur, représentent:
- la figure 2 : un exemple de réalisation d'une antenne à deux voies radar selon l'invention;
- les figures 3 à 8 : différentes configurations possibles de l'ensemble rayonnant implanté dans le cornet pour réaliser l'antenne selon l'invention;
- la figure 9 : une autre réalisation d'une antenne selon l'invention, comportant plusieurs plaques diélectriques porteuses d'éléments rayonnants;
- la figure 10 t un exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention, dans laquelle les modes de propagation supérieurs parasites sont supprimés;
- la figure Il : un exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention, à laquelle sont associés des éléments rayonnants extérieurs au cornet.

La figure 2 représente un exemple de réalisation d'une antenne à deux voies radar selon l'invention, constituée par un cornet 7, alimenté classiquement par un guide d'onde 8 et réalisant la première voie radar et par un ensemble rayonnant placé dans le cornet, réalisant la seconde voie radar. Cet ensemble est constitué par un élément rayonnant 9 déposé sur une plaquette de substrat diélectrique 10 et rayonnant une onde dont la polarisation est croisée par rapport à celle de l'onde émise par le cornet 7. Cette plaquette 10 est placée dans le plan médian du cornet pour des raisons de symétrie de rayonnement évidentes et perpendiculai- rement à la direction de polarisation de l'onde émise par ce dernier.

Dans le cas de la figure, cet élément rayonnant 9 est une ligne à fente évasée, c'est à dire dont la distance d entre les deux bords 11 et 12 de la fente croît de l'extrémité où est située sa ligne d'excitation 13 à l'extrémité située au bout de la plaquette 10. La ligne d'excitation est photogravée sur la plaquette 10 du côté opposé à la ligne à fente 9 et est reliée au dispositif d'alimentation extérieur par une prise coaxiale 14 placée sur le cornet 7. La plaquette de matériau diélectrique est de faible épaisseur - de l'ordre de 2, mm pour du verre résine époxy - et l'élément rayonnant 9 - ici la ligne à fente - ainsi que sa ligne d'excitation 13 sont déposés dessus selon les procédés classiques de photogravure-
Ainsi, la réalisation pratique d'une telle antenne est très aisée et ne nécessite pas d'interventions mécaniques compliquées - il suffit parfois d'un simple collage de la plaquette le long des parois du cornet - Elle présente de plus l'avantage de s'adapter facilement à n'importe quel cornet réalisant la première voie radar, sans avoir à le modifier.Les deux voies radar sont totalement indépendantes et il est possible de faire coïncider leurs deux centres de phase pour accroître les performances de l'antenne, en réglant la position de la plaquette à l'intérieur du cornet. Sur la figure 2, on constate qu'une partie de la plaquette 10 est extérieure à l'ouverture du cornet.

Trois cas d'implantation de la seconde voie radar dans le cornet sont possibles, étant entendu que les polarisations des deux voies radar sont toujours croisées l'une par rapport à l'autre.

Dans un premier cas, les dimensions du cornet ne permettent pas la propagation de modes parasites supérieurs au mode de propagation du cornet et qui seraient dus à l'excitation de la seconde voie radar. Dans ce cas le plus favorable, on place simplement l'ensemble rayonnant, constitué par une ou plusieurs plaquettes de matériau diélectrique porteuses d'éléments rayonnants, dans le cornet et son rayonnement est correct.

Dans un second cas, les dimensions du cornet permettent la propagation de modes supérieurs parasites générés par la seconde voie radar. Pour remédier à cet inconvénient, on place plusieurs plaques métalliques ou diélectriques partiellement ou entièrement métallisées de part et d'autre de la plaquette diélectrique médiane active, perpendiculairement à l'onde rayonnée par le cornet. Ces plaques métalliques étant orthogonales à la polarisation de l'onde générée par la gorge du cornet, elles ne gênent nullement la propagation de l'onde rayonnée par ce dernier. Ce cas se présente lors de l'utilisation d'une ligne à fente rayonnante pour constituer le boitier lui servant de blindage, dans le but d'éviter l'excitation de modes supérieurs parasites.

Enfin, dans un troisième cas, les dimensions du cornet empêchent toute propagation d'une onde générée par une seconde voie radar. Dans ce cas le plus défavorable, la ou les plaques diélectriques porteuses d'éléments rayonants sont placées et dimensionnées par rapport au cornet de sorte que les éléments rayonnants sont à l'extérieur du cornet. En raison d'une modification des caractéristiques de rayonnement initiales du cornet due à la présence de ces éléments rayonnants, une retouche des dimensions de son ouverture permet de compenser les perturbations.

Les figures 3 à 8 montrent différentes configurations possibles des plaques diélectriques porteuses d'éléments rayonnants qui sont implantées dans le cornet pour réaliser l'antenne selon l'invention.

Dans le cas de la figure 3, les éléments rayonnants, sont deux lignes à fente évasées 15 et 16 déposées sur un côté d'une plaquette diélectrique 17, leurs lignes d'excitation 18 et 19 distinctes étant déposées sur l'autre côté. Cet ensemble de lignes à fente accroît la directivité de l'antenne.

Sur la figure 4, les deux lignes à fentes évasées 20 et 21 sont excitées ensemble par un coupleur 22, déposé de l'autre côté de la plaquette diélectique 23 opposé aux lignes.

La figure 5 représente un élément rayonnant constitué par un dipôle onde entière 24 dont les brins 25 et 26 d'une part et 27 et 28 d'autre part sont déposés respectivement d'un côté et de l'autre de la plaquette diélectrique 29. Cela permet une meilleure symétrie du rayonnement d'un tel dipôle. La ligne 30 d'alimentation de ce dipôle est déposée sur une des faces de la plaquette. On peut réaliser de même un dipôle demi ou quart d'onde.

La figure 6 montre un élément rayonnant de la seconde voie radar, constitué par un réseau de deux dipôles 32 et 31 onde-entière.

Sur la figure 7 est représenté un élément rayonnant 33 en log périodique déposé sur une plaquette diélectrique 330 et excité par une ligne 331 et sur la figure 8, l'élément rayonnant est réalisé en technologie microstrip, c'est à dire que sur une première face d'une plaquette diélectrique 38 est déposé un plan métallique 35, dit plan de masse, et sur une seconde face opposée à la première est déposée la ligne d'excitation 36 de l'élément rayonnant constitué par des morceaux métalliques 34 photogravés et de répartition log-périodique.

Dans tout ce qui vient d'être décrit, l'ensemble rayonnant réalisant la seconde voie radar de l'antenne selon l'invention est constitué par des éléments rayonnants déposés sur une ou plusieurs plaquettes de matériau diélectrique, placées perpendiculairement à la direction de polarisation de l'onde émise par le cornet. L'épaisseur d'une plaquette ou de deux plaquettes accolées étant très inférieure à la longueur d'onde de fonctionnement de la première voie radar, leur présence dans le cornet ne perturbe pas la propagation de l'onde générée par la gorge de ce dernier.

Sur la figure 9 est représentée une antenne selon l'invention, comportant plusieurs plaques 39, 40 et 41 de matériau diélectrique, porteuses d'éléments rayonnants 42 de la seconde voie radar de l'antenne. Ces plaques- sont disposées à l'intérieur du cornet 43 de façon à réaliser un réseau en plan E ou en plan H ou mixte E et H.

Leur position relative par rapport aux côtés du cornet 43 est telle que leurs prolongements théoriques vers le guide 430 se coupent au centre géométrique G du cornet. Dans le cas de cette figure, les plaques 39 et 41 sont entièrement implantées dans le cornet 43 ne dépassant pas de son ouverture 44, mais cette implantation est fonction des dimensions des éléments rayonnants par rapport à celles du cornet.

On peut également réaliser une antenne à deux voies radar en plaçant une partie des éléments rayonnant la seconde voie sur les parois latérales internes mêmes du cornet.

Dans tous les cas de réalisation, le plan de court-circuit associé aux plaques porteuses d'éléments rayonnants est placé à un quart d'onde de ceux-ci ou à un quart d'onde de leur ligne d'excitation à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement de ces éléments. Ce plan de court-circuit est constitué par un réseau de rubans métalliques 52 parallèles portés par une plaque diélectrique 53 parallèle au plan comprenant l'ouverture du cornet, comme le montre la figure 10.

La figure 11 montre un exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention, à laquelle sont associés des éléments rayonnants extérieurs au cornet. En dehors du cornet 45, sont associés à l'élément rayonnant 46 déposé sur une plaquette diélectrique 47 deux éléments rayonnants 48 et 49 du même type, déposés aussi sur des plaquettes de matériau diélectrique 50 et 51. Mais on peut leur associer aussi des éléments rayonnants d'un autre type, entièrement métalliques par exemple. Une telle disposition permet d'améliorer le diagramme de rayonnement de la seconde voie radar en accroissant sa directivité.

Ainsi a été décrite une antenne du type cornet monomode ou multimode à au moins deux voies radar, qui peut être utilisée comme source primaire ou comme radiateur d'ondes. On peut également associer plusieurs de ces antennes pour constituer un réseau linéaire ou plan, ou bien encore pour réaliser une antenne à balayage électronique fonctionnant dans deux bandes de fréquences distinctes.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Antenne du type cornet monomode ou multimode comprenant au moins deux voies radar, fonctionnant dans le domaine des hyperfréquences, caractérisée en ce qu'elle comporte, implanté dans le cornet (7) réalisant la première voie radar, un ensemble rayonnant réalisant une ou plusieurs autres voies radar et constitué par des éléments rayonnants (9) et leurs lignes d'excitation déposés sur au moins une plaquette (10) mince de matériau diélectrique, les polarisations des ondes rayonnées respectivement par le cornet (7) et par l'ensemble rayonnant devant être croisées et le plan de court-circuit associé aux éléments rayonnants étant placé à un quart de la longueur d'onde de ceux-ci.

2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble rayonnant réalisant la seconde voie radar est constitué par une seule plaquette diélectrique porteuse d'éléments rayonnants placée dans le plan médian du cornet perpendiculairement à la direction de polarisation de l'onde émise par le cornet.

3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble rayonnant est constitué par plusieurs plaquettes diélectriques (39, 40 et 41) porteuses d'éléments rayonnants, placées de part et d'autre de la plaquette médiane (40) et perpendiculairement à la direction de polarisation de l'onde émise par le cornet (7).

4. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments rayonnants portés par les plaquettes diélectriques sont des brins quart d'onde, ou des dipôles demi ou onde entière (24) ou des lignes à fentes rayonnantes évasées.

5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les éléments rayonnants sont photogravés sur une ou plusieurs plaquettes de matériau diélectrique.

6. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plan de court-circuit associé aux éléments rayonnants est constitué par un réseau de rubans métalliques parallèles (52) portés par une plaque diélectrique (53) perpendiculaire aux plaquettes diélectriques porteuses des éléments rayonnants.

7. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur des plaquettes (10) diélectriques porteuses d'éléments rayonnants (9) est très petite devant la longueur d'onde de fonctionnement de la première voie radar.

8. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaquettes de matériau diélectrique sont en verre résine époxy.

9. Antenne selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que, au moins un élément rayonnant (48-49) extérieur au cornet (45) est associé à un ou plusieurs éléments rayonnants (46) placés dans le cornet.

10. Antenne selon la revendication 9 caractérisée en ce que les éléments rayonnants extérieurs sont situés de part et d'autre du cornet (45).

11. Source primaire éclairant un système optique focalisant constituée par une antenne du type cornet comportant au moins deux voies radar selon l'une des revendications 1 à 9.

12. Radiateur d'ondes électromagnétiques constitué par une antenne du type cornet comportant au moins deux voies radar selon l'une des revendications 1 à 8.

13. Réseau linéaire ou plan constitué d'antennes rayonnantes selon l'une des revendications 1 à 9.

14. Antenne à balayage électronique fonctionnant dans deux bandes de fréquences distinctes et constituée par un réseau linéaire ou plan d'antennes rayonnantes selon l'une des revendications 1 à 9.