Brevet FR2069900A1 — publié le 19710910

La présente invention se rapporte aux antennes directives à balayage électronique comportant un réseau d'éléments rayonnants disposés sur une surfs ce sphérique. Dans les antennes connues de ce type, les éléments rayonnants sont tous réunis entre eux par des lignes d'alimentation avec pertes disposées,de préférence,suivant des méridiens et des parallèles, sur la sphère dont la surface est une portion, et un système de commutation permet de connecter un quelconque parmi les éléments rayonnants au système dwutilisation de l'antenne.Les antennes de ce type permettent à la fois de s'affranchir de l'ensemble des déphaseurs nécessaires dans le cas des antennes comportant des éléments rayonnants répartis sur une surface plane, et d'effectuer un balayage plus large ou t avec ces dernières. Cependant l'utilisation de lignes à pertes prévue pour limiter les sources rayonnant simultanément à celles situees au voisinage de la source alimentée. c'est-à-dire encore pour atténuer les lobes secondaires, entraîne, outre une grosse dépense en énergie, qui peut être parfois prohibitive, un échauffement difficilement admissible. D'autre part pour limiter suffisamment les déphasages parasites entre les éléments rayonnants dfls à la sphéricité de la surface de l'antenne, le rayon de la sphère doit Autre grand et encombrement de l --renne peut deve- nir important. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle a pour origine la remarque, que si la distance entre éléments rayonnants est réduite à une valeur inférieure à #. l'avance de phase qui en résulte peut compenser le retard de phase dû à la sphéricité et la ddsadapta- tion, qui s'ensuit également rend superflu l'emploi de lignes avec pertes. Elle a pour objet une antenne à balayage électronique du type comportant une borne d'utilisation, un réseau d'éléments rayonnants disposés sur une surface sphérique, et espacés d'une distance dont l'ordre de grande est celui de la longueurd'onde d'utilisation de l'ontenne, les divers ç -ts étant interconnectés les uns aux autres par des lignes d'alimentation, et un système de commutation permettant de connecter un élément quelconque parmi un ensem- ble d'éléments rayonnents à la borne d'utilisation de l'antenne, ladite antenne étant caractérisée en ce que la longueur de chaque tronçon élémentaire de ligne reliant deux éléments rayonnants voisins est inférieure à la longueur d'onde d'utilisation h et en ce que lesdites lignes sont sensiblement sans pertes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparat tront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation de l'an- tenne suivant l'invention respectivement en vue de dessous et en coupe suivant un parallèle. Les figures 3 et 4 représentent un second mode de réalisation de l'antenne suivant l'invention respectivement une de dessous et en coupe suivant un parallèle. et la figure 5 représente à titre de appel un exemple de schéma synoptique du système de comatation d'une antenne sphérique à balayage électronique. L'antenne, représentée aux figures 1 et 2, ou 3 et 4, comporte essen tiellement un réseen d'éléments rayonnants 1 disposés sensiblement régulièrement sur une portion de sphère. Ces éléments sont situés aux intersections des méridiens 7001, 7002, etc... et des parallèles 8001, 8002, 8003. etc..., au voisinage du plan équatorial défini par oeux-ci, espacés sensiblement régulièrement les uns des autres d'une distance du même ordre de grandeur que la longueur d'onde d'utilisation. Ces méridiens et parallèles, représentés en traits mixtes, constituent les axes de symétrie des lignes d'alimentation sans pertes,3, interconnentant les éléments rayonnants. BSen entendu, par t;lignes sans pertes on entend des lignes dont les pertes sont négligeables par opposition aux lignes avec petes dont l'ordre de grandeur des pertes est ter que celles-ci doivent entre prises e considé- ration pour le calcul de puissance. Une surface métallique sphérique 2 fait fonction de masse électrique pour les lignes d'alimentation et de réflecteur pour les éléments rayonnants. Les éléments rayonnants traversent cette surface dans les trous 6. Le fonctionnement est le suivant lorsqu'on relie un élément la tel que 1.0 figures 2 et 4s à une source, tous les éléments 1 outour de loO sonQ alimentés par l'intemédiaire des lignes 3 dont chaque tronçon élémentaire, c'est-à-dire reliant deux sources adjacentes, a une longueur électrique e inférieure à . La longueur e étant inférieure à A, a il apparait entre un élément rayonnant quelconque et l'élément alimenté directement par aa ligne principale d'alimentation (l.o sur la figure) une avance de phase qui compense au moins partiellement le retard provoqué par la courbure de l'antenne : on peut donc admettre pour cette dernière, pour une erreur de phase donnée, une courbure plus grande que dans le cas où e est sensiblement égal à /. Un calcul approché montre que la compensation est optimale si l'on prend le rayon R de la sphère satisfaisant la relation où 4n est l'ordre de grandeur du nomore d'éléments qui doivent rayonner simultanément. Dans ce cas, le raccourcissement de chaque tronçon de ligne K exprimé en longueur d'ondes est le suivant K X ë et le rapport e/ de la longueur des tronçons élémentaires de ligne à la longueur d'onde d'utilisation est égal à 1 - # Le raccourcissement des lignes de \ à e provoque une désadaptation des éléments rayonnants, désadaptation qui crott avec leur éloignement par rapport à l'élément alimenté par la ligne principale : ceci explique la possi bilité dtinterconnecter les éléments par des lignes sans pertes, ce qui n'est pas possible lorsque l'on prend e = Ainsi à titre d'exemple le calcul complet montre que pour n 5 25 (soit par exemple 2601 éléments par plage de rayonnement), en prenant ail = 0,80, R/2 = 274 et une longueur électrique de chaque élément,supposé sans perte,de 354-, on obtient un diagramme de rayonnement d'ouverture égale à 1,8 à 3 dB, et dont le lobe secondaire de niveau le plus élevé a son ma- ximum à 23 dB en dessous de celui du lobe principal. L'antenne ainsi réalisée est très directive et de ce fait sa largeur de bande est très étroite. Afin d'élargir celle-ci on peut introduire entre les différents éléments des dipôles de compensation, soit en parallèle comme représenté aux figures 1 et 2, soit en série comme représenté aux figures 3 et 4, les élé- ments 41 (figures 3 et 4) représentant des lignes de longueur électrique 180- à la fréquence d'utilisation et respectivement d'impédance élevée et d'impédance faible par rapport à celle des tronçons de lignes joignant deux éléments voisins. Dans le premier cas-compensation en parallèle - la ligne @e eompen6a- tion est chargée en 51 par une résistance faible ; dans le second cas - compensation série - la ligne de compensation, 42 est en série avec une résine tance 52 élevée.Les résistances 51 et 52 peuvent bien entendu entre remplacées par des pertes réparties le long des lignes 41 et 42 respectivement, les per tes nécessaires, qui ne concernent ici que les lignes de compensation étant d'un ordre de grandeur considérablement moindre que celui des pertes nécessaires dons le cas des antennes où les tronçons de ligne ont des longueurs élec- triques égales à A , les pertes concernant alors les lignes d'interconnexion des éléments rayonnants. A titre d'exemple, une antenne du type représenté aux figures 1 et 2 adaptée pour une fréquence d'utilisation de 9 Gc/s permet, pour une ouver ture de 5 à à 3 dB, une largeur totale de bande d'utilisation de 1 Gc/s. A titre de rappel on a représenté titre 5 schématiquement un exemple de système de commutation de l'antenne à son dispositif d'utilisation dans l'hypothèse où chaque élément rayonnant est connecté directement à celui- ci. Le système d'utilisation 9 (récepteur, émetteur ou émetteur-récepteur) est connecté à l'entrée 71 du co m tteur 7. Celui-ei relie son entrée 71 à l'entrée de l'un des cormutateurs 100,..50Q, 600.., suivant l'ordre reçu sur son entrée de commande 70 connectée à une sortie de synchronisation 60 du système 6. Chaque commutateur 100,... 500, 600... connecte son entrée ..502, 602... à l'un des éléments rayonnants situés respectivement sur le méridien 7001,... 7005, 7006... Les commutateurs 100... 500, 600 ..., sont commandés respectivement par un ordre envoyé sur leurs entrées de commande 101, 501, ces dernières étant reliées ensemble à une sortie de synchronisation 61 du système 6. Cette commutation à deux étages permet de sélectionner d'abord un ridien grâce au commutateur 7 puis de connecter un élément rayonnant désire de ce méridien au système d'utilisation 6 grâce au com-ntateur correspondant 100,..500, 600,... Bien entendu on peut réaliser la disposition contraire et sélectionner sabord un parallèle puis un élément rayonnant sur ce parallèle. Bien entendu l'invention n1 est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés uniquement à titre d'exemples. Notamment il n'est pas obligatoire que tous les éléments puissent entre connectés directement au dispositif d'utilisation mais seulement "Ès faisant partie dtun ensemble prédéterminé. REVENDICATIONS 1. Antenne à balayage électronique du type comportant une borne d'uti- lisation, un réseau d'éléments rayonnants disposés sur une surface sphérique, et espacés d'une distance dont l'ordre de grandeur est celui de la longueur d'onde d'utilisation de l'antenne, les divers éléments étang interconnectés les uns aux autres par des lignes d'alimentation, et un système de commuta- tion permettant de connecter un élément quelconque parmi un ensemble délé- ments rayonnants à la borne d'utilisation de l'antenne, ladits antenne étant caractérisée en ce que la langueur de chaque tronçon élémentaire de ligne reliant deux éléments rayonnants voisins est imférieure à la longueur d'onde d'utilisation A et en ce que lesdites lignes jnt sensiblement sans pertes. 2. Antenne suivant l revendication 1, caractérisée en ce que lesdites lignes d'alimentation sont disposées suivant des parallèles et des méridiens de la sphère. 3. Antenne suivant la revendication 1 ou la revendication 2 pour une utilisation dans une large bande de fréquence. caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des lignes de compensation placées en parallèle sur les tronçons de lignes joignant les éléments rayonnants. 4. Antenne suivant la revendication 3 caractérisée en ce que chaque ligne de compensation est chargée par une resistance faible. 5. Antenne suivant la revendication 3 caractérisée en ce que la ligne de compensation est une ligne avec pertes. 6. Antenne suivant la revendication 1 ou la revendication 2 peur une utilisation dans une large bande de fréquence caractérisée en ce qu elle comporte en outre, en série avec chaque tronçon de ligne joignant d@@@ élé ments rayonnants, une ligne de compensation. 7. Antenne suivant la revendication 6 caractérisée en ce que chaque ligne de compensation est en série avec une résistance élevée. 8. Antenne suivant la revendication Ó caractérisée en ee que lesll- gnes de compensation sont des lignes ayant des tortes non négligeables.