Brevet FR2101220A1 — publié le 19720331

La présente invention concerne les antennes radio-électriques, et plus précisément, celles qui mettent en oeuvre des ondes à polarisation rectiligne et assurent une réflection et une transmission sélectives au niveau de certaines surfaces. 5 Les brevets britanniques N° 700 868, N° 716 939 et N° 898 935 décrivent des exemples de telles antennes, mais l'invention s'applique à d'autres dispositifs qu'à ceux décrits dans ces brevets. La possibilité de faire tourner le plan de polarisation d'une onde à polarisation rectiligne dépend d'une surface qui réfléchit ou transmet l'onde 10 en fonction de l'angle du plan de polarisation de l'onde incidente avec la surface, .Cependant, un inconvénient des dispositifs connus est qu'ils ne peuvent fonctionner qu'à une seule fréquence. L'invention concerne une antenne radio-électrique destinée à assurer une rotation du plan de polarisation d'une onde à polarisation rectiligne, 15 pour au moins deux fréquences de l'onde incidente. Plus précisément, l'invention concerne une antenne radio-électrique comprenant un ensemble réflecteur destiné à faire tourner le plan de polarisation d'une onde incidente à polarisation rectiligne, l'ensemble comprenant plusieurs grilles conductrices placées devant un réflecteur, 20 l'admittance des grilles séparées et la distance entre elles d'une part, et entre elles et le réflecteur d'autre part, étant telle que, pour chacune des fréquences de travail, les admittances de l'ensemble pour les composantes perpendiculaires d'une onde prédéterminée à polarisation rectiligne et tombant sur 1'ensemble,soient d'amplitudes à peu près inverses et de signes 25 opposés* L'antenne peut comprendre deux grilles comprenant chacune un réseau de conducteurs parallèles dont la direction fait un angle d'environ 45° avec le plan de polarisation de l'onde incidente. L'une des deux grilles peut se trouver à environ un quart de longueur 30 d'onde du réflecteur,pour la première fréquence prétéderminée, et la seconde grille peut se trouver dans la zone d'une position de court-circuit, en ce qui concerne l'admittance d'entrée relative à une onde incidente ayant la première fréquence. L'ensemble réflecteur peut comprendre, en combinaison, un réflecteur 35 métallique plan, une couche de mousse diélectrique, une première grille formée de fils métalliques parallèles, une seconde couche de mousse diélectrique et une seconde grille de fils métalliques parallèles, les fils métalliques 71 28481 2 2101220 de chaque grille étant collés à une pellicule diélectrique collée à la mousse voisine. L'invention concerne aussi une antenne radar de C&ssegrain, qui comprend une source localisée d'ondes à polarisation rectiligne, dirigée 5 vers un réflecteur auxiliaire comprenant un réseau de conducteurs parallèles au plan électrique de l'onde polarisée, et un ensemble réflecteur de rotation comprenant un réflecteur plan, la première grille de conducteurs parallèles placés à un quart de longueur d'onde du réflecteur plan, pour une première fréquence prédéterminée, et une seconde grille de conducteurs parallèles 10 placée dans la zone d'une position de court-circuit en ce qui concerne l'admittance d'entrée à la première fréquence, présentée en cours de fonctionnement à une onde à polarisation Rectiligne réfléchie par le réflecteur auxiliaire et tombant sur l'ensemble réflecteur de rotation, les conducteurs des deux grilles faisant un angle de 45° avec le plan de 15 polarisation de l'onde reçue par l'ensemble réflecteur de rotation, le» admittancesséparées des deux grilles étant telles qu'une onde à polarisation plane de la première ou de la seconde fréquence prédéterminée, provenant de ladite source localisée et réfléchie par le réflecteur auxiliaire sur ledit ensemble réflecteur, soit réfléchie par ledit ensemble réflecteur 20 avec une rotation de 90° du plan de polarisation puis transmise à travers le réflecteur auxiliaire. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'une antenne radio-électrique fonctionnant à deux fréquences. Sur les dessins s 25 la figure 1 est une coupe schématique de l'antenne par un plan axial; la figure 2 est une coupe partielle d'un ensemble réflecteur de rotation de la figure 1 ; et la figure 3 représente des circuits équivalents de l'ensemble réflecteur de rotation de la figure 2, pour les composantes orthogonales d'une onde 30 incidente. La figure 1 représente l'antenne qui comprend un pavillon 1 d'alimentation dirigé vers un réflecteur parabolique 2 et placé au foyer de ce réflecteur, de manière que l'onde réfléchie par celui-ci forme un faisceau parallèle, L'onde émise par le pavillon 1 est une onde à polarisation rectiligne et son vecteur 35 électrique E est perpendiculaire au plan du dessin. Le réflecteur 2 peut aussi former une fenêtre transparente, suivant l'angle du plan de polarisation de l'onde incidente. Il comprend un certain 71 28481 3 2101220 nombre de bandes conductrices parallèles 3 représentées en vue de bout sur la figure 1. Le bord avant au moins de chaque bande 3 suit la surface parabolique du réflecteur 2. Les bandes 3 sont enrobées dans un milieu diélectrique, par exemple dans un réseau de fibres de verre, et on peut 5 utiliser une pellicule diélectrique collée aux faces avant et arrière pour accroître la rigidité de l'ensemble. On peut utiliser des fils parallèles au lieu des bandes 3. Dans les deux cas, la distance des conducteurs doit être suffisamment faible pour que le coefficient de réflection soit élevé à la fréquence la plus élevée de travail, l'épaisseur tO ou le diamètre devant être suffisamment faible pour assurer une transmission élevée de l'énergie, dont le plan de polarisation est perpendiculaire à eux. Le vecteur E de l'onde émise par le pavillon.1 est polarisé perpendiculairement au plan du dessin et, comme on le voit sur la figure 1, dans le sens des bandes 3. Il y a donc une réflection presque totale de l'onde qui 15 forme un faisceau parallèle réfléchi vers un ensemble réflecteur 4 de rotation. Comme le dit son nom, ce réflecteur a pour rôle de faire tourner le plan de polarisation de l'onde incidente. Une rotation de 90° de ce plan de l'onde réfléchie par le réflecteur 4 le rend parallèle au plan du dessin et perpendiculaire aux bandes/du réflecteur 2. Il y a donc une transmission presque 20 totale de l'onde par le réflecteur 2. On monte à pivotement le réflecteur 4 autour d'un axe (non représenté) perpendiculaire au plan du dessin, de manière à commander le faisceau finalement transmis. Il est clair que le balayage angulaire du faisceau est le double du déplacement angulaire du réflecteur 4. 25 On va maintenant décrire la construction et le fonctionnement du réflecteur 4 de rotation. La figure 2, qui n'est pas à l'échelle, représente deux grilles 5 et 6 en fils de cuivre,placées devant une plaque continue 7 de renfort en aluminium. Les distances D1 et D2 comprises entre le plan 7 et la grille 5 d'une part, 30 et la grille 5 et la grille 6 d'autre part, sont déterminées, comme on le verra par la suite. La distance entre les fils 8 et 9 des grilles doit être suffisamment faible pour permettre une réflection satisfaisante et simultanément on choisit le diamètre du fil de manière que, compte tenu de cette distance, on obtienne l'impédance voulue pour la grille. 35 Chaque grille 5 et 6 comprend des fils collés à une pellicule. Celles-ci sont collées à des feuilles 11 de mousse diélectrique à faible poids spécifique 71 28481 4 2101220 qui assurent le maintien des distances D1 et D2. La feuille arrière 11 est aussi collée à la plaque 7. Le fonctionnement du réflecteur 4 dépend de la production d'un déphasage différentiel entre des composantes différentes d'une onde incidente à 5 polarisation rectiligne. Dans le mode de réalisation décrit, il est commode de considérer des composantes orthogonales, parallèle et perpendiculaire aux fils 8 et 9 des grilles 5 et 6. Celles-ci ont en conséquence des fils 8 et 9 faisant un angle de 45° avec le plan de polarisation d'une onde incidente. Sur la figure 3, le circuit supérieur représente la ligne de transmission 10 équivalente au réflecteur 4 pour la composante parallèle du champ E de l'onde incidente. Le circuit inférieur représente la ligne de transaission équivalente correspondante de la composante perpendiculaire. Les schémas placés à gauche indiquent la position relative de la composante du champ et des fils de la grille. 15 Pour la composante parallèle, les grilles 5 et 6 constituent des shunts inductifs, alors que pour les composantes perpendiculaires, elles constituent des shunts capacitifs. Dans les deux cas, les grilles sont shuntées par une petite capacité 10 introduite par la pellicule diélectrique sur laquelle sont les fils. On compense cette capacité d'erreur en accroissant légèrement, de 20 manière correspondante, l'inductance de la grille au-delà de la valeur calculée. Selon l'invention, on place d'abord la grille 5 en vue d'un fonctionnement à une fréquence, c'est-à-dire qu'on la place à un quart de la longueur d'onde correspondant à cette fréquence en avant de la plaque 7. les fils 8 de la grille formant un angle de 45° avec la plan de polarisation de l'onde incidente, 25 Comme le brevet britannique N° 700 868 l'explique, la mise en position d'une grille à un quart de longueur d'onde d'un plan conducteur, la grille recevant une onde à polarisation rectiligne iont le plan fait un angle de 45° avec les fils de la grille, provoque l'introduction d'un déphasage différentiel de 180° entre les composantes parallèle et perpendiculaire de l'onde E. Ceci est 30 dû à ce que la composante parallèle est réfléchie par la grille avec un déphasage de 180°, alors que la composante perpendiculaire ne "voit" pas la grille et est réfléchie par la plaque arrière avec un déphasage total de 360°, du fait de la longueur du trajet et de la réflection sur la plaque arrière. Le déphasage différentiel résultant est -igal à 180°. 35 Si on impose un déphasage de 180° entre les composantes parallèle et perpendiculaire lors d'une réflection, on obtient alors la rotation voulue de 71 28481 5 2101220 90° du plan de polarisation. On peut voir qu'il s'agit d'une condition générale, et qu'on peut l'exprimer aous la forme = -1/ Y , Y^ et Y^ étant les admittances présentées aux composantes parallèle et perpendiculaire respectivement. Ainsi, les admittances "parallèle" et "perpendiculaire" ont 5 des amplitudes pratiquement inverses et des signes opposés. On place alors la grille 6 dans le premier plan de court-circuit (ou dans un autre tel plan) pour la première fréquence choisie, sur le trajet compris entre la grille 5 et la plaque 7, de manière que l'àdmittance-de la grille 6 n'ait aucun effet à cette fréquence choisie du fait de l'admittance 10 . infinie due au montage parallèle en court-circuit. On a donc une liberté totale de réglage du diamètre et de la distance des fils 9 de la grille 6 pour obtenir, pour diverses fréquences inférieures.à la première, la relation nécessaire entre les admittances parallèle et perpendiculaire , citées précédemment à propos de la première grille. 15 Le Volume N° 10 "Waveguide Handbook" de N. Marctivitz qui fait partie des H.I.T. Eadiation Laboratoiy Sériés décrit la relation bien connue entre l'admittance d'une grille à fils et le diamètre, la distance de ces fils et la fréquence. De plus, on peut modifier, dans une certaine mesure, la position de la 20 seconde grille 6 à la fréquence la plus élevée, sans influencer de façon nuisible le fonctionnement à cette fréquence.' Ceci est dû, comme on peut le voir à partir du Diagramme de Suith, à ce que, pour une variation limitée de part et d'autre du plan d'admittance infini (court-circuit), l'admittance reste suffisamment importante pour que celle de la seconde grille 6 soit 25 négligeable. Grâce à ce dispositif, on peut obtenir une variation de la relation de la troisième fréquence harmonique, dans la plage comprise entre 2 et 5 : 1. Lorsqu'on considère l'étendutdes fréquences de travail prévues du réflecteur de rotation, on constate qu'une succession des fréquences harmoniques 30 d'ordre 3» chacune d'ordre 3 par rapport à la précédente, c'est-à-dire une succession de fréquences , 3\1 , 9\ 1 , 27 \1 , etc. forme une relation particulière qu'on peut mettre en oeuvre. On peut obtenir cette extension du nombre de fréquences de travail avec une seule grille ayant une inductance élevée à la fréquence la plus élevée et 35 distante d'un quart de longueur d'onde, à la fréquence la plus faible, d'un plan conducteur mis à la masse. Ainsi, pour chaque fréquence prévue, la grille 71 28481 6 2101220 a une inductance élevée et elle est séparée du plan mis à la masse d'un multiple impair de quarts de longueurs d'onde. En conséquence, l'ensemble assure la réflection avec rotation. Cependant, pour les fréquences élevées, la largeur de la bande passante est faille, 5 D'autre part, dans le mode de réalisation destiné au traitement de deux fréquences et dans lequel la première grille est mise en place en fonction de la fréquence élevée et la seconde en fonction de la faible fréquence, on peut avoir une largeur de bande importante à la fois pour les deux fréquences. Ceci s'applique lorsque l'une des fréquences est une 10 fréquence harmonique impaire de l'autre, c'est-à-dire lorsque Le dispositif décrit précédemment concerne la première de ces paires de fréquences. Les plages de rapports correspondant à la variation de 2 à 5 de la 15 relation de la troisième fréquence harmonique, existent pour d'autres paires des séries harmoniques impaires citées, par exemple pour les paires 1:7, 1 s 9, etc., bien que, plus le rapport de la paire est important et plus la variation possible de ce rapport est faible. On voit qu'on peut en conséquence faire fonctionner le dispositif 20 à plusieurs fréquences, pourvu que leurs rapports soient favorables. Lorsqu'on réalise un réflecteur de rotation pour plusieurs fréquences, . on place d'abord une paire de grilles, comme décrit précédemment, en fonction des deux fréquences les plus élevées, puis on ajoute une troisième, dans la zone d'un plan de court-circuit, de manière à la faire fonctionner à la fréquence sans 25 juste inférieure, maig/effet sur les deux fréquences supérieures. On ajoute ensuite d'autres grilles de manière analogue. On peut ainsi travailler à des fréquences dans les rapports 1j3î9s27, etc. La souplesse permise par le choix des inductances des grilles permet de régler les rapports exacts des fréquences. 30 II est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs Bans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 28481 7 2101220 REVENDICATIONS 1. - Antenne radio-électrique, du type qui comprend un ensemble réflecteur destiné à assurer la rotation du plan de polarisation d'une onde incidente à polarisation rectiligne, caractérisée en ce que l'ensemble comprend plusieurs grilles conductrices placées en avant d'un réflecteur, l'admittance des grilles séparées et la distance des grilles entre elles et des grilles au réflecteur étant telles que, pour plusieurs fréquences, les admittances de l'ensemble réflecteur pour des composantes perpendiculaires l'une à l'autre d'une onde polarisée dans un plan prédéterminé et tombant sur l'ensemble réflecteur, aient une amplitude pratiquement inverse et un signe opposé. 2. - Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend deux grilles comprenant chacune un réseau de conducteurs parallèles qui forment un angle de 45° environ avec le plan de polarisation de l'onde incidente. 3. - Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'une des deux grilles est séparée du réflecteur par une distance à peu près égale au quart de la longueur d'onde associée à une onde à une première fréquence prédéterminée, et la seconde grille se trouve dans la région d'une position de court-circuit en ce qui concerne l'admittance d'entrée présentée à une onde incidente à la première fréquence. 4. - Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'ensemble réflecteur comprend en combinaison, un réflecteur métallique plan, une couche de mousse diélectrique, une première grille de fils métalliques parallèles, une seoonde couche de mousse diélectrique et une seconde grille de fils métalliques parallèles, les fils de chacune des grilles étant collés à une pellicule diélectrique, elle-même collée à la couche voisine de mousse, 5.- Antenne radar de Cassegrain, du type qui comprend une source localisée d'ondes à polarisation rectiligne, dirigée vers un réflecteur auxiliaire comprenant un réseau de conducteurs parallèles au plan électrique de l'onde polarisée, caractérisé* en ce qu'elle comprend un ensemble réflecteur de rotation comprenant un réflecteur plan, une première grille de conducteurs parallèles placée à un quart de la longueur d'onde associée à une première fréquence prédéterminée du réflecteur plan, et une seconde grille, de conducteurs parallèles placée dans la zone d'une position de court-circuit en ce qui concerne l'admittance d'entrée à la première fréquence, présentée 71 28481 8 2101220 en cours de fonctionnement à une onde à polarisation rectiligne réfléchie par le réflecteur auxiliaire et tombant sur l'ensemble réflecteur de rotation, les conducteurs des deux grilles faisant un angle de 45° avec le plan de polarisation de l'onde incidente sur l'ensemble réflecteur, les admittances séparées des deux grilles étant telles qu'une onde à polarisation rectiligne à la première ou à une seconde fréquence prédéterminée, provenant de ladite source, réfléchie par le réflecteur auxiliaire et tombant sur l'ensemble réflecteur de rotation,est réfléchie par ce dernier avec une rotation de 90° du plan de polarisation et est transmise par ledit réflecteur auxiliaire.