Brevet FR2063967A1 — publié le 19710716

3S239 1 2063967 La présente invention a trait à un procédé pour produire â la demande le déphasage d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence et aux applications de ce procédé à la réalisation de structures permettant de changer l'orienta-5 tion d'un faisceau émis par une source hyperfréquence et entrant dans la fabrication des ensembles à balayage électronique. Un procédé connu, pour focaliser ou défléchir l'onde provenant d'une source rayonnante hyperfréquence, consiste à interposer sur le trajet de l'onde, une lentille ou un réflecteur 10 actif, constitué par une juxtaposition d'éléments identiques en-tre-eux et formés chacun d'une antenne réceptrice et d'un guide d'ènde . En intervenant individuellement sur les déphaseurs contenus dans chacun des guides d'onde, on modifie la déflexion in-:, troduite par la lentille ou le réflecteur actif. 15 Ce procédé présente de nombreux inconvénients et pour cette raison ces applications n'ont pas'concurrencé valablement les systèmes à balayage mécanique. Parmi les inconvénients, il faut signaler que les dimensions extrêmement faibles des antennes et des guides d'onde juxtaposés pour constituer des lentilles ac-20 tives obligent à les construire avec des tolérances de fabrication très serrées, en matériau n'introduisant pas de pertes. Il faut signaler également que les fils de commande de toutes ces antennes et guides d'onde sont extrêmement nombreux et que les réglages et vérifications sont difficiles. 25 L'invention a pour buts essentiels d'éviter ces incon vénients et de fournir un procédé pour changer à la demande l'orientation d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence, tout en se libérant des contraintes du balayage mécanique . 30 Le procédé pour changer le déphasage d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence traversant un panneau diélectrique, objet de l'invention, consiste § rendre continus ou interrompus à volonté des fils conducteurs, par l'intermédiaire d'interrupteurs placés sur ces fils conducteurs à des 35 distances inférieures au double de la longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée, lesdits fils formant un réseau plan noyé dans le diélectrique du panneau et orienté parallèlement au champ de l'onde incidente. Le procédé pour changer à la demande le déphasage du 40 faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence, également 69 35239 2 2063967 objet de 1'invention, consiste à interposer sur le trajet de l'onde électromagnétique, un ou plusieurs panneaux diélectriques comportant chacun un ou plusieurs réseaux plans de fils conducteurs orientés parallèlement au champ électrique de l'onde inci-5 dente, et qui peuvent être rendus continus ou interrompus à volonté par l'intermédiaire d'interrupteurs placés sur lesdits fils conducteurs à des distances inférieures au double de la longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée. 10 On entend par "panneau" tout élément ayant une surface plane ou assimilable localement et en tout point à un plan au regard de la longueur d'onde de l'énergie hyperfréquence rayon-née . Il est bien entendu que les fils formant le"réseau 15 plan" noyé dans le diélectrique d'un panneau assimilé à un plan, doivent être placés sur les intersections dudit panneau par des plans parallèles au champ électrique en chaque point du panneau. Dans le procédé pour changer à la demande le déphasage du faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence, 20 comme défini ci-dessus, les fils conducteurs pouvant être continus ou interrompus à volonté, et constituant les réseaux plans noyés dans le. diélectrique, sont choisis de manière à constituer des obstacles selfiques d'un point de vue hyperfréquence et sont disposés de façon à produire l'un ou l'autre de divers effets 25 connus qu'il est possible d'obtenir en plaçant des fils continus dans des panneaux diélectriques. Dans les procédés selon l'invention, précédemment mentionnés, les interrupteurs sont placés sur les fils conducteurs formant les réseaux plans de préférence à des distances de 30 l'ordre du quart de la longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée. Les panneaux permettant la mise en oeuvre des procédés selon l'invention sont constitués de feuilles de diélectrique dans lesquels sont noyés des réseaux plans de. fils conducteurs 35 qui peuvent être rendus continus ou. discontinus à volonté, par l'intermédiaire d'interrupteurs placés sur ces fils conducteurs à des distances inférieures au double de la longueur d'onde dans le diélectrique de ,l'énergie hyperfréquence rayonnée, lesdits fils formant un réseau plan noyé dans le diélectrique du panneau 40 et orienté parallèlement au champ de l'onde incidente. 69 35239 3 2063967 Lorsque l'on interpose, conformément au procédé selon l'invention,, plusieurs panneaux simultanément sur le trajet d'une onde hyperfréquence que l'on veut déphaser à volonté, on peut, soit positionner ces panneaux à des distances convenables les uns 5 des autres tout en laissant bien entendu les réseaux de fils interrompus ou continus à volonté parallèles au champ électrique de l'onde incidente, soit les accoler les uns aux autres, les réseaux de fils étant également parallèles au champ électrique de l'onde incidente. 10 Plutôt que d'accoler plusieurs panneaux, il est éga lement possible aux termes de l'invention, de réaliser un seul panneau multiple en noyant dans une feuille de diélectrique, se Ion plusieurs plans différents successifs, plusieurs réseaux plans de fils pouvant être rendus continus ou interrompus à vo-15 lonté. Lorsque l'on interpose, conformément au procédé selon l'invention, plusieurs panneaux simultanément sur le trajet de deux ondes hyperfréquences à polarisations croisées, que l'on veut déphaser à volonté, il faut déplacer les réseaux de fils in-20 terrompus ou continus à volonté, parallèlement aux champs électriques de chacune des ondes incidentes, c'est à dire perpendiculairement les uns aux autres. Les interrupteurs placés sur les fils noyés dans les panneaux de diélectrique sont commandés soit individuellement soit et de pré-25 férence par groupes. Les interrupteurs sont de préférence à commande électrique ou électronique. Les interrupteurs sont commandés soit par l'intermédiaire uniquement des fils sur lesquels ils sont placés, soit par 30 des fils perpendiculaires au champ électrique de l'onde incidente. Les interrupteurs sont des diodes commandées par une tension suffisante pour les rendre à volonté conductrices ou non conductrices. 35 Les diodes placées en série sur un même fil sont mon tées dans le même sens et commandées simultanément par la même tension ; bien entendu plusieurs lignes de diodes d'un ou plusieurs panneaux peuvent être commandées simultanément.par la même source de tension. 40 69 35239 2063' Pour supprimer les réflexions introduites par des panneaux de diélectrique, interposés selon le procédé de l'invention, sur le trajet du faisceau, il suffit de façon connue de disposer deux ou plusieurs panneaux précédemment décrits parallèlement 5 avec des écartements tels que les réflexions introduites par chacun des panneaux se combinent avec des amplitudes et avec des phases relatives telles qu'il n'y ait plus d'onde réfléchie,selon la technique dite sandwich. Il est également possible pour supprimer les réfle-10 xions de constituer comme connu le panneau à partir de feuilles de diélectrique dont l'épaisseur est un multiple de la demi-longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée, en noyant dans cette feuille d'épaisseur imposée, comme il a été dit, un ou plusieurs réseaux de fils conducteurs in-15 terrompus ou continus, placés dans les plans parallèles au champ électrique de l'onde incidente. Le demandeur a en effet trouvé que l'action d'un réseau plan de fils parallèles noyés au sein d'un panneau de diélectrique sur le déphasage d'une onde incidente change lorsque les fils 20 sont coupés à des intervalles suffisamment rapprochés pour qu'il n'y ait plus de courants induits dans les fils. Par exemple, lorsqu'un panneau diélectrique, comportant un réseau plan de fils conducteurs parallèles, choisis et' positionnés de manière à ce que le panneau placé sur le chemin 25 de l'onde incidente n'introduise pas de réflexion et pratiquement pas de déphasage sur cette onde, lorsqu'un tel panneau donc se voit modifié par l'interruption des fils conducteurs à des distances du quart de la longueur d'onde dans le diélectrique, il introduit un déphasage important de ladite onde incidente. 30 On décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif un panneau sandwich permettant la mise en oeuvre du procédé pour changer à la demande le déphasage du faisceau émis par une source hyperfréquence rayonnante. Dans deux feuilles en résine polyester renforcée de 35 fibre de verre, formant un stratifié dont la constante diélectrique est 3,5, chaque feuille ayant 6,5 mm d'épaisseur, on a noyé des fils de cuivre parallèles de 0,5 mm de diamètre, et placés à la moitié de l'épaisseur de chaque feuille au pas de 30 mm. 69 35239 5 2063967 Sur ces fils sont insérées régulièrement à. un pas de 26 mm, des diodes ordinaires au silicium ; les connexions de chacune des diodes sont soudées aux extrémités des tronçons de fils. Elles sont toutes connectées dans le même sens sur chaque 5 fil, de telle sorte qu'elles forment une chaîne qui conduit le courant lorsqu'une différence de potentiel de 20 volts leur est appliquée suivant la polarité convenable, et qu'elles forment une chaîne non conductrice de tronçons interrompus lorsque la polarité est inversée. Cette tension de commande des diodes est 10 avantageusement appliquée par l'intermédiaire des extrémités des tronçons de fils situés sur les bords opposés, extrémités que l'on a laissé dépasser à cet effet. Ces 2 feuilles ainsi munies de fils avec diodes et tout à fait identiques entre-elles, sont placées à une distance de 15 31 mm et parallèlement l'une à l'autre, les fils étant également parallèles. Le panneau ainsi constitué est comme tout panneau sandwich toujours adapté, c'est à dire qu'il n'est pas le siège de réflexions parasites gênantes quel que soit l'état des diodes 20 dans les feuilles à condition que dans les deux feuilles les diodes homologues soient dans le même état. Son fonctionnement est le suivant : le déphasage de l'onde incidente est variable suivant l'état des diodes dans les feuilles. Il est maximum lorsque toutes les diodes sont bloquées, il est minimum lorsque tou-25 tes les diodes sont conductrices. Lorsque certaines chaînes de diodes sont bloquées et d'autres conductrices, le déphasage n'est pas identique sur toute la surface du panneau. Le déphasage est maximum pour les parties de l'onde ayant rencontré des chaînes bloquées ; il est minimum pour les parties ayant rencon-30 tré des chaînes conductrices. On voit que l'on peut à partir d'un tel panneau, exemple de réalisation selon l'invention, commander à volonté le déphasage d'une onde incidente. Lorsqu'une onde de 3 GHz traverse ce panneau, le déphasage est de 60° quand le.s diodes sont bloquées et de 6° quand 35 les diodes sont conductrices. Le procédé d'introduction d'un déphasage sur une onde incidente, et la variation de déphasage à volonté de cette onde, ainsi que les panneaux permettant la mise en oeuvre de ce procédé tel que par exemple celui qui vient d'être décrit, présentent de 40 nombreux avantages : 69 35239 6 2063967 La réalisation de l'ensemble est beaucoup plus facile et les tolérances nettement moins sévères. Les panneaux ou les feuilles sont faciles à assembler en structures rigides et étan-ches. Les pertes dans le diélectrique peuvent aisément être ren-5 dues très faibles. Les connexions extérieures à la structure rayonnante sont moins nombreuses; les fils noyés dans le diélectrique réunissent les deux fonctions, commande des diodes et éléments hyperfréquence ; la structure est entièrement intégrée, et il 10 n'est pas nécessaire de la fractionner en de nombreux petits éléments . Par ailleurs, les diodes étant connectées en série sur chaque fil les courants de commande sont peu importants. Enfin, l'énergie hyperfréquence circulant dans les diodes cor-15 respond à l'énergie nécessaire à la correction des discontinuités. Ceci ne représente qu'une petite partie de l'énergie globale transportée par l'onde incidente. Il en résulte que les pertes introduites par les diodes sont très faibles, même lorsque l'on utilise des diodes d'usage courant et bon marché. 20 L'invention a également pour objet, les applications du procédé selon l'invention, et des panneaux permettant sa mise en oeuvre, à la réalisation de lentilles actives dans le plan perpendiculaire aux réseaux de fils interrompus ou continus, de lentilles actives permettant de focaliser et défléchir dans tous 25 les plans, de réflecteurs actifs. Pour constituer une lentille active, conformément à l'objet de l'invention, il suffit de constituer un dispositif permettant de faire varier localement le déphasage d'une onde incidente de 0 à 360° par paliers aussi petits que l'on veut. 30 En choisissant judicieusement des panneaux de diélec trique de certaine épaisseur, comportant des fils interrompus à la demande par des chaînes de diodes comme il a été décrit ci-dessus, et en accolant une succession de tels panneaux, on introduit sur une onde incidente ces déphasages à la demande, allant 35 de 0° à 360°. L'onde incidente est décomposée en autant de bandes parallèles qu'il y a de fils comportant de chaînes de diodes. Le déphasage introduit est uniforme sur chaque bande, il peut varier d'une bande à l'autre : en faisant varier ce déphasage selon les bandes et ce en agissant sur les tensions de commande 40 des diodes, on peut soit focalisersoit défléchir, soit focali 69 35239 7 2063967 ser et défléchir l'onde incidente dans le plan perpendiculaire aux fils interrompus. On a créé une lentille active sans le plan perpendiculaire aux fils. Pour constituer une lentille active permettant de 5 focaliser et de défléchir dans tous les plans, il suffit de placer deux lentilles actives comme décrites ci-dessus, l'une derrière l'autre, de façon telle que les fils interrompus de la première soient perpendiculaires aux fils interrompus de la seconde et que les deux lentilles soient séparées par un dispositif per-10 mettant de faire tourner de 90° la polarisation de.l'onde incidente. Il est évident que les fonctions focalisation et déflexion peuvent être séparées et que la focalisation peut-être assurée par un dispositif classique tel qu'un réflecteur ou une 15 lentille ordinaire * Pour constituer un réflecteur actif, conformément à l'invention, il suffit de constituer d'abord une lentille active comme mentionné ci-dessus puis de façon classique, de placer cette lentille active devant un miroir. 20 Pour obtenir un réflecteur actif, il est également possible, aux termes de l'invention d'utiliser un ou plusieurs panneaux de diélectrique comportant au moins deux réseaux plans de fils conducteurs perpendiculaires, les uns étant parallèles au champ électrique de l'onde incidente, et de placer ce panneau 25 spécial devant un miroir comportant un dispositif à rotation de polarisation, les fils des autres réseaux étant parallèles au champ électrique de l'onde après réflexion. 30 REVENDICATIONS î - Procédé pour changer le déphasage d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence traversant un panneau diélectrique caractérisé en ce que l'on rend continus ou interrompus à 5 volonté des fils conducteurs par l'intermédiaire d'interrupteurs placés sur ces fils conducteurs à des distances inférieures au double de la longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée, lesdits fils formant un réseau noyé dans le diélectrique du panneau et situe dans des plans parallèles au 10 champ électrique de l'onde incidente en chaque point du panneau» 2 - Procédé pour changer à la demande le déphasage du faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence, caractérisé en ce que l'on interpose sur le trajet de l'onde rayonnante électromagnétique, un ou plusieurs réseaux de fils conducteurs situés dans 15 des plans parallèles au champ électrique de l'onde incidente en chaque point du panneau, lesdits fils étant selon la revendication 1, rendus continus ou interrompus à volonté par l'intermédiaire d'interrupteurs placés à des distances inférieures au double de la longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie 20 hyperfréquence rayonnée. 3 - Procédé pour changer le déphasage d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence traversant un panneau diélectrique caractérisé en ce que l'on rend continus ou interrompus à volonté des fils conducteurs par l'intermédiaire d'interrupteurs 25 placés sur ces fils conducteurs à des distances inférieures au double de la longueur d'onde dans.le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée, lesdits fils formant un réseau plan noyé dans le diélectrique du panneau et orienté parallèlement au champ électrique de l'onde incidente. 30 4 - Procédé pour changer à la demande le déphasage du faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence, caractérisé en ce que l'on interpose sur le trajet de l'onde rayonnante électromagnétique, un ou plusieurs panneaux diélectriques comportant chacun un ou plusieurs réseaux plans de fils conducteurs orientés 35 parallèlement au champ électrique de l'onde incidente, lesdits fils étant selon la revendication 3 9 rendus continus ou interrompus à volonté par l'intermédiaire d'interrupteurs placés à des distances inférieures au double de la longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée. 40 69 35239 9 2063967 5 - Procédé selon les revendications 1-2-3 ou 4 caractérisé en outre par le fait que les fils sont choisis de manière à constituer des obstacles selfiques d'un point de vue hyperfréquence et sont disposés de façon à produire l'un .ou l'autre de divers 5 effets connus qu'il est possible d'obtenir en plaçant des fils continus dans des panneaux diélectriques. 6 - Procédé selon les revendications 1-2-3 ou 4 caractérisé en outre par le fait que les interrupteurs sont placés sur les fils conducteurs formant les réseaux plans à des distances de 10 l'ordre du quart de la longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée. 7 - Procédé selon les revendications précédentes 1-2-3-4 5-6 caractérisé en outre en ce que les interrupteurs placés sur les fils sont commandés soit individuellement, soit par grou- 15 pes. 8 - Procédé selon -l'une des revendications 1 à 7 dans lequel les interrupteurs sont à commande électrique, et sont commandés par l'intermédiaire des fils sur lesquels ils sont placés. 9 - Procédé selon les revendications 1 à 8 caractérisé en outre 20 en ce que les interrupteurs sont des diodes commandées par une tension suffisante pour les rendre conductrices ou non conductrices à volonté. 10 - Procédé selon les revendications 1 - 2 - 3 ou 4 caractérisé en outre en ce que l'on accole plusieurs panneaux les uns aux 25 autres. 11 - Procédé selon les revendications 1 t 2 - 3 ou 4 caractérisé en outre en ce que l'on place deux panneaux simultanément sur le trajet de l'onde à une distance telle qu'ils forment un sandwich n'introduisant pas de réflexion de l'onde incidente. 30 12 - Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que les panneaux sont placés à des écartements les uns des autres, tels qu'ils forment des sandwiches, n'introduisant pas de réflexion de l'onde Incidente. 13 - Procédé selon les revendications 1 - 2 - 3 ou 4 caractérisé 35 en outre en ce que l'épaisseur du panneau est un multiple de la demi-longueur d'onde dans le diélectrique de l'énergie hyperfréquence rayonnée de façon à éviter les réflexions de l'onde incidente. 14 - Panneau pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une 40 quelconque des revendications 1 à 13. 69 35239 10 2063967 15 - Panneau constitué de feuilles de diélectriques dans lesquels sont noyés des réseaux orthogonaux de fils conducteurs qui peuvent être rendus continus o.u discontinus à volonté selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 5 16 - Lentille active utilisant la possibilité de faire varier localement le déphasage d'une onde incidente selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 13 s caractérisée en ce qu'une succession de panneaux sont accolés, et que les tensions de commande des diodes dans ces panneaux sont manoeuvrées , 10 éventuellement pas un calculateur électronique, de façon à introduire des déphasages allant de 0° à 360°. 17 ~ Lentille active permettant de focaliser et de défléchir dans tous les plans, caractérisée en ce que deux lentilles actives selon la revendication 15 sont placées l'une derrière l'autre de 15 façon telle que les fils de la première soient orthogonaux aux fils de la seconde, et sont séparées par un dispositif permettant de faire tourner la polarisation de l'onde de 90°. 18 - Réflecteur actif constitué par une lentille active selon la revendication 15 placée devant un miroir. 20 19 - Réflecteur actif utilisant la possibilité de faire varier localement le déphasage d'une onde incidente selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 13â caractérisé en ce que un ou plusieurs panneaux de diélectrique comportant au moins deux réseaux plans de fils conducteurs perpendiculaires sont pla-25 ces devant un miroir comportant un dispositif à rotation de polarisation. 30 35 40