Brevet FR2189890A1 — publié le 19740125

La présente invention concerne un guide d'ondes ouvert à large bande, pour le service radioélectrique le long de voies de circulation. On sait que des guides d'ondes ouverts, qui créent une onde de fuite (leaking wave) dans leur voisinage, produisent un champ radioélectrique particulièrement régulier suivant leur axe. Pour le trafic radioélectrique en VHF, de tels guides d'ondes de fuite sont réalisés jusqu'à présent sous forme de cables coaxiaux, dont la gaine comporte des couches rayonnantes équidistantes, dont les dimensions sont faibles par rapport à la longueur d'onde. De tels câbles à fentes excitent à leur surface une infinité d'ondes harmoniques d'espace, avec les constantes de propagation axiale étant la constante de propagation de l'onde excitatrice à l'intérieur du câble, de constante diélectrique relative ,, et ;la distance de deux fentes rayonnantes voisines. Lorsque la valeur absolue de la constante de propagation h est infé n rieure à la constante de propagation dans le vide l'harmonique d'espace considéré est une onde de fuite, dont le champ à une certaine distance de la ligne est beaucoup plus intense que celui des autres harmoniques d'espace ne satisfaisant pas à cette condition. La voie de transmission entre la surface de la ligne et le lieu de réception se comporte pratiquement en filtre, favorisant les ondes dont la constante de propagation est inférieure à celle du vide. Pour obtenir un champ radioélectrique régulier, il est nécessaire d'interdire l'interférence de diverses ondes de fuite, c'est-à-dire de veiller à ce qu'un seul des harmoniques d'espace excité satisfasse à la condition d'onde de fuite. Par suite de l'influence de la fréquence sur les grandeurs y et k cela ntest toutefois généralement possible que sur une plage de fré o quence limitée, à moins qu'une forme particulière des fentes et leur disposition à la surface de la ligne ne produisent déjà une distribution des sources ne contenant plus d'harmoniques d'espace gênants.On connatt dans ce but une réalisation (brevet de la République fédérale d'Allemagne n" 2 103 559) dans laquelle l'intensité de source des fentes rayonnantes varie sinusoidalement, avec une période multiple de la distance des fentes. La présente invention a pour objet des guides d'ondes ouverts à distributions de sources différentes, n'excitant également pas des harmoniques d'espace interférant, mais de réalisation plus simple que le dispositif connu selon le brevet de la République fédérale d'Alle magne nO 2 103 559. La description de la distribution des sources à réaliser s'effectue à l'aide de sa transformée de Fourier, car il est possible d'indiquer ainsi des lois de formation simples. Il est possible en effet de décrire la transmission de l'intérieur de la ligne vers le lieu de réception en utilisant un système de trans mission de phénomènes temporels comme modèle, quand on remplace la coordonnée axiale Z par le temps comme variable. La figure 1 représente la voie de transmission entre l'intérieur d'un guide quelconque d'ondes de fuite et le lieu de réception A. A l'intérieur de ce guide, l'onde excitatrice se déplace suivant l'axe (direction Z) avec la constante de propagation axiale y et excite un champ dans l'espace extérieur, par l'intermédiaire d'une suite périodique de fentes rayonnantes. Lss variation axiale de l'onde excitatrice apparait ainsi à la surface du guide, dans l'espace extérieur, modulée dans une certaine mesure par la variation des ouvertures rayonnantes. I1 est donc possible de décrire la variation axiale de la distribution des sources à la surface du guide q(Z) comme le produit de la variation axiale de l'onde à l'intérieur de la ligne et d'une fonction de modulation spatiale m(Z) En transposant la variation axiale des distributions de sources et de champ par transformation de Fourier dans le domaine inférieur, c'est-à- dire en la déplaçant vers des fréquences spatiales ou constantes de propagation h on obtient le spectre spatial de la distribution des sources Q(h) sous forme du spectre de la fonction modulante M(h), décalé de la valeur absolue de la constante de propagation de l'onde excitatrice y. La figure 3 représente le spectre spatial de la distribution des sources (suite de Dirac) quand la fonction modulante est une suite 6 équidistante, du type produit avec une bonne approximation par des fentes rayonnantes discrètes équidistantes, de dimensions faibles par rapport à la longueur d'onde. La distance des raies est l'inverse de la distance ades fentes rayonnantes.Les ondes de fuite des autres champs sont pré- pondérantes lors de la transmission de la surface de la ligne vers le lieu de réception A; la voie de transmission agit comme un filtre passebas spatial et, par suite de la linéarité de la transmission, la trans brumée de la variation axiale du champ au lieu de réception A s'obtient par multiplication du spectre de la distribution des sources par une fonction de transfert spatiale (fonction d'excitation) A(h), dont la figure 4 représente la variation de principe. Ces considérations permettent d'établir le schéma ému'valent de la transmission entre l'intérieur de la ligne et le lieu de réception, représenté à la figure 2. L'examen simultané des figures 3 et 4 montre que dans le cas particulier, déterminé par la position des raies et de la courbe de transmission, une seule raie spectrale spatiale se trouve dans la bande passante, c'est-à-dire dans la bande d'onde de fuite. Le problème de la délimitation temporelle de la bande du système résulte de ce que la largeur de la bande passante du filtre passe-bas spatial croit avec la fréquence tandis que la distance des raies demeure constante, de sorte que plusieurs raies apparaissent dans la bande passante et que par suite plusieurs ondes de fuite interfèrent. L'étude de l'action du filtre passebas spatial sur la bande de base spatiale M(h) (figure 5) fait apparaître ce phénomène encore plus clairement. Dans ce mode de représentation, les raies spectrales sont fixes aux points h n =n g , tandis que les limites de la caractéristique de transmission se décalent proportionnellement à la fréquence. On voit toutefois qu'il est possible d'augmenter la bande passante temporelle -du guide d'ondes ouvert quand une réalisation appropriée des ouvertures rayonnantes permet d'obtenir une modulation de la distribution des sources pour laquelle un maximum de raies spectrales spatiales disparaissent à gauche de la première raie h 1. L'invention indique des lois de forulation des spectres spatiaux de modulation de distributions de sources facilement réalisables, sans excitation d'harmoniques d'espace gnants. L'univccité de la transfor matin de Fourier permet de calculer les fonctions modulantes de distribution de sources à partir de ces spectres, puis de déterminer des spécifications de réalisation des fentes rayonnantes. La loi de formation selon l'invention part du spectre spatial précité (figure 5) et d'une suite 6 équidistante comme fonction modulante, et fournit les spectres désirés par multiplication du spectre initial par une fonction appropriée F(h), présentant des zéros ou des valeurs très faibles aux points où des raies spectrales doivent Btre supprimées. A cette multiplication correspond dans le domaine supérieur une convolution de la suite 6 équidistante par la transformée de Fourier de la fonction F(h).Les fonctions suivantes conviennent pour cet usage I Fonctions périodiques présentant des zéros à l'emplacement des raies spectrales à supprimer, et notamment produits de a) fonctions sinusoTdales (figure 6) b) une fonction sinusotdale et d'autres fonctions cosinusoidales (figure 7) c) fonctions cosinusordales uniquement (figure 8), supprimant l'une après l'autre une raie spectrale gênante. II Fonctions apériodiques, dont la valeur absolue décroit vers les fréquences spatiales supérieures. Ces fonctions apériodiques peuvent en outre présenter des zéros à l'emplacement de raies spectrales d'ordre inférieur à supprimer et dont l'extinction est particulière ment importante. Des produits d'une fonction périodique selon I et d'une fonction décroissant vers les fréquences spatiales élevées, telle que les puissances négatives de la fréquence spatiale, conviennent particulièrement bien. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins sur lesquels la figure 1, précédemment décrite, représente la voie de transmission entre l'intérieur d'un guide d'ondes de fuite et le lieu de réception A; la figure 2, précédemment décrite, représente le schéma équivalent de la voie de transmission de la figure 1; la figure 3, précédemment décrite, représente le spectre spatial de la distribution des sources quand la fonction modulante est une suite 6 équidistante; la figure 4, précédemment décrite, représente une fonction de transfert spatiale (fonction d'excitation); la figure 5, précédemment décrite, représente l'action du filtre passebas spatial sur la bande de base spatiale; la figure 6 représente le produit de fonctions sinusordales; la figure 7 représente le produit d'une fonction sinusoidale et de fonctions cosinusoTdales; la figure 8 représente le produit de fonctions cosinusordales; les figures 9 à 18 représentent des exemples de spectre spatial et l'allure de la fonction modulante ainsi obtenue; la figure 19 représente des exemples de fentes rayonnantes symétriques sur des cables coaxiaux; la figure 20 représente des exemples de fentes rayonnantes asymétriques sur des tables coaxiaux; la figure 21 représente deux possibilités de réalisation d'une modulation des sources correspondant à la distribution de la figure 18. t En multipliant le spectre initial (figure 5) par sin 2 h, on obtient l'extinction de toutes les raies d'ordre-pair (figure 9). La multiplica # tion par sin 3 h donne le spectre de la figure 10. Au lieu de multiplier 3 ce spectre par sin 5 h (figure 11), il apparait préférable de multiplier 5 par cos lh (figure 12), car la raie h 1 qui doit etre rayonnée est excitée avec une amplitude supérieure. I1 est de même recommandé de sup primer d'autresraiesen multipliantparcosh th primer d'autres raies en multipliant par cos Qlh, cos t22, cos ##, etc. La figure 13 représente un exemple de la suppression de troies raies par un produit de fonctions cosinusoTdales uniquement. La fonction modulante résultante est particulièrement simple, car elle n'a qu'une seule valeur d'amplitude. Les figures 14 à 18 représentent des exemples de fonctions modulantes, dont le spectre stobtient par multiplication des spectres précités par une puissance négative de la fréquence spatiale h. Les figures 14 et 15 représentent les spectres des figures 9 et 10, multipliés par l/h, et la figure 16 représente le spectre de la figure 9 multiplié par l/h2. La fonction modulante sinusoTdale continue de la figure 17 stob- tient par suppression de toutes les raies spectrales, sauf en h 1 1 et h+1. Lorsque seules des distributions de sources d'amplitude positive sont réalisables, il est possible d'ajouter une constante quelconque aux fonctions modulantes continues. Il en résulte uniquement, au point h = 0, une raie spectrale spatiale supplémentaire, extérieure à la bande passante de la fonction excitatrice. A titre d'exemple, la figure 18 représente la fonction modulante de la figure 15, augmentée d'un terme constant. Les spécifications de calcul des fentes rayonnantes de la ligne découlent comme suit des lois de formation selon l'invention pour la modulation de la distribution des sources à la surface de la ligne. Il faut distinguer ici le cas d'une distribution 6 discrète de celui d'une distribution continue des sources. Une modulation spatiale de l'onde excitatrice correspondant à une distribution 8 s'obtient, avec une précision suffisante, au moyen de fentes rayonnantes quelconques, de dimensions faibles par rapport à la longueur d'onde. La forme de réalisation particulière des ouvertures influence simplement l'intensité et la polarité (champ électrique azimutal ou axial sur la surface de la ligne). I1 existe déja une série de formes de construction connue pour de telles fentes rayonnantes. Les figures 19 et 20 représentent des exemples de fentes rayonnantes sur des câbles coaxiaux. Des fentes symétriques (figure 19) permettent d'obtenir uniquement des fonctions modulantes d'amplitude positive, tandis que des fentes asymétriques (figure 20 permettent de produire des fonctions modulantes du champ électrique azimutal d'amplitude positive et négative. Les fonctions modulantes selon la loi de formation I c) sont des distributions 6 périodiques de même amplitude. I1 est possible de les réaliser au moyen d'une suite périodique de fentes rayonnantes identiques. On obtient de même une modulation de la distribution des sources selon I a) et I b), exigeant une suite périodique de distributions 6 de même amplitude positive ou négative, au moyen d'une suite périodique de fentes rayonnantes semblables, de polarité positive ou négative. Des distributions de sources continues, nécessaires selon la loi de formation II, peuvent être obtenues au moyen de fentes rayonnantes continues. Dans le cas de câbles coaxiaux, des études théoriques montrent que la composante à symétrie de rotation du champ excité par une fente axiale allongée croit proportionnellement au carré de l'angle d'ouverture de cette fente. I1 en résulte que des guides d'ondes ouverts selon la loi de formation II sont réalisables sous forme de câbles coaxiaux dont la gaine présente une fente longitudinale axiale, dont l'angle d'ouverture varie proportionnellement à la racine carrée de la fonction modulante obtenue selon II. Au lieu d'une fente, il est possible d'utiliser plusieurs fentes longitudinales parallèles pour produire la même distribution de sources. La figure 21 représente deux possibilités de reaiisation d'une modulation des sources correspondant à la distribution selon figure 18. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'entre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Guide d'ondes ouvert pour le service radioélectrique à large bande le long de voies de circulation, dans lequel une onde harmonique se propageant à l'intérieur excite au voisinage une onde de fuite, par l'intermédiaire d'une suite périodique d'ouvertures rayonnantes, c'està-dire par une distribution de sources à la surface de la ligne, dont la variation axiale est identique à celle de l'onde excitatrice, modulée par une fonction périodique, ledit guide d'ondes étant caractéfise en ce que la transformée de Fourier de la fonction modulante de la distribu tion des sources, à savoir le spectre spatial, s'obtiens mathEns- tiquement en multipliant le spectre spatial d'une distribution 6 équidistante (distribution de Dirac) par une fonction spectrale spatiale apériodique, qui présente des valeurs nulles ou faibles aux emplacements des raies spectrales de l'harmonique d'espace supérieur, de sorte que tous les harmoniques d'espace produisant des ondes de fuite sont supprimés sauf un sur un vaste domaine des fréquences temporelles, ou le spectre spatial de la fonction modulante de la distribution des sources s'obtiens mathématiquement en multipliant successivemeni le spectre spatial d'une distribution 6 équidistante (distribution de Dirac) par des fonctions sinusoSdales ou cosinusoTdales, dont les zéros sont situés de façon à annuler successivement les harmo niques d'espace d'ordre deux, trois, quatre, etc., afin qu'au voisinage de la raie spectrale spatiale d'ordre un ne se trouve aucune autre raie susceptible de perturber la transmission radi:-1- électrique par interférence. Guide d'ondes selon revendication 1, caractérisé en ce que le spectre spatial de la fonction modulante de la distribution des sources slobtient mathématiquement en multipliant de nouveau le spectre spatial de la fonction modulante selon revendication 1 par une fonction apériodique, décroissant vers les fréquences spatiales élevées. 3. Guide d'ondes selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la fonction apériodique selon revendication 2 est l'inverse d'une puissance de la fréquence spatiale. 4. Guide d'ondes selon revendication 1, caractérisé par la suppres- sion de la fonction spectrale spatiale apériodique de toutes les raies spectrales spatiales, à l'exception des raies d'ordre zéro ou un. 5. Guide d'ondes selon revendication 1, caractérisé en ce que sa surface extérieure comporte une suite périodique de fente rayonnante discrète et identique, de polarité positive ou négative, correspondant à la variation de la fonction modulante selon revendication 1. 6. Guide d'ondes selon revendication 5, caractérisé par sa réalisation sous forme de cable coaxial dont la gaine extérieure comporte des fentes rayonnante s. 7. Guide d'ondes selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé, dans le cas de Sa réalisation sous forme de câble coaxial, en ce que le conducteur extérieur de ce dernier comporte une fente axiale, dont l'angle d'ouverture varie le long du cible proportionnellement à la racine carrée de la fonction modulante de la distribution des sources, selon les caractéristiques 1 à 4. 8. Guide d'ondes selon une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 7, caractérisé, dans le cas de sa réalisation sous forme de cible coaxial, en ce que le conducteur extérieur de ce dernier comporte non pas une, mais plusieurs fentes longitudinales parallèles, de sorte que la somme des carrés des divers angles d'ouverture varie le long du cible propor- tionnellement à la fonction modulante selon les revendications 1 à 4.