Brevet FR2224887A1 — publié le 19741031

La présente invention concerne un procédé de balayage électronique par un faisceau émis par une source hyperfréquence et ses applications, notamment à une nouvelle antenne allégée à balayage électronique pour avion. Jusqu'à ce jour les antennes à balayage électronique emploient pour focaliser et défléchir l'onde provenant d'une source rayonnante hyperfréquence, un procédé qui consiste à interposer sur le trajet de l'onde une lentille ou un réflecteur actif, constitué par la juxtaposition d'éléments identiques formés chacun d'une antenne et d'un guide d'ondes. En intervenant individuellement sur les dé-phaseurs contenus dans chacun des guides d'ondes, on modifie la déflexion produite par la lentille ou le réflecteur actif. De nombreux inconvénients liés à ce procédé notamment les exigences de précision, de fabrication, et la faible fiabilité des déphaseurs, ne lui ont pas permis de concurrencer valablement les systèmes à balayage mécanique. D'autres inconvénients surgissent lorsqu'il s'agit d'utiliser ces systèmes pour des radars aéroportés et particulièrement l'ensom- brement et le poids du système dus au nombre important d'éléments rayonnants constitués d'une antenne et d'un guide d'ondes. Récemment, un autre procédé de balayage électronique est apparu, qui consiste à interposer sur le trajet de l'onde, une lentille active en matériau diélectrique dans lequel sont noyés des réseaux de fils conducteurs pouvant etre mndus continus ou discontinus à volonté. Le poids du matériau diélectrique mis en oeuvre est un inconvénient grave limitant la possibilité d'application de ce procédé de balayage aux radars aéroportés. Dans le procédé selon l'invention, ces inconvénients sont évités et le changement d'orientation du faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence est obtenu, à la demande, tout en se libérant des contraintes d'encombrement, de poids et de complexité des autres procédés à balayage électronique. Ce procédé permet également de se libérer des contraintes du balayage mécanique. Le procédé pourchanger le déphasage d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence suivant l'invention consiste à interposer sur le trajet du faisceau émis par cette source, un réseau, orienté parallèlement au champ électrique de l'onde incidente, de fils conducteurs continus, de fils conducteurs discontinus et de fils conducteurs qui peuvent être rendus continus ou discontinus par l'intermédiaire d'interrupteurs placés sur ces fils et commandables à volonté. Le réseau est disposé selon une surface quelconque, réglée ou non, assimilable localement à une surface plane vis à vis de la longueur d'onde de l'énergie hyperfréquence incidente. Les fils conducteurs sont situés sur des lignes intersections de la surface sur la quelle est disposé le réseau avec des plans parallèles au champ électrique en chaque point du réseau. Il est connu qu'un réseau plan de fils conducteurs tronçonnés, interposé sur le parcours d'une onde hyperfréquence, plane et polarisée parallèlement aux fils, produit un effet global sur cette onde, cet effet pouvant être capacitif ou inductif, suivant la longueur des tronçons, par rapport à la longueur d'onde de l'énergie hyperfréquence incidente. Le demandeur, en associant dans un meme réseau de fils conducteurs, des fils continus a effet inductif, des fils tronçonnés à effet capacitif et des fils tronçonnés dont l'effet peut etre rendu à volonté soit selfique soit capacitif par intervention sur la longueur des tronçons au regard de la longueur d'onde incidente,a été capable de produire un déphasage global positif ou négatif correspondant respectivement à un effet inductif ou capacitif ou un déphasage nul correspondant à une compensation des divers effets Le demandeur a constaté en outre que l'interposition d'un réseau de fils, qu'ils soient continus ou non, sur le trajet d'une onde incidente, provoque généralement l'apparition de réflexions parasites. Aucune réflexion parasite n'apparait lorsqu'il y a compensation des divers effets inductifs et capacitifs entre les fils du réseau. Le procédé pour changer le déphasage d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence, suivant l'invention, consiste à interposer sur le trajet du faisceau émis par cette source, un cou ple de deux réseaux maintenus constamment identiques orientés parallèlement au champ électrique de tonde incidente, de fils conducteurs continus, de fils discontinus, et de fils conducteurs qui peuvent être rendus continus ou discontinus par l'intermédiaire d'interrupteurs placés sur ces fils et commandables à volonté, les deux réseaux étant à une distance l'un de l'autre telle que les réflexions parasites introduites se combinent avec des amplitudes et des phases relatives telles qu'il n'y ait plus d'onde réfléchie. Lexs réseaux, suivant l'invention, sont disposés parallèlement au champ électrique selon des surfaces quelconques, réglées ou non, équidistantes l'une de l'autre et assimilables localement à des sur faces planes vis à vis de la longueur d'onde de l'énergie hyperfréquence incidente. Ces deux surfaces sont distantes l'une de l'autre d'environ un quart de longueur d'onde, de façon telle que l'ensemble est adapté pour cette onde incidente, c'est à dire n'est le siège d'aucune réflexion. Pour que le couple des deux réseaux de fils suivant l'invention reste adapté à tout instant, les deux réseaux de fils doivent être maintenus identiques, par exemple si les interrupteurs d'un fil sont fermés dans le premier réseau du couple, les interrupteurs du fil du second réseau que l'onde incidente atteint après avoir rencontré le fil du premier réseau, sont également fermés En effet, puisque les deux réseaux sont maintenus identiques, les réflexions parasites qui peuvent être introduites par l'un des réseaux du couple sont alors neutralisées par les réflexions parasites engendrées par l'autre réseau du couple. Dans un certain état des interrupteurs sur les fils, il ne se produit aucune réflexion parasite dans chacun des deux réseaux, par un effet de compensation entre les seuls fils d'un même réseau. Les interrupteurs placés sur les fils conducteurs de chaque réseau peuvent par exemple être des diodes commandées par une tension suffisante pour les. rendre à volonté conductrices ou non conductrices, la tension leur étant appliquée directement uniquement par l'intermédiaire des fils constituant le réseau. Les diodes placées sur un même fil sont montées dans le même sens et commandées simultanément par la même tension qui leur est appliquée directement par l'intermédiaire de ce dit fil. Bien entendu, plusieurs lignes de diodes de l'un ou/et l'autre réseau, peuvent être commandées simultanément par la même source de tension. En agissant localement sur l'état des interrupteurs portés par certains fils du réseau, ou des réseaux, dans le cas d'un couple de réseaux on peut à volonté commander le déphasage subi par l'onde incidente. L'onde incidente peut être décomposée en autant de bandes parallèles qu'il y a de fils. Le déphasage introduit sur chaque bande est uniforme, il peut varier d'une bande à l'autre. On voit alors qu'en superposant sur le trajet d'une onde incidente plusieurs couples de tels réseaux dans lesquels en outre on peut agir sur l'état des diodes placées sur les fils constituant les dits réseaux par l'intermédiaire de leur tension de commande, on peut modifier, à volonté, la répartition de la phase de cette onde et lui donner une loi quelconque : on peut alors soit focaliser soit défléchir soit focaliser et défléchir l'onde incidente dans le plan perpendiculaire aux réseaux; nous avons là, la possibilité de faire du balayage électronique. La lentille active mettant en oeuvre le procédé selon l'invention est constituée d'un couple de deux réseaux maintenus constamment identiques, parallèles au champ électrique de l'onde incidente, de fils conducteurs continus, de fils conducteurs discontinus et de fils conducteurs qui peuvent être rendus continus ou discontinus à volonté par l'intermédiaire d'interrupteurs placés sur ces fils, les deux réseaux étant à une distance l'un de l'autre telle que l'ensem- ble est adapté à la longueur d'onde de l'énergie incidente, comme il a été dit, le support du couple de réseaux de fils est realisé en matériau transparent aux ondes hyperfréquence et ntayant aucune action décelable sur ces ondes, que ce soit en variation de phase, ou en variation de niveau d'énergie.Il comporte deux faces, dont les surfaces élémentaires sont assimilables localement à un plan, parallèles et équidistantes. A titre d'exemple, non limitatif, on décrit ci-après un type de réalisation permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'inven- tion pour obtenir sur une onde un changement de déphasage à volonté. Un couple de.deux réseaux identiques plans de fils droits parallèles est constitué à partir de fils de cuivre de 0,5 mm de diamètre. Chacun des réseaux comprend une première grille de fils conduc-teurs tronçonnés, la longueur des tronçons étant de 27 mm, disposés parallèlement, au pas de 40 mm, et une seconde grille de fils tron çonnés également placés au pas de 40 mm, intercalés à mi-distance entre les fils de la première grille, la longueur des tronçons dans cette seconde grille étant de 55 mm,.les tronçons de fils de 55 mm sont sur un même fil réunis entre eux par des diodes au silicium; toutes les diodes d'un même fil sont connectées dans le même sens de telle sorte qu'elles forment une chaîne qui conduit le courant lorsqutune 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 nulle. La tension de commande des diodes est appliquée aux extrêmités des tronçons de fils. Les réseaux, tout à fait identiques entre eux, sont placés à une distance de 20 mm, parallèlement l'un à l'autre, leurs fils étant-également parallèles. Les diodes de deux fils correspondants dans chacun des réseaux sont à tout instant dans un état identique, pour ce faire elles sont alimentées- en série. Pour soutenir les réseaux de fils, on applique ces réseaux sur chacune des faces d'une plaque support, de 20 mm d'épaisseur, réalisée en mousse de polystyrène expansé. Lorsque ce couple de deux réseaux est traversé par une onde de 3 GHz, dont le champ électrique est orienté parallèlement aux fils des réseaux le couple de réseaux est adapté et il ne se produit aucune réflexion parasite. Le déphasage de l'onde rencontrant les parties du couple de réseaux dans lesquelles les fils sont rendus continus par une alimentation adéquate des diodes, est de 400. Il est de 50 lorsque les fils sont discontinus par suite du blocage des diodes. En superposant sur le trajet d'une onde incidente -10 couples de réseaux identiques aux précédents on peut introduire sur cette onde des déphasages allant de 500 à 4000, par paliers de 350 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour changer le déphasage d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence qui consiste à interposer sur le trajet du faisceau,un réseau, orienté parallèlement au champ élec trique de l'onde incidente, de fils conducteurs continus, de fils conducteurs discontinus et de fils conducteurs qui peuvent être rendus continus ou discontinus par l'intermédiaire d'interrupteurs placés sur ces fils et commandables à volonté. 2.- Procédé pour changer le déphasage du faisceau émis par une sour ce hyperfréquence rayonnante caractérisée en ce que l'on interpose sur le trajet de l'onde un ou plusieurs couples de deux réseaax de fils conducteurs selon la revendication 1, deux réseaux d'un cou ple étant maintenus constamment identiques et à une distance l'un de l'autre telle qu'il nty ait pas d'onde parasite réfléchie, quelque soit l'état des interrupteurs placés sur les fils. 3.- Procédé de balayage électronique d'un faisceau hyperfréquence émis par une source rayonnante utilisant le procédé de déphasage d'un faisceau selon la revendication 1 ou selon la revendication 2 caractérisé en ce que les fils conducteurs qui peuvent être ren dus continus ou discontinus à volonté le sont successivement un à un ou par groupes affectant de petites bandes de réseaux. 4.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans le quel les interrupteurs placés sur les fils sont des diodes mon tées en série, commandées uniquement par l'intermédiaire des fils sur lesquels elles sont montées. 5.- Dispositif pour changer le déphasage d'un faisceau émis par une source rayonnante hyperfréquence caractérisé en ce qu'il utilise le procédé selon la revendication 1, ou selon la revendication 2 ou selon la revendication 3 pour faire varier localement le dépha sage d'une onde incidente. 6.- Application du dispositif selon la revendication 5 à la réalisa tion d'une lentille active caractérisée en outre par le fait qu'elle peut effectuer séparément ou simultanément les fonctions focalisa tion et déflexion selon la loi de commande des interrupteurb, ma noeuvrés éventuellement par un calculateur électronique. 7.- Application du dispositif selon la revendication 5 à la réali sation d'une lentille active caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs couples de deux réseaux de fils conducteurs, dans les quels les interrupteurs placés sur les fils sont des diodes, com mandées par groupes à l'aide d'un calculateur électronique, la distance entre les deux réseaux de chaque couple étant de environ un quart de la longueur d'onde de l'énergie incidente rayonnée.