Brevet FR2462789A1 — publié le 19810213

i L'invention concerne un radiateur en cornet à rainures dans lequel une zone de jonction est insérée entre un guide d'ondes d'alimentation à paroi lisse, possédant une section transversale constante, et un S radiateur à pavillon possédant une structure périodique à rainures, qui ont une profondeur qui est inférieure au quart de la longueur d'onde, rapportée à la fréquence de fonctionnement la plus faible à transmettre. Par exemple pour le fonctionnement d'une antenne d'émission/réception avec des rayonnements suivant deux polarisations orthogonales, il est nécessaire d'utiliser des radiateurs possédant de préférence une faible pola- risation croisée. Un champ de rayonnement à symétrie de révolution et un faible facteur de réflexion sont des conditions préalables. Dans le domaine des antennes microondes, les émetteurs en cornet à rainures trouvent un champ d'application étendu en raison de ces pro- priétés électriques appropriées. Les radiateurs en cor- net à rainures connus jusqu'à présent concernant des applications jusqu'à une largeur de bande maximale d'en- viron 20 % ou bien ne satisfont, dans le domaine à large bande, à aucune des exigences par trop élevées en ce qui concerne le comportement en polarisation croisée. Plusieurs radiateurs ou émetteurs en cornet à rainures connus fonctionnent avec des rainures d'une profondeur supérieure au quart de la longueur d'onde. En outre on connait des radiateurs en cornet à rainures, dans les- quelles les rainures, pour la limite inférieure de la bande de fréquence, ont une profondeur inférieure au quart de la longueur d'onde (IEEE Transactions, Band AP-26, No 2, Mars 1978, pages 367 à 372). De tels ra- diateurs en cornet à rainures se caractérisent, il est vrai, par un diagramme possédant une symétrie compara- tivement bonne au voisinage de la limite inférieure de la bande de fréquence et par un faible facteur de réflexion au voisinage de la limite supérieure de la bande de fré- quence, mais présentent une adaptation suffisante dans la plage inférieure de la bande de fréquence et un diagramme d'une dissymétrie plus importante et une polarisation croisée plus importante dans la plage supérieure de la bande de fréquence. La présente invention a pour but de créer, pour un radiateur en cornet à rainures, une zone de jonction, qui est conçue de façon appropriée pour une large bande, aussi bien du point de vue de l'adaptation que du point de vue de la symétrie du diagramme et du comportement en polarisation croisée, de sorte que par exemple l'utilisation du radiateur en cornet dans une antenne à réflecteur, qui peut englober une bande de réception de 3,7 GHz à 4,2 GHz et une bande d'émis- sion de 5,925 GHz à 6,425 GHz. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion grâce au fait que la zone de jonction est consti- tuée,à partir dudit guide d'ondes d'alimentation, par les sections suivantes raccordées les unes aux autres a) une section de guide d'ondes à paroi lisse s'élar- gissant de façon uniforme, b) une section de guide d'ondes à paroi lisse, réalisée avec une section transversale constante, c) une section en forme de pavillon à paroi lisse, se raccordant à la section précédente sans variation brusque ni coude et dont les dimensions en section transversale croissent de façon monotone, notamment exponentielle, d) une section en forme de pavillon, se raccordant à la section précédente sans variation brusque ni coude et dont les dimensions en section transver- sale augmentent de façon monotone, notamment expo- nentielle, et comportant une première zone d'adap- tation constituée par au moins deux rainures succes- sives qui, du point de vue de leur largeur, sont nettement plus étroites que les rainures de la struc- ture périodique de rainures, et sont également accor- dées de façon appropriée du point de vue de leur lar- geur et qui en outre ont une profondeur supérieure à la profondeur des rainures de la structure périodique de rainure et sont munies d'une partie élargie diri- gée vers le guide d'ondes d'alimentation et dont la profondeur est égale à environ un huitième de la lon- gueur d'onde, par rapport à la fréquence de fonction- nement la plus faible devant être transmise, e) une section en forme de pavillon, dont les dimensions en section transversale augmentent de façon uniforme et comportant une seconde forme d'adaptation consti- tuée par plusieurs rainures successives dont la pro- fondeur est étagée de façon continue jusqu'au niveau de la structure régulière à rainures. Avantageusement l'angle d'ouverture de la sec- tion en forme de pavillon comportant la seconde zone d'adaptation est supérieur à l'angle d'ouverture du ra- diateur à pavillon, qui y est raccordé et qui possède la structure régulière et périodique à rainures. Dans la demande de brevet allemand déposée sous le No. P 28 36 869.6, il a déjà été proposé un radiateur en cornet à rainures, dans lequel entre une section de guide d'ondes d'alimentation à paroi lisse d'un côté et une structure périodique à rainures, s'élargissant avec une forme conique, de l'au- tre côté, il est insérée une zone d'adaptation qui est formée par une seule rainure, mais qui est nettement plus étroite que les rainures de la structure périodique à rainures et qui possède également une profondeur d'en- viron un quart de longueur d'onde et est munie d'une partie élargie dirigée vers le guide d'ondes d'alimenta- tion. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation d'un radiateur en cornet à rainures, comportant une section transversale circulaire, conforme à l'inven- tion, La figure représente une vue en coupe longitu- dinale d'un radiateur en cornet à rainures conforme à l'invention. Ce radiateur possède une symétrie de révolu- tion et par conséquent une section transversale circulaire et doit pouvoir être utilisé pour une bande de réception de 3,7 GHz à 4,2 SHz et pour une bande d'émission de 5,925 CHz à 6,425 GHz. Au guide d'ondes d'alimentation 1 à paroi lisse, possédant une section transversale cons- tante, se raccorde une section de guide d'ondes 2 à pa- roi lisse, s'élargissant avec une forme conique et dont l'angle du cône est égal à environ à 1 . A cette sec- tion succède une section de guide d'ondes 3 à paroi lisse, réalisée avec une forme cylindrique et qui sert d'espace de propagation de phase, comporte une longueur spécifi- que ainsi qu'un diamètre spécifique et se prolonge, sans discontinuité mécanique, ni coude, par une section 4 à paroi lisse d'un pavillon à génératrice exponentielle. Ce-dernier débouche ensuite, en un endroit approprié, dans une première zone d'adaptation 5 qui est constituée de deux rainures successives 6 et 7 pouvant être remplies par un matériau diélectrique. A la suite de ces deux rainures 6 et 7 vient une section en forme de pavillon conique comportant une seconde zone d'adaptation 8 qui est constituée par plusieurs rainures successives 9, dont la profondeur diminue de façon continue. Cet en- semble est suivi par une structure uniforme périodique à rainures 10, s'élargissant avec une forme conique et- dont la profondeur des rainures est inférieure à un quart de longueur d'onde, par rapport à la fréquence de fonctionnement la plus faible devant être transmise. Les deux rainures successives 6 et 7 situées dpns la piremière zone d'adaptation 5 sont, du point de vue de leur largeur, nettement plus étroites que les rainures de la structure régulière et périodique à rainures 10 et sont en outre accordées du point de vue de leur largeur. Les rainures 6 et 7 ont une profondeur dépassant celle des rainures de la structure périodique à rainures 10. En outre les deux rainures 6 et 7 sont munies respecti- vement d'une partie élargie 11 dirigée vers le guide d'ondes d'alimentation 1. Il faut tenir compte du fait que l'angle d'ouverture de la section en forme de pavillon 8 est supérieur à l'angle d'ouverture du radiateur à pavillon qui y est raccordé et qui possède la structure pério- dique uniforme à rainures 10. Dans le cas d'un radiateur usuel en cornet à rainures, la jonction entre le guide d'ondes d'alimenta- tion et la zone du radiateur en cornet, le début de la structure à fente et l'ouverture du radiateur en cornet créent une perturbation de champ stable d'une onde électromagnétique se propageant. Dans le cas de l'exemple de réalisation de l'invention, représenté sur la figure, le bord, localisé de façon précise, prévu dans le cas des radiateurs connus en cornet à rainures entre le guide d'ondes d'alimentation et la zone du radiateur à pavillon est remplacé par la section de guide d'ondes à paroi lisse s'élargissant avec une forme conique et s'ouvrant de façon monotone vers la rampe de la jonction. Cette disposition permet de ré- duire fortement les influences réciproques spécifiques, par exemple l'énergie réactive et les ondes stationnaires, dans la zone de jonction entre le guide d'ondes d'ali- mentation et la première structure à rainures du radia- teur à pavillon et, suivant ce guide d'ondes. En outre, conformément à l'invention, la forme de la structure à rainures et son diamètre initial sont choisis de telle manière qu'il ne subsiste qu'un faible rétrécissement de la section transversale active pour l'onde se propageant. Cet effet est assisté par le fait que l'on choisit pour la zone d'adaptation 8 un angle d'ouverture plus important pour la zone comportant la structure uniforme périodique à rainures 10. L'impédance de paroi nécessaire pour pro- duire une distribution symétrique stable du clamp hybride peut être réglée finement au moyen d'un ré- 1 0 glage de la largeur de fente des rainures 6 et 7 dans la zone de jonction. On obtient alors de très faibles réflexions sur toute la largeur de bande. L'excitation d'onde E11 nécessaire dans la bande d'émission pour stabiliser de bonnes caracté- ristiques de symétrie sur l'ensemble de la largeur de la bande est obtenue grâce à un réglage fin de la longueur de l'espace de propagation de phase 3. La section transversale est choisie de manière que l'ex- citation n'agisse que pour les fréquences supérieures. Grâce à la conformation spéciale dans la zone comprise entre le guide d'ondes d'alimentation à paroi lisse, la section de guide d'ondes 2 à paroi lisse, s'élargissant de façon conique, et la section de guide d'ondes 3 à paroi lisse réalisée avec une forme cylindrique, il est possible d'obtenir une amé- lioration recherchée de la symétrie du diagramme dans la bande d'émission considérée. Ceci est réalisé au moyen de l'excitation volontaire d'un guide d'onde plus élevé (onde E11) dans la section de guide d'ondes 2 et au moyen d'un réglage approprié de sa position de phase par rapport à celle du type de l'onde de base (onde -Hîî) à travers la section de guide d'ondes 3, raccordée à la section de guide d'ondes précédente et constituant un espace de propagation de phase, pour la formation de l'onde HE11 dans le radiateur en cornet à rainures. A ce sujet on se reportera à l'article de Clarricouts "Propagation and Radiation Behaviour of Corrugated Feeds, dans 'Proceedings of the IEEE", Vol. 118, No. 9, Septembre 1971, Parties 1 et 2. REVENDICATIONS 1) Radiateur en cornet à rainures dans lequel une zone de jonction est insérée entre un guide d'ondes d'alimentation à paroi lisse, possédant une section transversale constante, et un radiateur à pavillon pos- sédant une structure périodique de rainures, dont la profondeur est inférieure au quart de la longueur d'on- de, rapportée à la fréquence de fonctionnement la plus faible devant être transmise, caractérisé par le fait 0 que la zone de jonction est constituée, à partir du guide d'ondes d'alimentation (1), par les sections suivantes se raccordant les unes aux autres: a) une section de guide d'ondes (2) à paroi lisse, s'é- largissant de façon uniforme, b)- une section de guide d'ondes (3) à paroi lisse réa- lisée avec une section transversale constante, c) une section en forme de pavillon (4) à paroi lisse, raccordée à la section précédente sans discontinui- té ni coude, et dont les dimensions en section transversale croissent de façon monotone, notamment de façon exponentielle, d) une section en forme de pavillon raccordée à la sec- tion précédente sans discontinuité ni coude, dont les dimensions en section transversale croissent de fa- çon monotone, notamment de façon exponentielle, et comportant une première zone d'adaptation (5) qui est constituée par au moins deux rainures successi- ves (6, 7) et sont également accordées de façon appropriée du point de vue de leur largeur et qui en outre ont une profondeur dépassant la profondeur des rainures de la structure périodique à rainures (10) et sont munies d'une partie élargie (11) diri- gée vers le guide d'ondes d'alimentation (1) et qui possède une profondeur d'environ un huitième de longueur d'onde, par rapport à la fréquence la plus basse de fonctionnement devant être transmise, e) une section en forme de pavillon, dont les dimensions en section transversale augmentent de façon uniforme et qui comportent une seconde zone d'adaptation (8) constituée par plusieurs rainures successives (9) dont la profondeur est étagée de façon continue jus- qu'à la structure uniforme à rainures (10). 2) Radiateur en cornet à rainures suivant la re- vendication 1, caractérisé par le fait que l'angle d'ou- verture de la section en forme de pavillon et comportant la seconde zone d'adaptation (8) est supérieur à l'an- gle d'ouverture du radiateur à pavillon comportant la structure uniformément périodique à rainures. 3) Radiateur en cornet à rainures suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les rainures (6, 7) situées dans la section en forme de pavillon comportant la première zone d'adaptation (5) sont remplies avec un matériau diélectrique. 4) Radiateur en cornet à rainures suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par son utilisation en tant qu'émetteur primaire dans une antenne Cassegrain. ) Radiateur en cornet à rainures suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par son utilisation en tant qu'émetteur primaire dans une antenne alimentée en son foyer. 6) Radiateur en cornet à rainures suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par son utilisation en tant qu'antenne en cornet. 7) Radiateur en cornet à rainures suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la section transversale possède une sy- métrie de révolution.