Brevet FR2494047A1 — publié le 19820514

La présente invention concerne des antennes à réseau plan à polarisation variable et faibles lobes secondaires pouvant fonctionner, soit en polarisation linéaire, soit en polarisation circulaire avec de bonnes qualités de polarisation et sur une bande de fréquence relativement large. Ces antennes sont particulièrement intéressantes dans la lutte contre les brouilleurs intentionnels actifs ou passifs et contre les échos parasites étendus dus à des phénomènes naturels. Dans l'art antérieur, on trouve des antennes à réseau plan à fentes rayonnantes ayant l'avantage d'avoir un gain éleve et de présenter de faibles lobes secondaires. Ces antennes sont constituées d'un réseau de guides d'onde possédant, sur leur petit côté, des fentes ou des groupes de fentes espacés regulièrement et dont on fait varier le couplage avec le guide en jouant sur leur inclinaison par rapport à l'axe du guide brevet français 73 22107 (2 189 891) déposé au nom de International Standard Electric Corporation].Dans la demande de brevet français 78 35313 déposée le 15 décembre 1978 au nom dé International Standard Electric Corporation et intitulée : "Antenne à réseau plan a polarisation va- riable", il s' Dans le premier cas, une modification du couplage des fentes rayonnantes, par modification d'un paramètre géométrique qui est l'angle des fentes, permet de contrôler l'illumination du plan rayonnant, mais il n'est pas possible de contrôler le plan de polarisation de l'onde émise. Dans le second cas, il s'agit bien d'une antenne qui permet de contrôler le plan de polarisation de l'onde émise, mais l'angle des fentes étant ici fixé, il n'est alors plus possible d'utiliser ce paramètre pour contrôler l'amplitude d'illumination de façon à diminuer les lobes secondaires. De plus, l'utilisation de fentes à couplage variable introduit dans la ligne une impédance ayant une partie réactive, elle aussi variable. La phase de l'onde propagée par le guide ou la ligne, et donc la phase de l'illumination du prochain élément rayonnant, dépendront donc de ce couplage. Un objet de la présente invention est de fournir une antenne à réseau plan à polarisation variable et à très faibles lobes secondaires permettant de remédier aux inconvénients ci-dessus. Dans l'antenne de l'invention, le réseau plan est constitué de deux sous-ensembles imbriqués de lignes coaxiales de section carrée, alimentés de façon indépendante, dont l'un possède comme éléments rayonnants des fentes à quarante-cinq degrés et l'autre des fentes à moins quarante-cinq degrés. Il est ainsi possible de contrôler le plan de polarisation en jouant sur les phases et les amplitudes relatives des alimentations.Selon l'invention, les éléments rayonnants sont des fentes non résonnantes ou des groupes de telles fentes dont la longueur, et donc le couplage avec la ligne, varient lorsque l'on se déplace, sur une ligne coaxiale, du générateur vers la charge terminale adaptée, de façon que la variation de l'amplitude d'illumination de chaque élément rayonnant suive, le long de la ligne, une loi donnée préétablie, et dont la distance entre deux éléments rayonnants successifs est variable et dépend du couplage de celui des deux le plus proche du générateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1 représente l'antenne selon l'invention ; et - la figure 2 représente une portion de ligne coaxiale avec la dispo sition des couples de fentes et leurs dimensions. Le réseau plan 1 représenté à la figure 1 comprend deux réseaux linéaires de fentes inclinées à quarante-cinq degrés 2, 4 et deux réseaux linéaires de fentes inclinées à moins quarantecinq degrés 3, 5. Le nombre limité de réseaux représentés ici est pris a titre d'exemple ; il dépendra en fait des caractéristiques requises au niveau de la largeur du faisceau et de l'amplitude et de la position des lobes secondaires. L'ensemble des réseaux pairs 2, 4, avec des fentes à quarantecinq degrés, sera alimenté de façon connue par un générateur ayant une amplitude et une phase variable; il est ici terminé par les charges adaptées 21 et 41. L'ensemble des réseaux impairs 3, 5 , avec des fentes a moins quarante-cinq degrés, sera de la même façon alimenté par un générateur ayant une amplitude et une phase variables, independamment du premier générateur. Ils sont terminés par les charges adaptées 31 et 51. Sur la figure 2, est représenté un couple de fentes rayonnantes 22p, 22'p constituant un élément rayonnant. Les critères commandant le choix des paramètres géométriques e et a des éléments rayonnants sont bien connus. L'épaisseur e des fentes rayonnantes est choisie de façon a réaliser un compromis entre une bonne qualité de polarisation et une large bande passante. La distance a entre deux fentes d'un même élement rayonnant est choisie de façon que le couplage entre les deux fentes permette d'obtenir une bande passante la plus large possible, le remplacement d'une fente par deux fentes couplées permettant d'obtenir une bande passante plus élevée pour un même couplage ou un couplage plus élevé pour une même bande passante. La longueur 1 de l'élément rayonnant est le paramètre sur lequel on agit pour faire varier le couplage de l'élément avec la ligne. Lorsque l'on se déplace sur une ligne, d'un élément à l'autre, on fera varier ce paramètre de façon que la distribution d'amplitude d'illumination suive une loi donnée, préétablie, par exemple une loi de Taylor. Des mesures de résistance de fentes ont de plus montré que le couplage était nettement plus éleve avec une ligne chargée par un diélectrique, même de faible constante diélectrique, qutavec une ligne à air. Celuici permettant, de plus, de diminuer la longueur d'onde dans la ligne, il sera souhaitable d'utiliser des lignes chargées par un diélectrique à faibles pertes. Dans une hypothèse de départ des calculs, on suppose que l'on a des éléments rayonnants accordés équidistants - s'ils sont distants de d les uns des autres, et pour une fréquence f, on obtiendra un faisceau dans une direction e donnée - la loi de Taylor choisie fournira N coefficients A constituant la p distribution des amplitudes d'éléments rayonnants discrets. On peut normaliser les coefficients A de la distribution en p tenant compte des pertes dans la ligne coaxiale. On obtient alors l'expression suivante des coefficients normalisés où le coefficient ss, supposé constant le long de la ligne (0 On obtient alors l'expression des résistances réduites où l'on a considéré que l'on conserve l'adaptation le long de la ligne. Selon une caractéristique de l'invention, cette variation de la résistance des fentes est obtenue avec des groupes de fentes non accordées dont on fait varier la résistance rp par variation de leur longueur commune l , suivant la loi p Et cette variation de longueur entraîne une variation fp de la phase de l'onde transmise dans la ligne suivant la loi 1 étant une longueur de référence, rO est la valeur de la résistance o reduite pour 1 = 10 et 0 est la valeur du déphasage de l'onde dans la p 1 ligne pour cette même valeur 1 = 1 . Les exposants 1 et n' sont des p o n coefficients réels constants. Les valeurs de lo, r0, 0 n et n' choisies devront correspondre à la meilleure approche des resultats théoriques et/ou expérimentaux donnant : 1 en fonction de r et cp en fonction de 1 p p p Selon une autre caractéristique de l'invention, pour maintenir une relation de phase constante entre les ondes issues des différents éléments rayonnants et conserver le même angle d'émission 8 que dans le cas d'élements accordés équidistants, on modifiera la distance entre deux éléments successifs, pour compenser le dephasage introduit par l'élé- ment le plus proche du générateur, selon la loi où d est la distance entre l'élément p et l'élément p+1 et où d est p égal à la distance entre les fentes quand celles-ci sont accordées. Sur la figure 2, sont reportées les distances d 1 entre les p-I groupes de fentes 22p-1, 22'p-1 et 22p, 22'p, et les distances dp entre les groupes de fentes 22p, 22'p et 22p+1, 22'p+1. Une détermination précise des incertitudes introduites par les hypothèses de calcul et/ou les erreurs de mesure et au cours des approximations successives, pourrait montrer l'utilité d'un calcul de nouveaux coefficients A' associés a ces nouvelles distances ; ceci p pourrait conduire alors à de nouvelles valeurs de d . Plusieurs ité p rations successives peuvent même être envisagées. Cependant, les résultats obtenus ci-dessus, sans effectuer ces itérations supplémen taies, s'avèrent satisfaisants. Dans un exemple de réalisation, on a utilisé des lignes de N = 82 doubles fentes chargées par un diélectrique de constante diélec trique E = 1,2 - la loi d'illumination est une loi de Taylor a 50 dB - la fréquence centrale f est f = 9,5 Gz - la distance a entre les fentes est a 2 2,3 mm - la puissance perdue dans la charge Pc devra être Pc = 8 % - dans notre hypothèse de départ, la distance entre groupes de fentes d est d 3 21 mm. Les variations de r et , en fonction de I, ont été obtenues à partir de résultats expérimentaux pour une part. Une étude théorique a du être entreprise pour l'extrapolation de ces résultats, dans le cas de faibles couplages. Dans notre exemple de réalisation, et à partir de ces résultats, on a pris 1 = 10 miii n = 14,5 o n t 14,5 r = 0,005 n' = 4,7 o = = 3,90 La présence d'un plan réflecteur discontinu, constitué par des lignes coaxiales écartées entre elles (environ deux millimètres), provoque une rotation de la polarisation émise par les fentes qui passe de plus ou moins quarante-cinq degrés à plus ou moins soixante degrés. Il a été remédié à ce défaut en bouchant les intervalles entre les lignes par des lames métalliques de façon à former un plan conducteur continu constituant un plan réflecteur parfait. Il a été vérifié expérimentalement que les couplages entre les lignes étaient minima lorsque les lignes étaient décalées entre elles d'un demi pas (disposition en quinconce). Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'un exemple de réalisation bien particulier et pour des lois de variation bien précises, il est clair qu'elle n'est pas limitée audit exemple et qu'elle est susceptible de modifications ou de variantes sans sortir de son domaine. En particulier, toute loi autre qu'une loi de Taylor aurait pu être choisie. REVENDICATIONS 1. Antenne a réseau plan a polarisation variable et à faibles lobes secondaires constituée de deux sous-ensembles imbriqués de lignes coaxiales de section carrée, alimentés de façon indépendante, dont l'un possède comme éléments rayonnants des fentes à quarante-cinq degrés et l'autre des fentes à moins de quarante-cinq degres, caractérisée en ce que les éléments rayonnants (tels 22p, 22'p) sont des fentes non résonnantes ou des groupes de telles fentes dont la longueur ), et donc le p couplage avec la ligne, varient lorsqu'on se déplace, sur une ligne coaxiale (2 à 5), du générateur vers la charge terminale adaptée (21 à 51), de façon que la variation de l'amplitude d'illumination de chaque élément rayonnant suive, le long de la ligne, une loi donnée préétablie et dont la distance (d ), entre deux éléments rayonnants successifs, est p variable et dépend du couplage de celui des deux le plus proche du générateur. 2. Antenne à réseau plan à polarisation variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que la variation de l'amplitude d'illumination de chaque élément rayonnant d'une ligne coaxiale donnée suit une loi de Taylor lorsque l'on se déplace du générateur vers la charge adaptée. 3. Antenne à réseau plan à polarisation variable selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la loi préétablie d'illumination des éléments rayonnants est obtenue en faisant varier la longueur des fentes ou groupes de fentes suivant la loi où I est la longueur de la ou des fentes de l'élément rayonnant p, p où r est la valeur de la résistance que l'on doit donner a p l'élément rayonnant p pour que son amplitude d'illumination suive la loi préétablie, où 1 est une longueur de re'erence, r0 est la o résistance associée à cette longueur de référence et n est un coefficient réel, la résistance rp variant suivant une loi de la forme où les coefficients a. sont les coefficients normalisés de la distribution d'amplitude, qui peut être par exemple une distribution de Taylor et qui sont calculés à partir des coefficients A. de la distribution de l'amplitude d'illumination à partir de l'expression Pc étant la puissance, dans la charge adaptée en pourcentage, de la puissance émise, et où ss est un coefficient permettant d'introduire les pertes en ligne et est compris entre O et 1. 4. Antenne à réseau plan à polarisation variable selon la revendication 3, caractérisée en ce que la distance dp > entre les éléments rayonnants d'indice p et p+l, est fonction de la longueur 1 p de la ou des fentes p, suivant la loi où d est la valeur qu'aurait d si la fente p était accordée et où p est le déphasage de l'onde dans la ligne introduit par la ou les fentes p et se calcule à partir de l'expression étant la phase de référence pour une fente de longueur 1 et n' un coefficient réel. 5. Antenne à reseau plan à polarisation variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'espace entre chaque ligne coaxiale est fermé par un matériau conducteur de façon à constituer, avec les lignes coaxiales, un plan conducteur continu. 6. Antenne à réseau plan à polarisation variable selon l'une quelconque des revendications 1- à 5, caractérisée en ce que les fentes de deux lignes coaxiales adjacentes sont placées en quinconce, de façon à minimiser les couplages mutuels entre lignes coaxiales. 7. Antenne à réseau plan à polarisation variable selon I'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les lignes coaxiales sont remplies d'un matériau diélectrique à faible constante diélectrique et à faibles pertes.