Brevet FR2514203A1 — publié le 19830408

La présente invention concerne un filtre adaptatif spatial hyperfréquence pour antennes à polarisation quelconque et son procédé de mise en oeuvre. Dans la demande de brevet France N O 79 02918 du 5 fé- vrier 1979, la demanderesse a décrit un filtre spatial adap- tatif hyperfréquence permettant d'atténuer ou d'annuler les lobes secondaires du diagramme de rayonnement d'une antenne hyperfréquence émettant une onde polarisée linéairement, pro- cédé dans lequel on place devant l'antenne un filtre constitué d'un réseau de fils conducteurs parallèles au vecteur champ électrique de l'onde hyperfréquence, ces fils étant chargés par des résistances variables tels que des diodes et étant par- courus par des courants dont la loi de distribution dans cha- que fil est choisie en fonction des lobes secondaires du dia- gramme que l'on veut atténuer ou annuler, Ce procédé est limité dans ses applications aux antennes hyperfréquence à ondes polarisées linéairement. La présente invention est un perfectionnement au brevet précédent qui permet l'atténuation ou l'annulation des lobes secondaires lors de la réception du diagramme de rayonnement d'une antenne hyperfréquence à polarisation quelconque, c'est-à-dire linéaire, circulaire droite ou gauche, elliptique, etc. L'invention permet également la localisation, par exem- ple en site et en gisement, d'un brouilleur. Le procédé d'atténuation ou d'annulation des lobes secon- daires, lors de la réception, du diagramme de rayonnement d'une antenne hyperfréquence à polarisation quelconque, conforme à l'invention, se caractérise en ce qu'on place en avant de l'antenne, sur le trajet de l'onde émise par celle-ci, un filtre constitué par au moins deux réseaux conjugués de lignes conductrices brisées formées de tronçons de fils con- ducteurs, montés en série, chargés par des résistances dont les valeurs varient de façon continue en fonction de l'inten- sité des courants qui les traverse, intensité que l'on peut moduler à volonté dans chaque ligne conductrice de tron- çons précités, lesdites lignes conductrices étant disposées d'un réseau à l'autre de façon que lesdits tronçons apparte- nant à chaque réseau se croisent et s'enchevètrént sans contact électrique d'une ligne d'un réseau à la ligne adjacente cor- respondante de l'autre réseau Avantageusement, les lignes sont formées de tronçons de fils sensiblement égaux successifs, disposés suivant une surface à courbure sensiblement continue et sensiblement orthogonalement d'un tronçon au suivant et chaque réseau est constitué d'une famille de telles lignes sensiblement parallèles disposées à distance sensiblement constante d'une ligne à la suivante. De façon pratique, les résistances variables précitées sont constituées par des diodes, par exemple du type PIN. Comme au brevet ci-dessus mentionné, on alimente cha- que ligne des deux réseaux conjugués en courants électriques de polarisation des diodes dans le sens passant par l'inter- médiaire d'un commutateur qui permet de faire varier les in- tensités des courants continus traversant les lignes dans une large gamme de valeur du microampère à la dizaine de milliam- pères. Lorsque toutes les lignes (et toutes les diodes) des deux réseaux conjugués sont parcouru Eepar -le même courant, le filtre ainsi constitué et alimenté placé devant l'antenne provoque un déphasage global identique sur l'onde hyperfréquen- ce De plus, les pertes d'insertion d'un tel filtre sont sensiblement inversement proportionnelles à&'lintensité du courant continu traversant les lignes conductrices En choisis- sant des intensités de plusieurs milliampères voisiresde la saturation, on ne provoque qu'une atténuation à la transmission très faible et uniformément répartie sur toute la surface du filtre, donc sans effet sur le diagramme de l'antenne à l'é- mission Le déphasage uniforme à la transmission introduit sur l'onde hyperfréquence incidente est faible et de l'ordre de quelques degrés Le filtre pourra être-adapté/ comme il est connu, dans une bande fréquence de l'ordre de 15 % autour de la fréquence nominale de l'antenne, soit en noyant les lignes de fils conductrices dans une couche de matériau diélectrique d'épaisseur donnée, soit encore, en utilisant deux filtres identiques placés l'un derrière l'autre et distants l'un de l'autre d'une certaine longueur dite longueur d'adaptation. Dans une telle configuration, il apparaît donc que le filtre est pratiquement "transparent" à l'émission (et à la réception) Z 54 4203 de l'onde hyperfréquence émise (ou reçue). Au contraire, lorsque par l'intermédiaire du commuta- teur précité, on alimente chaque ligne conjuguée des deux réseaux conjugués dans le sens passant en courants électri- ques modulés spatialement, c'est-à-dire généralement diffé- rents de deux lignes conjuguées à deux autres lignes conju- guées, on constate une déformation du diagramme de l'antenne dans lequel apparaissent des atténuations ou des annulations de lobes secondaires dans des directions déterminées autres que celles du lobe principal, ces atténuations ou annulations étant fonction de la modulation des valeurs de courant dans les diverses lignes. L'effet de la modulation peut être constaté directement sur le diagramme de l'antenne; il peut être également prévu et calculé théoriquement en appliquant la méthode de calcul explicitée au brevet susmentionné 79 02918. La différence par rapport à ce brevet est qu'on rn'utili- se pas cette fois des fils conducteurs rectilignes chargés de diodes mais la superposition dans l'espace de lignes conduc- trices brisées formées de'tronçons de fils conducteurs char- géesde diodes montées en série, la superposition de deux li- gnes conjuguées traversées par un courant de même intensité venant donc se substituer à chaque fil rectiligne chargé de diodes du brevet susmentionné Avec une telle disposition nouvelle, le filtre adaptatif hyperfréquence peut être utilisé quelle que soit la polarisation de l'onde émise par l'antenne. L'invention se rapporte également à un filtre adaptatif spatial pour antenne hyperfréquence à polarisation quelconque caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux réseaux conju- gués de lignes conductrices brisées formées de tronçons de fils conducteurs montés en série chargés par des résistances variables telles que des diodes, lesdites lignes étant alimentées en courant d'intensité variable et modulable d'une ligne à la suivante au moyen-d'un commutateur électronique, lesdites lignes étant disposées d'un réseau à l'autre de façon que lesdits tronçons appartenant à chaque réseau se croisent et s'enchevêtrent sans contact électrique d'une ligne d'un réseau à la ligne adjacente de l'autre réseau et lesdites lignes sont formées de tronçons de fils sensible- ment égaux successifs disposés suivant une surface à courbure sensiblement continue et sensiblement orthogonalement d'un tronçon au suivant, et chaque'réseau est constitué d'une famil- le de telles lignes sensiblement parallèles disposées à distance sensiblement constantes d'une ligne à la suivante. Avantageusement, lesdites lignes sont disposées de part et d'autre d'une surface porteuse en matériau diélectri- que d'épaisseur adaptée à la fréquence de l'antenne Cette surface porteuse assure donc en même temps-que l'adaptation du filtre la séparation électrique des lignes conjuguées fa- vorable à une répartition plus régulière des courants dans les différents tronçons. L'invention, ainsi que ses diverses applications apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans les- quels La figure 1 montre schématiquement avec arrachement un panneau porteur de deux réseaux de lignes conjuguées brisées formées de tronçons de fils conducteurs chargés de diodes pour la réalisation d'un filtre conforme à l'invention. La figuré 2 montre schématiquement l'utilisation en superposition de deux filtres croisés du type illustré à la figure 1 permettant la localisation d'un brouilleur. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 1, un filtre 10 est constitué par une feuille support d'un maté- riau diélectrique il qui porte d'un côté (montréesen traits continus) des lignes conductrices brisées Ll, L 2, etc formées chacune de tronçons de fils conducteurs tels que repérés 121, 131, 14 î 122, 132, 142 qui portent chacun deux diodes D Dans l'exemple illustré, la surface du matériau diélectrique 11 est sensiblement plane et les tronçons succes- sifs de fils sont disposés sensiblement orthogonalement, de sorte que les directions générales des lignes telles que L 1, L 2 etc sont des lignes droites parallèles xi, x 2 De l'autre côté de la feuille en matériau diélectrique 11, est disposé symétriquement un réseau conjugué de lignes conductrices (monréieseentraits discontinus) 1, 1, etc di- 1 2 ri:gées sensiblement symétriquement, de sorte que chaque tronçon tel que 221 121 1 222, 232, 242 des lignes 1 1, 12 vient s'enchevétrer (sans contact électrique) sensiblement orthogonalement par rapport aux tronçons homologues adjacents de la ligne conjuguée Ll, L 2 Evidemment, les lignes l, 121. ont même direction générale x 1 l, x 2 que les lignes conju- guées Ll, L 2 les milieux des tronçons orthogonaux des fils se coupant précisément sur les lignes x 1, x 2,, Dans une telle construction, la longueur des tronçons repérée d dicte la distance séparant deux diode S D successives. La distance ú séparant deux lignes adjacentes L L 2 t 2 (ou leur direction générale x 1-x 2) donne le pas des motifs des réseaux correspondant au pas des fils rectilignes de la demande de brevet susmentionnée. Lorsque le panneau doit être "transparent", et plus particulièrement à l'émission de l'antenne, on fait passer dans chaque ligne telle que Ll, L 2 i, 12 des courants importants de l'ordre de plusieurs milliampèresa tous égaux voisins des courants de saturation des diodes Dans de telles conditions, le filtre adapté à l'antenne du f ait de la pré- sence d'une épaisseur appropriée de matériau diélectrique il n'introduit qu'un léger déphasage uniforme de l'ordre de quel- ques degrés. A la réception, les différents courants qui traversent les diverses lignes conjuguées des deux réseaux sont modulés au moyen d'un commutateur électronique (non représenté) en fonction de l'effet d'atténuation que l'on veut obtenir de tel ou lt lobe secondaire Ainsi, si l'on veut par exemple atténuer tel lobe secondaire situé à plus 300 par rapport à la direction de pointage de l'antenne, on fera passer dans les lignes Lj, il, conjuguées un courant d'intensité Il, dans les lignes L 2, 12 un courant d'intensité I 2 etc, la valeur des intensités pouvant être déterminée soit expérimen- talement, soit prévue par le calcul Le fait d'utiliser deux réseaux croisés conjugués de lignes conductrices brisées parcourus par des mêmes courants permet l'atténuation du lobe secondaire dans la direction déterminée quelle que soit la direction de polarisation de l'onde reçue. A titre d'exemple, un filtre a été réalisé pour fonc- tionner à la fréquence de l 050 MHZ Dans cette réalisation, la feuille de matériau diélectrique 11 avait une épaisseur de 0,3 millimètres Chaque tronçon de fil avait une longueur d égale 1 J 20 millimètres et supportait deux diodes de type PIN HP 379 distantes de 60 millimètres Le diamètre du fil mé- tallique constituant les tronçons était de 0,2 millimètre Le pas des motifs p était choisi égal à 95 millimêtrest Les dimensions hors tout du panneau étaient de 5 stres par 2,5 mètres. Avec un tel panneau, et quelle que soit la polarisation de l'onde hyperfréquence émise par l'antenne, on a pu créer des "trous", c'est-àdire atténuer et annuler sensiblement 1 o tous les lobes secondaires du diagramme de l'antenne sans modificatio:ensible du lobe principal dans des directions variant de 600 de part et d'autre du lobe principal, chaque atténuation d'un lobe secondaire correspondant à une loi de répartition déterminée des courants dans les diverses lignes conductrices du filtre. Une application particulière du filtre décrit réside dans l'utilisation de deux filtres placés l'un derrière l'au- tre dans des orientations différentes et-de préférence sensi- blement orthogonalement comme illustré schématiquement à la figure 2. Dans ce cas, on place devant l'antenne deux filtres identiques 10, 10 ' à faible distance l'un de l'autre Pour faciliter la description, disons que le filtre 10 placé de- vant le filtre 10 ' est disposé sensiblement verticalement avec la direction générale des lignes sensiblement verticale De la méme façon, le filtre 10 ' est placé sensiblement verti- calement mais avec la direction générale de ses lignes sensi- blement horizontale. Dans ces conditions, la recherché de localisation d'un brouilleur se fait en modulant les intensités Il; du filtre 10 et I'l, I'2, etc du filtre 10 ' de façon à obtenir l'atténuation maximale du bruit provenant du brouilleur Dans ces conditions, le filtre 10 donne immédiatement l'angle de gi- sement du brouilleur, tandis que le filtre 10 ' donne l'angle de site, ces deux angles pouvant être déterminés directe- ment et respectivement par les lois derépartition des courants établis dans le filtre 10 et dans le filtre 10 ' et donnant -l'atténuation maximale On notera qu'une telle localisation n'était pas possible dans le cadre du brevet précédemment mentionné même dans le cas o l'onde hyperfréquence était polarisée linéairement, étant donné qu'on ne pouvait croiser deux réseaux précédemment décrits. Bien que les exemples décrits fassent référence à des filtres sers Iblement plans, il apparaît immédiatement que le filtre peut être construit sur toute surface à courbure sensiblement continue par exemple cylindrique ou sphérique la mieux adaptée à l'antenne équipée. De même, comme mentionné précédemment, l'adaptation des réseaux peut se faire par duplication à la distance d'a- daptation appropriée de deux filtres identiques, -Ä 5 I 4203 REVENDICATIONS 1 Procédé d'atténuation ou d'annulation des lobes secondaires, lors de la réception, du diagramme de rayonnement d'une antenne'hyperfréquence à polarisation quelconque, - caractérisé en ce qu-'on place-en avant de l'antenne, sur le trajet de l'onde émise par celle-ci un filtre ( 10) constitué par au moins deux réseaux conjugués de lignes conductrices brisées (L 1, it; L 2, 1) formées de tronçons de fils conducteurs montés en série chargés par des résistances (D) dont les valeurs varient de façon continue en fonction-de l'intensité des courants (il, 12;) qui les traverse, intensité que l'on peut moduler à volonté dans chaque ligne conductrice de tronçons précités, lesdites lignes étant disposées d'un réseau à l'autre de façon que lesdits tronçons appartenant à chaque réseau se croisent et s'enchevêtrent sans contact électrique d'une ligne d'un réseau à la ligne adjacente correspondante de l'autre réseau. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites lignes (L 1, 11; L 2, 12;) sont formées de tronçons de fils ( 121, 131, 141 221, 231, 24 122, 132, 142 222, 232, 242) sensiblement égaux successifs disposés suivant une surface à courbure sensiblement continue et sensi- blement orthogonalement d'un tronçon au suivant et chaque réseau est constitué d'une famille de telles lignes sensiblement parallèles disposées à distance(p)sensiblement constante d'une ligne à la suivante. 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les lignes des deux réseaux conjugués sont sensiblement symétriques et ont les milieux de leurs tron- çons sensiblement superposés. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction générale desdites lignes est sensiblement rectiligne. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les résistances destinées-à charger l'en- semble des lignes conductrices brisées formées de tronçons de fils conducteurs précités sont, comme connu en soi, des diodes(D)montées en série et les lignes correspondantes (L 1, 1 L 2, 1;) des deux réseaux conjugués sont alimentées dans le sens passant des diodes en courant de polarisation (I, 12 ' *) selon une loi de répartition donnée semblable pour les deux réseaux. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé-en ce que les diodes montées en série sur lesdites lignes sont distribuées selon un pas constant. 7 Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les diodes montées en série sur lesdites lignes sont distribuées à raisonde plusieurs diob pour chaque tronçon - 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, carac- térisé en ce que, lors de la période d'émission de l'antenne, toutes les lignes (L, 1; L 2, 12;) sont alimentées dans le sens passant des diodes en courantsde polarisation égaux et importants tandis que lors de la période de réception de l'antenne, les lignes sont alimentées dans le sens passant des diodes selon une loi de répartition d'intensité (Il, I 2) dans les diverses lignes des deux réseaux conjugués fonction des lobes à atténuer ou annuler. 9.Procédé de localisation et/ou de neutralisation d'un brouilleur dont les ondes hyperfréquence sont reçues sur une antenne hyperfréquence à polarisation quelconque caractérisé en ce qu'on place en avant de l'antenne, sur le trajet de l'on- de émise par celle-ci, deux filtres successifs X 10, 10 ') placés l'un derrière l'autre, constitués et contrôlés comme précisé dans l'une quelconque des revendications précédentes, et dont la direction générale des lignes formées sur chaque filtre est différente et de préférence sensiblement orthogona- le d'un filtre à l'autre, et l'on fait varier pour chaque filtre la loi de répartition des courants dans les diverses lignes des réseaux conjugués jusqu'à obtention de l'atténuation maximale du bruit provenant du brouilleur permettant de déter- miner simultanément la direction du brouilleur intersection des deux plans directionnels du brouilleur déterminés par chaque filtre. 10 Filtre adaptatif spatial pour antenne hyperfréquen- ce à polarisation quelconque, permettant la mise en oeuvre du procédé de l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux réseaux con- jugués de lignes conductrices brisées (Ll, 1 l; L 2, 12 formées de tronçons de fils conducteurs ( 121, 131, 141 22, 231, 241 122, 132 142 222 232, 24)montés en i i 1 2 2 '12 " 2 ' 2 2 "' otse série chargés par des résistances variables telles que des diodes(D), lesdites lignes étant alimentées en courant (I 1, I 2)d'intensité variable et modulable d'une ligne à la suivante au moyen d'un commutateur électronique, lesdites lignes étant disposées d'un réseau à l'autre de façon que les- dits tronçons appartenant à chaque réseau se croisent et s'enchevêtrent sans contact électrique d'une ligne de réseau à la ligne adjacente de l'autre réseau, et lesdites lignes sont formées de tronçons de fils sensiblement égaux successifs disposés suivant une surface à courbure sensiblement continue et sensiblement orthogonalement d'un tronçon au suivant et chaque réseau est constitué d'une famille de telles lignes sensiblement parallèles disposées à distance (p sensiblement constante d'une ligne à la suivante. Il Filtre selon la revendication 10, caractérisé en ce que les lignes(L 1, 11, L 2, 12) des deux réseaux conjugués sont sensiblement symétriques et ont les milieux de leurs tronçons sensiblement superposés. 12 Filtre selon la revendication 10 ou la revendica- tion 11, caractérisé en ce que la direction générale (x 1, x 2 desdites lignes est sensiblement rectiligne. 13 Filtre selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les diodes(D)montées en série sur les- dites lignes sont distributées selon un pas constant. 14 Filtre selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que les diodes montées en série sur lesdites lignes sont distribuées à raisondeplusieurs diodes pour chaque tronçon. Filtre selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que lesdites lignes(L 1, Il; L 2, 12;) sont disposées de part et d'autre d'une surface porteuse ( 11) en matériau diélectrique d'épaisseur adaptée à la fréquence de l'antenne.