Brevet FR2541519A1 — publié le 19840824

SOURCE HYPERFREQUENCE A LARGE BANDE DU TYPE CORNET ET ANTENNE COMPORTANT UNE TELLE SOURCE La présente invention concerne une source hyperfréquence à large bande du type cornet à large rayonnement dans un plan. Dans le domaine des systèmes d'écoute et de détection large bande des signaux radars ou systemes de brouillage de signaux radars, on a besoin d'une antenne présentant un diagramme de rayonnement large dans un des plans principaux, gisement par exemple, et constant sur une largeur de bande importante Le diagramme peut être, dans l'autre plan principal, modelé suivant le besoin. Il existe deux types connus d'antennes dont le diagramme de rayonnement est indépendant de la fréqence: Les antennes du premier type sont à structure exponentielle ou à périodicité logarithmique: la directivité obtenue est du même ordre pour les deux plans principaux Mais certains problemes technologiques liés à la gamme de fonctionnement ou au niveau de la puissance rayonnée empêchent la maîtrise totale de la largeur du diagramme et ne répondent donc pas toujours aux besoins concer- nant la directivité et la polarisation. Les antennes du deuxiemne type sont à ouverture rayonnante. Elles sont limitées en ce qui concerne la gamme de fréquence et les possibilités de directivité Parmi les sources à ouvertures rayon- nantes, les cornets sont adaptés à des directivités moyennes ou larges La largeur du faisceau rayonné par les cornets varie en fonction de la longueur d'onde, donc en fonction de la fréquence Les variations de la largeur du faisceau en fonction de la fréquence peuvent être minimisées de différentes façons Mais les techniques de compensation utilisées limitent la gamme de fonctionnement On peut citer par exemple: Pour les guides d'onde qui présentent un allongement pro- gressif des grands côtés, c'est-à-dire un evasement dans le plan du chanmlp magnétique H, ces guides etant encore appelés cornets sectoraux dans Je plan H, les différences de trajets d'onde peuvent être minimisées en prenant un cornet tres long ce qui augmente l'encombrement de la source Si le cornet est court, la compensation peut être réalisée par un déphasage sur l'ouverture du cornet qui limite Jes variations de largeur du faisceau dans la gamme de fréquence. La compensation peut être réalisée par des rainures C'est la l 10 technique des cornets dits "corrugués" La largeur de bande de ce type de cornet est inférieure ou égale à l'octave, ce qui est tres insuffisant. Une compensation réalisée par des éléments diffractants tels que barreaux mnétalliques devant l'ouverture, volets métalliques flanquant chaque côté de l'ouverture, permet d'obtenir une stabilité des performances qui depasse difficilement une largeur de bande d'une octave De plus les diagrammes de directivité peuvent pré- senter des défauts. Les limitations observées avec les moyens de compensation mentionnés cidessus sont dues au fait qu'on maîtrise mal la répartition du champ sur l'ouverture rayonnante Elle est en effet souvent imposée par le mode d'excitation de l'ouverture, par exemple dans le cas d'une excitation par un guide d'onde, par le mode de propagation dans le guide. Cette répartition peut être modifiée par différents moyens qui limitent la bande et conviennent seulement a des directivités particulières. Pour résoudre le problème posé dans le préambule de la description, a savoir l'obtention sur une large bande de fréquences d'un diagramme qui dans un plan déterminé peut couvrir un domaine angulaire très étendu, la source selon l'invention comprend un cornet sectoral dans ledit plan avec une ouverture rayonnante cylindrique et des cloisonnements radiaux internes formant une pluralité de sources élémentaires dont les amplitudes respectives peuvent être t 541519 ajustées de telle façon que le cornet sectoral rayonne suivant la distribution d'amplitude désirée. Selon l'invention la source hyperfréquence à large bande, qui est excitée par une onde électromagnétique propagée par un guide d'onde rectangulaire, les petits et les grands côtés du guide étant respectivement parallèles a deux plans de référence orthogonaux, est caractérisée en ce qu'elle comprend une partie rayonnante constituée par un premier cornet qui est sectoral dans le premier des plans de référence, dont l'embouchure est à répartition équi- phase et qui a la forme d'un secteur cylindrique avec une directrice orthogonale audit premier plan de référence, les cloisonnements étant disposés radialement, à l'intérieur et sensiblement sur toute la hauteur du premier cornet sectoral et délimitant avec les parois latérales dudit cornet sectoral une pluralité de sources élémentaires rayonnantes et la directivité dans le premier plan de référence etant déterminée par l'angle d'ouverture du secteur cylindrique formant le premier cornet sectoral. La source hyperfréquence à large bande, objet de l'invention, permet d'obtenir selon l'angle d'ouverture, saillant ou rentrant, de la section de cylindre dans le premier plan de référence une grande variété de directivites dans le premier plan de référence. D'autres avantages et caractéristiques de la source selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec référence aux figures ci-annexées qui représentent: Fig 1, la vue en perspective d'une source selon l'invention; Fig 2, une vue partielle en coupe d'une variante de la source de la figure 1; Figs 3 a et 4 a, une autre variante de la source selon l'inven- tion pour deux directivités différentes, leur diagramme de rayon- nement étant représenté schématiquement par les figures 3 b et 4 b respectivement. Les mêmes références sont utilisées dans les figures pour designer des éléments identiques ou rernplissant la morne fonction. Dans les modes de réalisation non-limitatifs représentés par les figures et décrits ci-après, un premier et un deuxième plans de référence sont choisis paralleles respectivement au champ élec- trique E et au champ magnétique H d'une onde électromagnetique qui se propage dans un guide d'onde 6 et qui excite la source selon l'invention On suppose dans la suite de la description que l'on désire couvrir sur une large bande de fréquence un domaine angulaire étendu, dans le premier plan de référence. La source selon l'invention, représentée en perspective par la figure 1, comprend un cornet I sectoral dans le plan H, c'est-"a-dire un guide d'onde rectangulaire présentant un évasement dans le plan du champ H Le cornet sectoral I s'evase dans le plan du champ électrique E en un cornet 2 sectoral dans le plan E ayant la forme d'un secteur cylindrique de directrice parallèle au champ H Une pluralité de N cloisonnements internes 31, 3 k,,3 N sont réalisés radialement dans le secteur cylindrique 2 Le diagramme (non représenté) d'une telle source couvre, dans le plan E du cornet, un domaine angulaire très étendu et sensiblement constant sur une bande de fréquence assez large Selon l'angle d'ouverture du secteur cylindrique, une couverture semi- omnidirectionnelle peut être obtenue La bande de fréquence peut être élargie par l'emploi d'un guide d'excitation 6 à redans de hauteur et largeur variables, disposés sur les parois intérieures du cornet sectoral I sur les côtes dans le plan H du cornet. Le contour du secteur cylindrique 2 peut être un arc de cercle comme dans les figures mais peut egalement présenter une autre forme. Les N cloisonnements 31, -, 3 k,3 N jouent le rôle de répartiteurs de puissance L'ouverture cylindrique du cornet 2 peut o;-nc être considérée comme un reseau de (N+I) sources élémen- taires d'ordre k compris entre 1 et N+i dont on peut modifier l'Parplitude respective Une source élémentaire est limitée par deux clo'son,-e-rients ou un cloisonnement et une paroi latérale du cornet 2 Sur les figures on désigne par ak(k= 2 à N) l'espacement de deux cloisonnements 3 (k-1) et 3 k du c 8 té de l'excitation du secteur cylindrique 2 par le cornet sectoral 1 et par Ak (k = 2 a N) l'ouverture rayonnante comprise entre les deux cloisonnements 3 (k- I) et 3 k considérés, sur la face extérieure rayonnante de la source. De m&rne on désigne par a 1 et A 1 les espacements entre le cloisonnement 31 et la paroi latérale, a l'entrée et à l'ouverture du cornet 2 respectivement et par a N+ 1 et AN+ 1 les espacements entre le cloisonnement 3 N et la paroi latérale, à l'entrée et à l'ouverture du cornet 2 respectivement. L'espacement ak d'ordre k détermine l'amplitude du champ sur l'ouverture rayonnante de la source élémentaire rayonnante d'ordre k découpée dans la partie cylindrique 2. Les espacements AÀ,,Ak,,AN+ 1 doivent respecter les conditions propres au fonctionnement des réseaux de sources rayon- nantes: ils doivent être de l'ordre de >M/2, M étant la longueur d'onde correspondant a la fréquence maximale de fonctionnement. De plus, la source representée par la figure 1, avec ou sans redans 4, peut fonctionner sur une large bande de fréquence si la largeur de la face de sortie du secteur cylindrique 2, à savoir si la N+ 1 somme Ak des espacements entre cloisonnements ou entre k=l cloisonnement et paroi latérale du cornet 2, est assez grande par rapport à la longueur d'onde \ md par exemple de l'ordre de 2 l m a 3; in' ' \m étant la longueur d'onde correspondant à la fréquence minimale de fonctionnement. La figure 2 représente une vue partielle en coupe transversale dans le plan E de la source de la figure 1 Le guide d'onde d'excitation 6 et une partie du cornet sectoral 1 n'ont pas ete représentés Mais tandis que la source de Ja figure 1 est a répar- tition équiphase, en plus des éléments de la figure I qui portent les mêmes références, la source selon l'invention peut, commre illustré par la figure 2, comporter des déphaseurs 5 disposés entre certains cloisonuements Chaque déphaseur 5 perrrmet d'ajuster la phase de la source élémentaire rayonnante constituée par la partie du secteur cylindrique 2 comprise entre les deux cloisonnements ou un cloison- nement et une paroi latérale encadrant le dephaseur 5 considéré. Les déphaseurs 5 peuvent être à lame diélectrique par exemple. La source à large bande représentée par les figures 1 et 2 se comporte donc comme un réseau de (N+I) sources élémentaires réparties sur un secteur cylindrique dont on peut modifier la loi d'amplitude à l'aide des espacements ak entre cloisonnements et éventuellement la loi de phase en insérant des déphaseurs 5 entre certains cloisonnements. Les figures 3 a et 4 a représentent des coupes schématiques partielles dans le plan E de variantes de la source selon l'invention. Les sources qui présentent la configuration illustrée par les figures 3 a et 4 a respectivement, ont des directivités différentes ainsi que le montrent leurs diagrammes de rayonnement représentés schérnati- quement par les figures 3 b et 4 b correspondantes. La source de la figure 3 a présente une directivité moyenne. Celle de la figure 4 a est semi-omnidirectionnelle Dans les deux cas, un cornet pyramidal 7 (c'est-a-dire sectoral dans les plans E et H) raccorde le guide d'onde d'excitation 6 (muni ou non de redans) au secteur cylindrique 2 formant cornet muni de cloisonnements 31,, 3 k,,3 N L'angle d'ouverture O (dont la définition est indiquée dans la description de la figure 1 mais qui n'est pas rappelée sur les figures 3 a et 3 a afin de ne pas les compliquer) du secteur cylindrique 2 est de l'ordre de 90 dans la source de la figure 3 a à directivite moyenne mais est rentrant dans le cas de l'antenne semi-omni- directionnelle de la figure 4 a. Vu le nombre important de cloisonnements dans la source de la figure 4 a étant donné 'es grandes dimensions du secteur cylindrique 2 et les conditions de fonctionnement mentionnées plus haut et portant sur le dimensionnement du secteur cylindrique, seuls cer- tains cloisonnements sont prolongés jusqu'à la face d'excitation du Secteur cylindrique 2 à sa jonction avec le cornet pyramidal 7. Cornrine pour le mode de réalisation de la figure 1, la bande de fréquence peut être augmentée par l'emploi d'un guide d'onde d'excitation 6 à redans Les redans 4 (non représentés) sont alors disposés sur les parois, parallèles au champ H du guide 6 et du cornet pyramidal 7. On a ainsi décrit une source dont le diagramme de rayon- nement peut être rendu large dans un plan (plan E dans les figures) et est indépendant de la fréquence sur une large bande de fréquence. La présente invention est applicable aux antennes de gonio- métrie, d'écoute ou de brouillage large bande en bande K par exemple. REVENDICATIONS 1 Source hyperfréquence à large bande excitée par une onde électromagnétique propagée par un guide d'onde rectangulaire ( 6), les petits et Ales grands côtés du guide étarit respectivement paral- lèles à deux plans de référence orthogonaux, caractérisée en ce qu'elle comporte une partie rayonnante constituée par un premier cornet ( 2) qui est sectoral dans le premier des plans de référence, dont l'embouchure est à répartition équiphase et qui a la forme d'un secteur cylindrique avec une directrice orthogonale audit premier plan de référence, une pluralité de N cloisonnements ( 31,, 3 k,, 3 N) étant disposés radialement, à l'intérieur et sur toute la hauteur du premier cornet sectoral ( 2) et délimitant avec les parois latérales dudit cornet sectoral une pluralité de N+I sources élémentaires rayonnantes et la directivité dans le premier plan de référence étant déterminée par l'angle d'ouverture ( &) du secteur cylindrique formant le premier cornet sectoral ( 2). 2 Source hyperfréquence à large bande selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier cornet sectoral ( 2) comporte des déphaseurs ( 5) disposés chacun entre deux cloisonnements ( 3 (k- 1), 3 k) limitant une source élémentaire, afin d'assurer une modu- lation de la loi de phase sur l'embouchure dudit cornet ( 2). 3 Source hyperfréquence à large bande selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les espacements (ak) entre deux cloisonnements ( 3 (k-l), 3 k) du côté de l'excitation du cornet sectoral ( 2) déterminent la loi d'amplitude du champ sur l'embouchure dudit cornet ( 2). 4 Source hyperfréquence à large bande selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisée en ce que la largeur (Ai,, A 2,, AN+l) de l'ouverture rayonnante des N+I sources élémrnen- taires est respectivement de l'ordre de >_ M \ étant la 2 ' M longueur d'onde correspondant à la fréquence maximum de la bande de fréquence de fonctionnement. Source hyperfréquence à large bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la largeur de l'ouverture rayonnante du premier cornet sectoral ( 2) est très supérieure à la longueur d'onde ( \) correspondant à la fréquence minimum de la bande de fréquence de fonctionnement. 6 Source hyperfréquence à large bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un deuxième cornet ( 1) sectoral dans le deuxième plan de référence et raccordant le guide d'onde d'excitation ( 6) à l'entrée du premier cornet sectoral cylindrique ( 2) formant la partie rayon- nante. 7 Source hyperfréquence à large bande selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un deuxième cornet ( 7), pyramidal suivant les premier et deuxième plans de référence et raccordant le guide d'onde d'exci- tation ( 6) à l'entrée du premier cornet sectoral ( 2). 8 Source hyperfrequence à large bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, dans le guide d'onde d'excitation ( 6), les parois parallèles au deuxième plan de référence sont munies de redans ( 4). 9 Source hyperfréquence à large bande selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le guide d'onde d'excitation ( 6) et le deuxième cornet ( 1; 7) sont munis de redans ( 4) sur leurs parois parallèles au deuxième plan de référence. 10 Antenne hyperfréquence mettant en oeuvre une source hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications i a 9, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre un dispositif polariseur.