Brevet FR2571551A1 — publié le 19860411

Dispositif d'alimentation croisé à ondes progressives et antenne contenant un tel dispositif L'antenne de l'art antérieur connue la plus perti- nente utilise deux antennes séparées à microlignes à ruban, qui sont entrelacées de manière à occuper essentiellement le même espace qu'une seule antenne. Chacune des antennes en- trelacées comporte son propre dispositif d'alimentation et, dans le cas de cette configuration, chaque ouverture d'anten- ne fournit deux faisceaux pour un ensemble de quatre fais- ceaux fonctionnant en tant qu'antennes espacées et duplexées utilisant la même surface pour l'émission et la réception. Chaque réseau rayonnant raccordé à un dispositif d'alimentation arrière requiert une connexion par broche en- tre un plot en cuivre situé sur l'avant de l'antenne et un plot situé sur le dispositif d'alimentation arrière. Bien que cette connexion "traversante" permette un fonctionnement en général satisfaisant des réseaux entrelacés, cette construc- tion entraîne une complication résultant en une réduction du signal. En outre les connexions traversantes de ce type créent un défaut d'adaptation le long d 'un dispositif d'ali- mentation arrière. Un inconvénient supplémentaire tient au fait que le coût de l'antenne est fortement accru, en raison de la nécessité d'utliser un dispositif d'alimentation arrière séparé et de la fabrication et du travail en rapport avec les connexions traversantes. La présente invention concerne un "dispositif d'ali- mentation croisé", qui supprime la nécessité d'utiliser un dispositif d'alimentation arrière et les inconvénients qu'il entraîne. Le dispositif d'alimentation croisé permet à deux systèmes d'alimentation situés sur une extrémité d'une an- tenne de se croiser sans aucune interaction importante. Un "réseau croisé" est une structure à microligne à ruban, qui permet à deux microlignes à ruban de se croiser, moyennant la présence d'une certaine isolation (par exemple 40dB) entre les lignes. L'utilisation de l'un de ces réseaux au niveau de chaque point de connexion entre le dispositif d'alimentation et les réseaux rayonnants permet de conserver un fonctionnement indépendant pour les deux réseaux d'alimen- tation à ondes progressives et permet à l'ensemble des an- tennes entrelacées d'être situé dans un plan, ce qui supprime le dispositif d'alimentation arrière et les éléments traver- sants. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une coupe d'une structure d'antenne de l'art antérieur; la figure 2A est une vue schématique simplifiée d'une première ouverture d'une structure à antennes entrelacées; la figure 2B est une vue schématique simplifiée d'une seconde ouverture d'une structure à antennes entrelacées; la figure 3 représente une partie d'une structure à antennes entralecées; la figure 4 est une illustration d'une partie de raccordement "travérsante" d'une structure à antennes entre- lacées; la figure 5 est une représentation schématique d'une structure croisée du type utilisé dans la présente invention; la figure 6 est une illustration schématique d'un dispositif d'essai de la structure croisée; la figure 7A est une vue schématique d'une ligne d'a- limentation sinueuse; la figure 7B est une vue schématique d'une ligne d'a- limentation croisée; et la figure 8 représente le plan de rayonnement du dis- positif entrelacé de la présente invention comportant des dispositifs d'alimentation croisés. On va donner ci-après une description détaillée de l'invention. Dans une antenne à microligne à ruban classique représentée sur la figure 1, un seul dispositif d'alimenta- tion repéré par le chiffre de référence 1 est raccordé à une pluralité de réseaux d'éléments rayonnants en forme de pas- tilles, comme représentés en 2. Les pastilles sont des ré- sonateurs à une alternance qui rayonnent une énergie à par- tir des bords des pastilles, comme cela est décrit dans le document de l'art antérieur mentionné. Afin de commander la largeur du faisceau, la forme de ce dernier et le niveau des lobes latéraux, il faut régler la quantité d'énergie rayonnée par chaque pastille. L'énergie rayonnée est propor- tionnelle à la conductance de la pastille, qui est liée à la longueur d'onde, à l'impédance de la ligne et à la largeur de la pastille. Ces pastilles sont raccordées par des liens de phase comme cela est indiqué en 3, qui déterminent l'angle du faisceau par rapport à l'axe des réseaux. Les réseaux formés par des pastilles et par des liens de phase sont rac- cordés à la ligne d'alimentation par l'intermédiaire d'un transformateur à deux étages 4 qui règle la quantité d'éner- gie prélevée du dispositif d'alimentation 1 pour être injec- tée dans le réseau. Le dispositif d'alimentation est consti- tué par une série de liens de phase 5 d'égaleslongueuir qui commandent l'angle du faisceau dans le plan perpendiculaire aux réseaux. Le dispositif d'alimentation est également une structure à ondes progressives. L'énergie disponible en n'importe quel point donné est égale à l'énergie d'entrée totale moins l'énergie prélevée dans l'ensemble des réseaux précédents. Ces structures ont une largeur de bande limitée uniquement par le milieu de transmission et par la largeur de bande de l'élément rayonnant. Dans ce cas le facteur de qualité Q élevé des éléments rayonnants en forme de pastilles limite la largeur de bande à quelques pour cent de la fré- quence de fonctionnement. Un dispositif conforme à une demande de brevet dépo- séeconjointement, fonctionne, du point de vue conception, à la manière de deux antennes indépendantes du type décrit en référence à la figure 1. Cependant la mise en oeuvre est réalisée par l'entrelacement ou l'imbrication de deux an- tennes de manière à former des ouverturesssuperposées dans le même plan, afin de réduire l'espace nécessaire pour les antennes. Les deux ouvertures sont représentées respectivement sur les figures 2A et 2B sous une forme simplifiée. L'ouver- ture A peut être constituée par exemple par 24 réseaux d'al- lumage avant, raccordés à un seul dispositif d'alimentation à allumage arrière 10. L'ouverture B, représentée sur la fi- gure 2B, est constituée de façon similaire avec une seule ligne d'alimentation à allumage arrière 18. Cependant l'ou- verture B est équipée de réseaux d'allumage arrière, à la place des réseaux d'allumage avant de l'ouverture A. Une onde progressive pénétrant dans une structure à allumage avant/arrière produit un faisceau suivant une direction avant/arrière. On a représenté les quatre faisceaux et leurs points d3alimentation associés. Lors de la commande de la structure à antennes entrelacées, les différents points d'a-. limentation sont commandés de façon successive. Sur la figure 3 on a représenté une vue partielle de la structure à antennes entrelacées, faisant l'objet de la demande de brevet déposée conjointement et mentionnée précédemment. Le réseau, dans lequel les éléments rayon- nants sont interconnectés par des organes de liaison éten- dus, correspond à l'ouverture A et on peut voir qu'ils occupent des positions correspondant à des réseaux à numé- rotation paire. Inversement les éléments rayonnants inter- connectés par de petits organes de liaison correspondent à l'ouverture B et on voit qu'ils occupent les réseaux à po- sitions impaires. Par conséquent les réseaux des ouvertures A et B alternent selon une disposition d'entrelacement avec une alternance régulière. Il est souhaitable de donner une valeur aussi grande que possible à la distance "d" entre des réseaux voisins, afin de garantir une bonne isolation entre les deux ouvertures séparées. Cependant ceci limiterait la largeur des pastilles en rendant difficile le réglage de la forme du faisceau. C'est pourquoi les valeurs sélection- nées des largeurs des pastilles sont un compromis servant à permettre un fonctionnement satisfaisant du point de vue de l'image gamma, des lobes latéraux et de l'erreur au-dessus de l'eau. En se référant à la figure 4, le chiffre de référence 6 désigne d'une manière générale le modèle de circuit imprimé servant à réaliser par attaque chimique les antennes entrela- cées de la demande mentionnée, déposée conjointement. Comme cela est décrit en référence sur la figure 3, les réseaux alternants d'ouvertureA et B sont coplanaires. La ligne d'alimentation d'allumage arrière 10 est raccordée à chacun des réseaux situés dans des positions paires, correspon- dant à l'ouverture A. Si par exemple le point de jonction 8 est prévu entre la ligne d'alimentation d'allumage arrière et le second réseau représenté, par l'intermédiaire de transformateurs à deux étages 10 et 19a. Le point d'alimenta- tion 28 correspond au premier faisceau, comme cela a été mentionné précédemment en référence à la figure 2A, tandis que le point d'alimentation 29 correspond au second faisceau de cette figure. Le réseau le plus à droite correspond éga- lement à l'ouverture A de la figure 2A et l'on voit que ce réseau est raccordé à la ligne d'alimentation d'allumage arrière 10 au niveau du point de jonction 9. Le point d'a- limentation 29 situé sur l'extrémité de droite de la ligne d'alimentation d'allumage arrière 10 correspond au point d'alimentation prévu pour le second faisceau, comme cela est décrit en référence à la figure 2A. Afin d'avoir accès auxréseauxentrelacés de l'ouverture B sans interférer avec l'ouverture A, il est nécessaire d'installer le dispositif d'alimentation prévu pour l'ouverture B de manière qu'il soit distant et isolé par rapport aux réseaux de l'ouver- ture A. En vue d'atteindre cet objectif, on a développé une ligne à ruban traversante 7 à circuit imprimé, qui est réalisée sous la forme de conducteurs formés par attaque chimique, comme représenté sur la figure 4. Les parties con- ductrices,formées par attaque chimique, de la structure d'an- tenne principale et celles de la ligne à ruban traversante 7 à circuit imprimé sont réalisées sur un substrat unique et sont séparées de façon appropriée. En disposant la ligne à ruban traversante 7 de manière qu'elle s'étende, tout en en étant isolée,au-dessus des antennes entrelacées 6, on peut faire circuler l'énergie par l'intermédiaire du dis- positif d'alimentation d'allumage arrière 18 jusqu'aux ré- seaux individuels d'allumage arrière des antennes entrelacées. Par conséquent par exemple en commandant le point d'alimen- tation 24, correspondant au point d'alimentation du quatriè- me faisceau de la figure 2B, de l'énergie est prélevée au ni- veau du point de jonction 27 par l'intermédiaire de trans- formateurs à deux étages 38 et 40 pour être envoyée à la section conductrice interconnectée 41 se terminant au niveau du plot de traversée 36. La ligne à ruban traversante 7 à circuit imprimé étant disposée de façon appropriée de ma- nière à s'étendre au-dessus de l'extrémité du dispositif d'alimentation des antennes entrelacées 6, un plot de tra- versée 36 est disposé de manière à être aligné avec le plot de traversée 34, du premier réseau d'alimentation arrière, ce qui complète la connexion entre le point d'alimentation 24 et le réseau. Cette connexion traversante entre les plots 36 et 34 est repérée par une ligne formée de tirets. De façon similaire le point d'alimentation 30, qui corres- pond au point d'alimentation du troisième faisceau de la figure 6, délivre une énergie au réseau d'allumage arrière représenté le plus à droite, depuis le point de prélèvement 32 jusqu'au plot de traversée 20, par l'intermédiaire d'une section conductrice interconnectée 31 et de transformateurs à deux étages 42 et 44. Une connexion traversante entre les plots 20 et 21 est indiquée par la ligne formée de tirets, représentée. Une vue détaillée de cet agencement de traversée et l'explication associée sont indiquées dans la demande de brevet déposée conjointement, mentionnée précédemment. Les trous traversants entraînent une perte électrique, tout en compliquant la conception mécanique et la fabrica- tion de l'antenne. Afin d'obvier à ces problèmes, la présen- te invention prévoit un accès aux réseaux d'antenne munis de petits organes de liaison, sans utiliser le dispositif d'alimentation arrière de la figure 4. Ceci est obtenu grâ- ce à l'utilisation d'une structure de microligne à ruban, selon une nouvelle manière qui permet une intersection des lignes d'alimentation d'antenne sans aucune interférence du point de vue électrique. La structure connue, qui permet un croisement de li- gnes de transmission formé de microlignes à ruban dans une plage étroite de fréquences,a été décrite par Wight dans "Structure d'intersection de microlignes à ruban et de mi- crobandes', IEEE Transactions on Microwave Theory and Techni- ques, Mai 1976, page 270. Comme cela est décrit dans cet article, le développement de la théorie des microlignes à ruban et des microbandes aboutit à des circuits de lignes de transmission possédant une complexité accrue. Etant donné que les densités d'intégration descircuit augmentent, les problèmes d'agencement et de cheminement des lignes de trans- mission deviennent importants. Il peut se produire des cas, dans lesquels les canaux de transmission de signaux doivent se croiser du point de vue géométrique. Un réseau à quatre points d'accès, qui permet à deux voies de transmission de signaux de s'intersecter tout en conservant une isolation importante et qui est conçu dans le cadre de l'utilisation de la technologie des circuits hybrides, est décrit dans l'article indiqué ci-dessus. Il est bien connu que les signaux présents au ni- veau des deux points d'accès de sortie d'un circuit hybride comprenant des bras d'embranchement, sont en quadrature de phase et possèdent des valeurs égales à 1/ i7 fois le si- gnal incident. Si l'on branche deux circuits hybrides à bras d'embranchement en cascade, on peut voir, dans le cadre de l'application de techniques d'analyse de circuits hybrides standards, que le signal sort uniquement au niveau du point d'accès, opposé en diagonale, de la structure composite, et ce théoriquement sans aucune perte d'inser- tion. L'énergie très faible sort au niveau de deux autres points d'accès et par conséquent on peut obtenir une grande isolation entre les deux canaux de transmission de signaux s'intersectant. La largeur de bande utilisable pour une intersection à 0 dB est déterminée par le produit des carac- téristiques de fréquence de balayage pour Us deux circuits hy- brides et peut être accrue grâce à l'utilisation de struc- tures à sections multiples. Deux circuits hybrides à une seule section branchés en cascade peuvent être réduits à la structure à quatre points d'accès représentée sur la figure 5. Cette dernière représente schématiquement cette structure "croisée". On a noté une perte entre le point d'accès d'en- trée et le point d'accès, opposé en diagonale, d'une valeur inférieure à 1 dB et une isolation supérieure à 20 dB pour la fréquence centrale. La figure 6 représente un dispositif d'essai, qui a été réalisé par attaque chimique sur un subs- trat 3M 217 et qui a été recouvert par un radôme d'une épaisseur de 3,2 mm, constitué par le même matériau. Pour la fréquence centrale on a mesuré au niveau de l'orifice dia- gonal une perte de 0,18 dB, un taux d'ondes stationnaires de 1,1 et une isolation supérieure à 25 dB. La figure 7A représente une ligne d'alimentation si- nueuse et la figure 7B représente le dispositif d'alimentation équivalent utilisant des éléments croisés. Le déphasage du point A au point B, qui règle l'angle du faisceau émis, est proportionnel à la longueur t de trajet de la ligne. De fa- çon similaire ledéphasage du point C au point D est pro- portionnel à la longueur du trajet 1 + 92 plus le déphasa- ge au niveau du croisement, qui a été calculé comme étant égal à 270 . On peut modifier les angles du faisceau en modifiant. la longueur de L1 et de 2 alors que les dimen- sions du croisement restent constantes. La perte d'insertion mesurée du dispositif d'alimentation à croisement (22 élé- ments) était de 4,6 dB contre 5,7 dB pour la ligne d'ali- mentation de forme sinueuse équivalente. On a mesuré un taux d'ondes stationnaires de 1,06 pour 13,38 GHz. La figure 8 représente le dispositif d'alimentation croisé tel qu'il est utilisé dans une antenne à microligne à ruban à entrelacement, conforme à la présente invention. Fondamentalement on utilise une ligne standard de forme sinueuse 46 en tant que dispositif d'alimentation extérieur, qui a accès aux réseaux la-Na par l'intermédiaire du dispo- sitif d'alimentation croisé, et ce dispositif d'alimentation croisé a accès directement à des réseaux lb-Nb. Le disposi- tif d'alimentation croisé interne 52 comporte des structures individuelles interconnectées de croisement 54, constituant une ligne d 'alimentation qui est, d'une manière générale parallèle à la ligne d'alimentation de forme sinueuse 46. Les réseaux 48 et les deux lignes d'alimentation 46 et 52 sont disposés avantageusement dans le même plan. En considérant plus spécifiquement la structure d'a- limentation croisée située la plus à gauche, on voit que le premier point d'accès d'entrée 58 est xaccordé à la borne d'accès 71 représentée. Le point d'accès 60 est disposé en diagonale avec le point d'accès 58 et relie la structure à croisement 54 la plus à gauche à une structure de croise- ment interconnectée en position adjacente, au moyen du seg- ment de raccordement 56. Cette configuration de sutructures de croisement interconnectées se répète sur la longueur du dispositif d'alimentation croisé, jusqu'à ce que la seconde borne d'accès 72 soit raccordée au point d'accès 61 de la structure de croisement située la plus à droite. Le segment d'interconnection 56 de la structure de croisement située la plus à gauche a accès au réseau lb et cette configuration d'accès aux réseaux se répète pour tous les réseaux situés dans des positions paires, jusqu'à y compris Nb. La borne d'accès 74 est raccordée directement à l'extrémité de gauche 62 de la ligne d'alimentation sinueu- se 46. Cette extrémité du dispositif d'alimentation sinueu- se est raccordée directement à un point d'accès de la struc- ture croisée située la plus à gauche, comme cela est indiqué sur la figure. Le point d'accès 64, qui est situé à l'oppo- sé en diagonale, de cette structure croisée à accès au ré- seau la. Il existe des connexions semblables pour le reste des structures d'alimentation croisées et pour tous les ré- seaux situés dans la position impaire jusqu'à y compris le réseau Nat qui communique avec l'extrémité de droite 65 de la ligne d'alimentation sinueuse 46. La borne d'accès 73 est raccordée directement à- l'extrémité de droite 65 de la ligne d'alimentation, ce qui complète les connexions entre les quatre bornes d'accès 71-74 et les réseaux 48. Les courbes sinueuses 66 situées dans la partie centrale de la ligne d'alimentation sinueuse 46 sont élargies de manière à four- nir une correction de phase désirée. Le tableau 1 indique l'isolation entre points d'accès pour une fréquence de fonctionnement de 13,325 GHz. Tableau 1 Isolation entre les points d'accès fo = 13,325 GHz Orifices d'accès Isolation 1-2 27 dB 1-3 28 1-4 35 2-3 35 2-4 32 3-4 30 La largeur de bande d'isolation du dispositif d'a- limentation croisé a été déterminée par la mesure du niveau 1 1 de rayonnement produit par une fuite s'effectuant en direc- tion des réseaux isolés. On a mesuré des largeurs de bande de 200 à 400 MHz. Les diagrammes fournis concordaient étroi- tement avec ceux produits par des configurations d'alimen- tation standards. Comme on le notera, le présent système d'alimentation peut être appliqué à n'importe quelle con- figuration à antennes entrelacées, qui requiert que les deux ouvertures soient alimentées à partir d'une extrémité. On peut ainsi obtenir une isolation élevée récepteur/émet- teur et une compensation en température, qui sont les deux avantages des antennes entrelacées, en dehors d'une perte électrique réduite par rapport à des connexions traversantes. On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux détails précis de réalisation ici décrits et représentés et que de nombreuses modifications évidentes apparaitront aux spécialistes de la technique. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation servant à réaliser l'accès à au moins des premier et second groupes de réseaux rayon- nants, dans une antenne à microligne à ruban ou à microban- de, caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier dispositif d'alimentation à ondes progressives (46), - une pluralité de sutructures de croisement (54) dont chacune comporte des premier et second points d'accès (58,60) servant à transmettre un premier signal entre eux, et des troisième et quatrième points d'accès (62,64) servant à transmettre un second signal entre eux, - des moyens (56) raccordant en série les premier et second points d'accès (58,60) d'une pluralité de structures (54) en formant ainsi un second dispositif d'alimentation à ondes progressives (52), - des moyens (71,72) pour raccorder les premier et second points d'accès des structures (58) interconnectées, à des réseaux, disposés de façon correspondante, du premier groupe, - des moyens (73,74) pour raccorder les troisièmes orifices (62) des structures interconnectées à des points espacés, positionnés de façon correspondante, le long du pre- mier dispositif à ondes progressives (46), - des moyens pour raccorder les quatrièmes points d'accès (64) des structures interconnectées à des réseaux, positionnés de façon correspondante, du second groupe, - ce qui a pour effet que les premier et second dis- positifsd'alimentation à ondes progressives (46,52) transmet- tent leurs signaux respectifs aux groupes de réseaux (48) sans interaction importante entre eux. 2. Système d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second groupes de ré- seaux (48) sont situés dans le même plan que les premier et second dispositifs d'alimentation à ondes progressives, ce qui supprime la nécessité d'une alimentation arrière et d'éléments traversants auxiliaires. 3. Système d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second groupes de réseaux (48) sont entrelacés. 4. Système d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second dispositifs d'a- limentation (46,52) sont situés au voisinage d'une extrémi- té des réseaux entrelacés. 5. Système d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif d'alimentation à ondes progressives (46) est sinueux. 6. Système d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second groupes de réseaux sont entrelacés. 7. Système d'alimentation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les premier et second dispositifs d'a- limentation (46,52) sont situés au voisinage d'une extrémité des réseaux entrelacés. 8. Système d'alimentation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier dispositif d'alimentation à ondes progressives (46) est sinueux. 9. Antenne à microlignes à rubans ou à microbande, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un premier et un second groupe de réseaux rayonnants entrelacés (48) situés dans le même plan, - un premier dispositif d'alimentation à ondes pro- gressives (46) situé dans le même plan que les groupes de réseaux et disposé transversalement par rapport aux premiè- res extrémités des groupes de réseaux, - une pluralité de structures à croisement (54), comportant chacun des premier et second points d'accès (58, ) servant à transmettre un premier signal entre eux, et des troisième et quatrième points d'accès (62,64) servant à transmettre un second signal entre eux, - des moyens (56) interconnectant les premier et second points d'accès (58,60) d'une pluralité de structures (54) en formant un second dispositif d'alimentation à ondes progressives (52), situé dans le même plan que le premier dispositif d'alimentation à ondes progressives (46) et que les groupes de réseaux(48), - des moyens (71,72) pour raccorder les premier et second points d'accès des structures (58) interconnectées à des réseaux, disposés de façon correspondante, du premier groupe, - des moyens (73,74) pour raccorder les troisièmes orifices (62) des structures interconnectées à des points espacés, positionnés de façon correspondante, le long du premier dispositif à ondes progressives (46), - des moyens pour raccorder les quatrièmes points d'accès (64) des structures interconnectées à des réseaux, positionnés de façon correspondante, du second groupe, - ce qui a pour effet que les premier et second dis- positifs d'alimentation à ondes progressives (46,52) transmet- tent leurs signaux respectifs aux groupes de réseaux (48) sans interaction importante entre eux. 10. Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que le premier dispositif d'alimentation à ondes pro- gressives (52) est sinueux.