Brevet FR2580118A1 — publié le 19861010

Réseau linéaire & microbandes et procédé de compensation en température pour un tel réseau La présente invention concerne d'une manière générale des réseaux linéaires a microbandes, utilisés dans des systè- mes de navigation Doppler et plus particulièrement un système de compensation en température dans de tels réseaux linéaires. Le brevet US 4 347 516 décrit un type d'antennes utili- sant des éléments rayonnants à microbandes. Cependant on a trouvé que de telles antennes présen- tent des décalages en ce qui concerne les angles du faisceau. La variation de la constante diélectrique (E) du matériau du substrat constituant les microbandes en fonction de la tempé- rature a été identifiée comme étant la cause principale de dé- calages importants d'angles du faisceau dans des réseaux à microbandes. Dans certains cas il est possible de corriger cette dépendance de l'angle du faisceau vis-à-vis de la tem- pérature, pas dans l'antenne elle-même, mais en un autre empla- cement dans le système Doppler. En d'autres termes il est possi- ble d'appliquer une correction de température aux données criti- ques. Dans d'autres applications, de nouvelles configurations d'antennes permettent de réduire l'impact sur le système, tout en tolérant des modifications de l'angle du faisceau. Cependant il est encore souhaitable d'obtenir une compensation propre en température d'un réseau linéaire à microbandes. Grâce a une compensation en température réussie, dans un réseau linéaire microbandes, on peut supprimer certaines contraintes de concep- tion de l'antenne en rapport avec la configuration du réseau, on peut utiliser des matériaux de substrat tel que le matériau connu sous la désignation commerciale Téflon, qui possède des propriétés électriques et mécaniques souhaitables, et il n'est pas nécessaire d'utiliser un circuit supplémentaire de correction en température. C'est pourquoi le but de la présente invention est de fournir une telle compensation en température pour un réseau linéaire à microbandes. La présente invention apporte une solution à ce problème grâce à un chargement périodique du réseau linéaire. Ceci est réalisé au moyen de 1 'incorporation d'un circuit de charge directement sur une plaquette de circuit d'antenne gravée et peut être mis en oeuvre à la fois pour des réseaux de li- gnes d'alimentation linéaires ainsi que pour des réseaux rayon- nants. D'une manière générale le chargement périodique est ob- tenu grâce au fait qu'on accouple à la ligne de transmission une susceptance shunt croissante, qui compense une réduction de la susceptance shunt de la ligne, qui se produit sous l'effet d'un accroissement de la température. Comme cela va être illustré ci-après, ceci peut être obtenu grâce à un bar- reau en circuit ouvert accouplé à la lione principale de transmission au moyen d'un entrefer à dimensirnréglée de façon stricte etquifixele taux de couplage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma représentant les paramètres présents dans un réseau linéaire; - la figure 2 est un schéma illustrant le circuit écuivalent d'une ligne de transmission TEM sans pertes; - la figure 3 est une vue en perspective d'une ligne à microbande, dans lequel est mis en oeuvre un chargement pé- riodique réalisé à l'aide de barreaux en circuit ouvert; - la figure 4 est un schéma des circuits équivalents d'un barreau de compensation de ligne; - la figue 5 est une vue en perspective d'une antenne comportant une bande de compensation formant barreau, installée en tant qu'élément de recouvrement; - la figure 6 est une vue en plan du dessin modèle de l'antenne à compensation en température conforme à la pré- sente invention; et - la figure 7 est un détail des barreaux de la forme de réalisation de la figure 6. Ci-après on va décrire de façon détaillée l'inven- tion. L'angle du faisceau d'un réseau linéaire d'éléments équidistants est associé au déphasage dans la ligne reliant les éléments et par conséquent a la constante de phase (dé- phasage par longueur unité) de la ligne. -La relation simplifiée est représentée sur la figure 1. Cette constante de. phase pour une ligne TEM idéale sans perte et sans distorsion est: 2TY = yl = f dans laquelle L et C sont l'inductance et la capacité de ligne réparties par longueur unité, t-et E sont la perméabilité et la permittivité du milieu de transmission, et \ est la lon- gueur d'onde dans l'espace libre. Le circuit équivalent d'une telle ligne est représenté sur la figure 2. La variation de la constante de phase de cette ligne se produit principale- ment comme conséquence d'une variation de la capacité répartie C (ou de la susceptance shunt B = w V-C) conformément à la relation générale: C = ADú dans laquelle A est une constante, D est fonction des dimen- sions de la ligne et 8 est une constante diélectrigue relative. Comme la constante diélectrique relative f du matériau du subs- trat diminue lorsque la température augmente, C diminue, la susceptance capacitive shunt de la ligne diminue et la constan- te de phase e 1 diminue. ILe but du chargement périodique est par conséquent d'ac- coupler à la ligne de transmission une susceptance shunt qui augmente et gui compense la diminution de la susceptance shunt de la ligne. Un agencement, qui réalise au moins ceci partielle- ment,est représenté sur la figure 3. Selon cet agen- cement, un barreau 11 monté en circuit ouvert est accouplé à la ligne principale de transmission 13 par l'intermédiaire d'un entrefer possédant une dimension g étroitement réglée. La di- mension de l'entrefer règle le taux de couplage a2. L'admit- tance accouplée à la ligne est: Yin =. (j Y0 tg (3) et le circuit équivalent est représenté sur la figure 4. Résultats expérimentaux Exemple 1 - Ensemble en recouvrement de barreaux de compen- sation. La première mise en oeuvre du cbargement périodique a été exécutée sur une antenne possédant un décalage typique du faisceau d'environ 0,02 / C pour un réseau d'alimentation à allumage avant, et d'environ 0,018 / C pour un réseau d'ali- mentation & allumage arrière. -e chargement périodique des réseaux d'alimentation a été mis en oeuvre de la manière représentée sur la fiqure 5. On a formé par gravure en ensemble recouvrant 15 de courts barreaux 11 sur un substrat mince G-10, et on a placé cet ensemble à proximité immédiate de la ligne d'alimnen- tation 17 de l'antenne. Comme cela est représenté sur la fi- gure 5, la ligne d'alimentation 17 est formée sur un substrat di]électrique 19 qui est fixé à un plan de masse 21. Ie revête- ment du substrat diélectrique 19 et de la bande de compensa- tion 15 est un radôme diélectrique 23. La longueur des barreaux 1l sur la grille de compensa- tion a été déterminée expérimentalement. Il s'est avéré satisfai- sant de choisir une longueur de 0,267 cm et une largeur de 0,51 cm. Puis on a recouvert les bandes de compensation par le radôme 23 formé de Téflon-fibres de verre et on les a fixéeú en position au moyen d'une plaque de retenue en aluminium. Les résultats concernant les données de l'angle du faisceau en fonction de la température ont révélé une varia- tion de 0,11 / C pour le réseau d'alimentation à allumage avant et de 0,080/ C pour le réseau d'alimentation à allumage ar- rière. Ces améliorations indiquent une réduction moyenne de 56 % de la variation de la constante de phase de la ligne d'alimen- tation en fonction de la température. Exemple 2 - Barreaux de compensation formés par gravure Sur la base des résultats couronnés de succès de l'exem- ple 1, on a incorporé directement un ensemble de barreaux de compensation dans la structure prévue pour une autre antenne. Tes longueurs et les dimensions critiques des entrefersdes bar- reaux ont été déterminées expérimentalement au moyen de mesures du déphasage en fonction de la température sur un nombre d'é- chantillonsde la ligne d'alimentation. les configurations ob- tenues de la ligne d'alimentation sont représentées sur la figure 6. Dans cette configuration, la longueur des barreaux était de 0,216 cm, la largeur était de 0,051 cm et la dimension de l'entrefer était de 0,013 cm. Comme cela ressort à l'évidence, le réseau de la figure 6 est essentiellement le type décrit dans le brevet US n 4 347 516 mentionné précédemment. Il comporte, au niveau de ses angles, des orifices 31 à 34 qui sont à leur tour ac- couplés à des lignes d'alimentation 35 et 37 entre lesquelles les réseauy linéaires 39 sont raccordés. Les barreaux sont as- sociés à la fois aux réseaux et à la ligne d'alimentation. Des détails des barreaux associés à la ligne d'ali- mentation 37 sont représentés sur la figure 7. Comme cela est indiqué, il existe ici un entrefer de 0,013 cm entre le bar- reau et la ligne d'alimentation. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser une compensation de tempé- rature dans un réseau linéaire à microbandes comprenant une ligne de transmission munie d'une pluralité d'éléments rayon- nants s'étendant le long de cette ligne, caractérisé en ce qu'il consiste à aménager dans le réseau, par gravure d'un substrat diélecti que (19), un modèle de conducteurs (11) afin de charger périodi- quement le réseau linéaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase opératoire de chargement périodique comprend l'incorporation d'un circuit de charge directement sur ladite plaquette de circuit d'antenne gravée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase opératoire de chargement comprend la formation d'un circuit de chargement sur une plaquette à circuits et à dis- poser cette plaquette sur la partie supérieure dudit réseau linéaii 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite antenne comporte des réseaux d'alimentation(35,37)et des réseaux rayonnants et que ladite phase de chargement périodi- que inclut le chargement a la fois desdits réseaux de lignes d'ali- mentation et desdits réseaux rayonnants. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite phase opératoire de chargement consiste à accou- pler à la ligne qui est compensée, une susceptance shunt,qui augmente et qui compense la diminution de la susceptance shunt de la ligne lorsque la température augmente. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à former, sur ledit substrat (19), des barreaux montés en circuit ouvert (11), qui sont voisins de ladite li- gne (17) et y sont accouplés par l'intermédiaire d'un entrefer dont la dimension (g) est étroitement réglée. 7. Antenne à réseau linéaire, du type comportant un substrat diélectriaue(19)et une pluralité d'éléments rayon- nants s'étendant le long d'une ligne de transmission formée sur ledit substrat, caractérisée en ce qu'elle comporte une plura- lité de barreaux (11) disposés au voisinage de ladite ligne avec un entrefer étroitement réglé, lesdits barreaux produisant un chargement périodique de ladite ligne de transmission de manière à réaliser une com- pensation en température. 8. Antenne selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'elle comporte au moins un réseau de lignes d'a]imentation (35, 37) et une pluralité d'éléments rayonnants et que les bar- reaux (11; sont disposés le long dudit réseau de la ligne d'a- limentation et le long desdits réseaux rayonnants. 9. Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat diélectrique (19), sur lequel lesdits réseaux sont ménagés par qravure et que lesdits bar- reaux -(21) sont également ménagés par gravure sur ledit sub- strat. 10. Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits réseaux sont formés par gravure sur un pre- mier substrat et que lesdits barreaux sont formées par gravure sur un autre substrat diélectrique (15) qui est disposé sous la forme d'un revêtement sur ledit premier substrat (21).