Brevet FR2575607A1 — publié le 19860704

La présente invention concerne, d'une manière générale, des antennes à haute fréquence et, plus parti- culièrement, des antennes & haute fréquence du type à lentille à haute fréquence. Comme cela est connu dans la technique, une antenne peut être disposée de manière à produire une sé- rie de faisceaux simultanés d'énergie à haute fréquence, dont chacun possède le gain et la largeur de bande de l'ouverture d'antenne entière. Conformément à la techni,- que, on peut obtenir un nombre désiré de faisceaux si- multanés en raccordant chaque élément d'antenne apparte- nant à une série d'éléments d'antennes disposées selon - un réseau par l'intermédiaire d'une voie de transmission électrique imposée, à une série d'orifice de transmis- sion de faisceaux, ladite voie étant constituée par une lentille électromagnétique qui compense le retard de l'énergie électromagnétique entre un orifice quelconque donné faisant partie d'un certain nombre d'orifices de faisceaux et tous les points situés sur les fronts d'on- de plans correspondants de l'énergie transmise. On peut utiliser n'importe quelle lentille parmi une grande va- riété de lentilles électromagnétiques.connues. Une telle lentille est ce qu'on appelle la lentille "Rotman", dé- crite dans un article intitulé "Wide Angle Microwave for line source applications" de W. Rotman et R. F. Tur- ner (Transactions of Antennes and Propagation, pp. 623- 632, publié en Novembre 1963 par "Institut of Electrical and Electronics Engineers", Inc., New-York, New-York). Une autre lentille de ce type est décrite dans le brevet US No 3 761 936 délivre le 25 Septembre 1973 et intitulé "Multi Beam Array Antenna" aux noms des inventeurs Do- nald H. Archer, Robert J. Prickett et Curtis P. Hiartwig. Avec l'une ou l'autre de ces lentilles, on obtient une région a faces planes parallèles, en forme de lentilles, munies d'une série d'orifices de faisceaux et d'une sé- rie d'orifices de réseau, qui sont disposés près de par- ties périphériques en vis-à-vis de ladite région. Chacun la aunumoo afnlaeAno eun,p Tlied 'sauuag;;Tp suoT; -De=Tp s@p suep sTP sBol la s;o.u; maT ueAIve 'sgvW'TT -100 'eouenbpa; ineqt e e Taeu*,p xnvezsTW; op eTa3s eun SúE aTuzno; e ieQTuemu op pDuBe6 auuaqeu,p slueePT9,P nues -*a un g sgldnoooe;uos neespi ep seoT;Txo sel slenbsel Tuwed 'xneasTe3; p seOîTITZop eapxs aun la neasg ep seDo;To,p e Tis eun 'sTA-Q-STA ue senbTgdTazgd saTqavd ses ep buoT OT 'tuep9ssod q9 saeTQîszwd saueTd saDe; Oc e uo6bgz aun;ueqaoduoo aDuanbgxz; e4nq g aetIT;ue aun upliodwoo aouanbg; ainvtq auuelue,p aeu;ss un nAgzd Isa 'uoqueAUT aquesgid VI 4uemgwL=ouoD À.uepuouTU npaosTe; el aTua;qo inod epsTiTIn sed sea,u uIQ; sÀs sT suep snaroT;rldume sezqnv sel aed agzIgp SZ es6:aupI enb auuop;ue9 ouiqsAs el aed eguuoÀXa BFb -:auq,l ap queulpuai al qTnpga;ueumzoueb tel un sww -anbTun auue;ur,p;ueup*i ei; un;ue4ueimte znekeDo -Tldure,l,; uussqnoqv agaquOl, p exTeTPuu.xe;uT., Jed euuaeue,p 4ueuiqa Ines un ueumelnes g aouanbga; aeneq oz lu6bTs np uossrusueaq aed la salellezed saueld seo -ev e ttTIquel el ap queweaunoquoo =ed snueqo queav9 xneaoswr; sta; sua '4uvpuouT, no aobel neosTe; un xAOAue1,p suoquoTIdde souîew. eosuep aeqev;eqnos Ise TT 'saquea;gTp suo;Doeaxp sep suep sg5TzTp ea sIToZIP ST uemeAw I;îe siut xnReaDse; @p eags sun TTuanog essTnd queuieouabe tel un,nb uaTg 'auuelue,p squeuil9 sep eT; -aud quesîV;; uvpuodsezzoo;uamqla un;e nvesga ap se@ -T;T1o sep unoelqo ezuea gq4oueq; se '(Zm) seATssezBoxd sepuo g aqn zn neoT;îTdume un enbTssvIo uo5e; Op 2TOA 01 -es g 'znaeDT;Tidtue un 'uoTssmug,p auueaue,p ame;sKs anb quel ue; T;Tsodsîp aD asTIîîn uo,nbs.zor *se;uGz9;;p suot; -oaxTp sap suep sq6TzTp 'aouanbpz; aeneq e saTbaeup,p sqToz;q quewaTqTelaZ xneeDsTv; ep eT2s aun, p eTqaed 50 uesTwe;;uepuodslaroD nveDsTeJ un g pToossv;sa xnveo -sTv; ap saDeoJjo sep unnetio;e euu4u1ep squeuiîap nuesg unp ae;.xd 4urs e;; uvpuodsezaoo auuelup queugîi un g qidnoooD qse neespa ap seDTçTzo S;Tpsep 3 2575607 dont chacun est associé a un orifice correspondant fai- sant partie de la série d'orifices de faisceaux, et des moyens pour introduire directement par couplage une énergie à haute fréquence dans la région à faces planes parallèles de manière a délivrer, a partir de l'ouver- ture commune, un faisceau relativement large d'énergie a haute fréquence. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention,' il est prévu une série d'amplificateurs dont chacun est branché entre un orifice de réseau et un élément correspondant faisant partie des éléments d'antenne. Avec un tel agencement, l'énergie envoyée directement dans la région à faces planes parallèles pour former le faisceau large traverse, en vue d'être amplifiée, la série.d'amplificateurs, ce qui accroit le rendement de puissance du système pour la production du faisceau large. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la desctiption don- née ci-après faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est un dessin partiellement schéma- tique d'un système d'énergie a haute fréquence à fais- ceaux multiples utilisant une lentille à haute fréquen- ce conforme a l'invention, le dessin représentant une vue en plan de cette lentille; - la;Figure 2 est une vue schématique en élévation et en coupe transversale de la lentille de la Figure 1, sur laquelle les dimensions verticales ont été forte- ment exagérées par rapport aux dimensions horizontales, cette vue en coupe transversale étant prise suivant la ligne 2-2 de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue schématiqne en perspec- tive, on partie arrachàe de la lentille des Figures 1 et 2; - la Figure 4 est une vue partiellement schémati- que d'un système a haute fréquence a faisceaux multi- ples utilisant une lentille a haute fréquence conforme à une variante de réalisation de l'invention, ce dessin montrant une vue en plan d'une telle lentille; et - la Figure 5 est une vue en coupe transversale schématique de la Figure 1, sur laquelle les dimensions verticales ont été fortement exagérées par rapport aux dimensions horizontales, cette vue en coupe transversa- le étant prise suivant la ligne 5-5 de la Figure 4. En se référant maintenant a la Figure 1, on y voit représenté un système d'antenne à haute fréquen- ce 10 comportant une lentille à haute fréquence 12 à faces planes parallèles comportant, le long de ses par- ties périphériques en vis-à-vis, plusieurs, ici dix, orifices 14a-14j de faisceaux et plusieurs orifices 16a-16j de réseau. La série d'orifices 14a-14j de fais- ceaux est accouplée de façon classique, ici par l'in- termédiaire de cables coaxiaux classiques 21a-21j, a un système radar 23. La série d'orifices 16a-16j de réseau est accouplée a une série correspondante d'élé- ments d'antenne 18a-18j. Les éléments d'antenne 18a-18J sont disposés de manière a former un réseau 20. Un am- plificateur faisant partie d'une série d'amplificateurs 22a-22j est branché entre l'un des orifices 16a-16j de réseau et l'un des éléments d'antenne B18a-18j accouplé à cet orifice faisant partie des orifices 16a16j. La forme de la lentille 12, les longueurs des conducteurs électriques, ici des câbles coaxiaux 19a-19j, qui sont reliés aux orifices 16a-16j de réseau, les amplifica- teurs 22a-22j et les éléments d'antenne 18a-18j ainsi que l'agencement des éléments d'antenne 18a-18j dans le réseau 20, sont choisis de manière a fournir, pour le système radar 23, plusieurs, ici dix, faisceaux 2Sa- j collimatés, relativement étroits, présents simulta- nément et dirigés dans des directions différentes, d'une énergie a haute fréquence, à partir d'une ouverture com- mune. Chacun des dix faisceaux possède une direction as- sociée à l'un des orifices 14a-14j de faisceaux, comme 2575607 cela est décrit dans le brevet US Nu 3 715 749 délivré le 6 Février 1973 à son inventeur Donald H. Archer. Ici, il est prévu un dispositif d'alimentation 30 ser- vant à introduire directement par couplage de l'éner- gie à haute fréquence dans la région à faces planes parallèles 32 de la lentille 12 de manière à créer un faisceau "inondant" ou large 27 a partir de l'ouverture commune formée par le réseau d'éléments d'antenne. Le dispositif d'alimentation 30 est accouplé au système radar 23 par l'intermédiaire d'un cable coaxial clas- sique 35. Le dispositif d'alimentation 30 est situé en un point de l'axe 34 de la région à faces planes paral- lèles 32 de la lentille 12, de sorte que les amplitudes de l'énergie rayonnée par chacun des éléments 18a-18j du réseau sont presque identiques. Le point, au niveau duquel le dispositif d'alimentation 30 est disposé le long de l'axe 34, est choisi de façon empirique de sor- te que, en réponse à l'énergie envoyée au dispositif d'alimentation 30, une transition progressive de phase quadratique est créée a travers le réseau, qui élargit le faisceau étroit à partir du faisceau obtenu par l'é- nergie envoyée à l'un des orifices 14a-14j de faisceaux. En se référant maintenant également à la Fi- gure 2, on y voit représenté en détail le dispositif d'alimentation 30 et la lentille a haute fréquence 12 a faces planes parallèles. Ici, le dispositif d'alimenta- tion 30 est un connecteur coaxial comportant un condUc- teur extérieur 40 raccordé électriquement a une bride de montage en forme de disque 42, dont des surfaces de montage sont perpendiculaires a l'axe longitudinal du dispositif d'alimentation 30 à connecteur coaxial. Le conducteur intérieur central 44 est isolé, de façon classique, par rapport au conducteur extérieur 40. Ici, la lentille à faces planes parallèles 12 est une len- tille formant ligne de transmission en forme de bande et comportant deux substrats diélectriques 50, 52, com- portant des conducteurs, respectivement 54, 56 formant 6 2575607 plans de masse, qui sont appliqués sur les surfaces ex- térieures des substrats, et des circuits conducteurs centraux 58, 60, à peu près identiques (symétriques) disposés sur les surfaces intérieures des substrats. Le circuit conducteur central 58, 60 est formé par gravure de surfaces revêtues de cuivre formées sur les surfaces intérieures des substrats diélectriques 50, 52, en utilisant des techniques classiques de gravure chimico-photolithographiques. Le circuit conducteur central 58, 60 formé sur la surface intérieure de cha- cun des substrats 50, 52 est structuré conformément au brevet US N0 3 768 936 mentionné précédemment, et par conséquent, comme cela est décrit ici, chacun comporte une région en forme de lentille 32 a faces planes pa- rallèles munie de sections d'adaptation de forme trian- gulaire 62a, 63b ménagées le long de la surface focale de la région en forme de lentille 32 à faces planes pa- rallèles. On notera que, bien que chacun des substrats , 52 comporte, configurée sur sa surface intérieure, une région à faces planes parallèles 32, symétrique et des sections d'adaptation de forme triangulaire 62a, 62b, seul le substrat inférieur 52 comporte sur sa sur- face intérieure, des lignes de transmission en forme de bande 64a, 64j, qui sont disposées entre le sommet de chacune des sections d'adaptation 62a de forme trian- gulaire et un orifice correspondant faisant partie des orifices 14a-14j de faisceaux. De façon analogue, seul le substrat 52 comporte des lignes de transmission en forme de bande 65a-65j qui sont ménagées sur sa surface intérieure, entre le sommet de chacune des sections d'adaptation de forme triangulaire 62b formées sur le substrat 52, et un orifice correspondant faisant partie des orifices 16a-16j de réseau. Comme cela est représen- té, la bride de montage conductrice 40 du dispositif d'alimentation 30 est raccordée électriquement au con- ducteur 54 constituant un plan de masse, formé sur le substrat diélectrique 50. On élimine, ici par perçage, 7 2575607 la partie du conducteur 54 formant plan de masse et la partie de l'élément diélectrique du substrat 50, situé au-dessous de la partie centrale du connecteur coaxial , de manière à ménager un logement cylindrique 45 servant à recevoir le conducteur central 44. Par consé- quent, le dispositif d'alimentation 30 introduit de l'énergie directement dans la région 32 a faces planes parallèles, selon le mode TEM, le champ électrique d'une telle énergie étant situé dans les régions 47, 49 si- tuées entre les circuits conducteurs en forme de bande 58, 59, soudés l'un a l'autre, et les conducteurs 54, 56 formant plans de masse. Il s'est avéré qu'il suffit d'utiliser un seul dispositif d'alimentation 30 pour produire un faisceau 'inondant" et également que le con- ducteur central 44 peut, soit se prolonger en partie dans le diélectrique 50 de la région 32 a faces planes parallèles (c'est-a-dire la pointe du conducteur cen- tral distante du circuit 58), soit s'étendre complète- ment a travers le diélectrique 50 de sorte que la pointe du conducteur central 44 est en contact physiquement (et par conséquent électriquement) avec circuit conducteur en forme de bande 58 formé sur la surface intérieure du substrat 50. La profondeur de pénétration du conducteur central 44 dans le diélectrique 50 est fonction du degré de couplage désiré. Le dispositif d'alimentation 30 de- vrait être normalement disposé le long de l'axe 34 (fi- gure 1) de ia lentille 12. On détermine de façon empiri- que sa position le long de cet axe 34, de manière à ob- tenir le faisceau "inondant" optimum dans la plage de fréquences, dans laquelle la lentille doit fonctionner. On peut utiliser des dispositifs d'alimenta- tion autres qu'un connecteur coaxial 30. Par exemple, en se référant maintenant aux Figures 4 et 5, on utilise un autre dispositif d'alimentation 30'.- Ici, ce disposi- tif d'alimentation 30' est constitué par un dispositif d'alimentation a ligne de transmission en forme de bande comportant deux substrats diélectriques 80, 82, dont chacun comporte des conducteurs 84, 86 formant plans de masse extérieurs et qui sont disposes sur les sur- faces extérieures des substrats, et comportant chacun un conducteur en forme de bande 88, 90, au niveau de sa surface intérieure. Les conducteurs en forme de ban- des 88, 90 sont disposes de façon classique l'un sur l'autre. Une fente de couplage 100 est formée à travers le substrat diélectrique 50, le conducteur formant plan de masse 54 et le conducteur formant plan de masse 86. Une paroi arrière conductrice 92 est prévue pros des extrémités du diélectrique 80, 82, de manière à raccor- der électriquement les conducteurs formant plans de mas- se 84, 86. Un absorbeur d'énergie a haute fréquence 94 de forme triangulaire est disposé entre les extrémités des conducteurs en forme de bande 88, 90 et le conduc- teur formant paroi arrière 92 de manière a former une charge adaptée pour la ligne de transmission en forme de bande. Par conséquent, l'énergie t haute fréquence introduite par le système radar 23 dans la ligne de transmission en forme de bande, par l'intermédiaire du cable 35, est injectée directement par couplage dans la région à faces planes parallèles 32 par l'intermédiaire de la eente 100. (On notera que, a la place de l'absor- beur 94, on peut utiliser une résistance classique de 50 ohms, pour réaliser la terminaison adaptée de la li- gne en pastille de transmission en forme de bande). Par conséquent, on notera qu'avec l'un ou l'autre des dispositifs d'alimentation 30, 30', étant donné qu'un tel dispositif est situé en un point qui est a l'intérieur de la région à faces planes parallèles 32, on obtient un faisceau "inondant"-ou large 27 (Figu- re 1) à partir de l'énergie qui passe a l'ensemble des éléments 18a-18j du réseau à travers les amplificateurs 22a-22j. A la suite de la description de formes de ré- alisation préférées de l'invention, il ressort a l'6vi- dence que l'on peut y apporter bon nombre de modifica- tions et de changements, sans sortir du cadre de l'in- vention. Par ailleurs, bien que le système d'antenne ait été ici représenté comme étant un système d'émis- sion, le système peut être aisément modifié de manière O5 à être un système de réception, moyennant la suppression des amplificateurs et l'accouplement des orifices de ré- seau directement aux éléments d'antenne en réseau. Le dispositif d'alimentation 30, 30' accouplé directement a la région - faces planes parallèles reçoit par consé- quent de l'énergie selon un faisceau large, comme dans un mode de recherche, et les orifices 14a-14J de fais- ceaux sont utilisés pour la détermination de l'angle d'incidence de l'énergie reçue comme dans un mode de poursuite. Le mode de poursuite peut être déclenché en réponse a une énergie détectée reçue de la part du dis- positif d'alimentation 30, 30' pendant un mode de rem cherche. On estime, par conséquent, que la présente in- vention n'est par conséquent limitée en aucune manière aux formes de réalisation qui en sont décrites. REVENDICATIONS 1. Système d'antenne à haute fréquence, carac- térisé en ce qu'il comporte-une lentille à haute fré- quence (12) comportant une région a faces planes paral- lèles (32) et possédant, le long de ses parties périphé- riques en vis-à-vis, une série d'orifices (16a-16j) de réseau et une série d'orifices (14a-14j) de faisceaux, parmi lesquels les orifices (16a-16j) de réseau sont ac- couplés a un réseau d'éléments d'antenne (18a-18j) agen- cés de manière a produire une série de faisceaux colli- matés d'énergie a haute fréquence, sui sont relativement étroits et sont dirigés suivant des directions différen- tes, à partir d'une ouverture commune et dont chacun est associé a un orifice correspondant faisant partie de la série d'orifices (14a-14j) de faisceaux, et des moyens (30) servant à injecter directement par couplage une énergie a haute fréquence dans la région a faces planes parallèles de manière a fournir, à partir de l'ouverture commune, un faisceau relativement large d'énergie A hau- te fréquence.. 2. Système selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte une série d'amplificateurs (22a-22j) dont chacun est branché entre un orifice (16a- 16j) de réseau et un élément correspondant faisant partie des éléments d'antenne (18a-18j). 3. Système selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens de couplage (30) comportnt des moyens permettant d'injecter par couplage l'énergie selon le mode TEM dans la région à faces planes parallè- les (32).