Brevet FR2595010A1 — publié le 19870828

ANTENNE A MICROLIGNE A RUBAN PRESENTANT UNE STABILITE EN TEMPERATURE AMELIOREE DE L'ANGLE DE FAISCEAU L'art antérieur connu le plus pertinent est la demande de bre- vet parallèle No de série 650 491 déposée au nom de Mead et consort qui sont les déposants de la présente demande. L'antenne de l'art antérieur est une antenne plane à microligne à ruban, entrelacée qui possède à la fois des ouvertures d'allumage avant et arrière. En utilisant les deux réseaux d'allumage avant et arrière, il est possible de sélectionner des espacements entre les réseaux de l'antenne à microligne à ruban en vue de compenser les variations d'angle gamma du faisceau émis, dues à des chan- gements de température. Cependant, cette antenne à microligne à ruban, entrelacée ne compense aucune variation d'angle sigma susceptible d'être provoquée par des changements de température. La présente invention est utilisable à la fois sur des anten- nes à microligne à ruban, à ouverture unique et sur les antennes à micro- ligne à ruban, à ouverture double, entrelacées. En resserrant les points de prélèvement du dispositif d'alimentation destiné aux réseaux, on com- pense des variations de l'angle sigma du faisceau rayonnant de l'antenne à microligne à ruban, dues à des changements de température. La présente invention présente ainsi l'avantage distinct de réduire sensiblement une quelconque variation d'angle sigma due à des changements de température. Un second avantage distinct de la présente invention est que le dispositif d'alimentation resserréepeut être appliqué à la fois à des antennes à microligne à ruban, à ouverture unique et à ouverture double. Les buts et avantages susmentionnés de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donnée à titre d'exemple nul- lemenrit limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une illustration schématique d'un diagramme type de rayonnement d'antenne; la Figure 2 est une section d'alimentation type d'un disposi- tif d'alimentation à ondes progressives classiques la Figure 3 illustre un dispositif d'alimentation groupée classique; la Figure 4 illustre une section de l'antenne à alimentation -2- resserrée de la présente invention; et la Figure 5 illustre le plan de rayonnement complet de la présente antenne à alimentation resserrée. Dans une antenne plane à microligne à ruban destinée à un système de radar Doppler, il y a toujours un certain degré d'erreur dû à des changements de température en réaction avec les matériaux diélectriques qui constituent les ouvertures de l'antenne à microligne à ruban. Ceci provient du fait que les angles de faisceaux de l'antenne sont fonction de la température. En termes simplistes, lorsque la tempé- rature augmente, les angles de faisceaux ont tendance à s'écarter les uns des autres; et lorsque la température diminue, les angles de faisceaux se rapprochent les uns des autres. Par exemple, sur la Figure 1, il est re- présenté un diagramme type d'un système de radar Doppler dans lequel un faisceau 2 est projeté à partir d'une antenne plane 4 d'un avion 6. Comme on peut le voir sur le diagramme en trois dimensions, l'axe du faisceau 2 est situé à un angle gamma (ô) par rapport à l'axe x, à un angle signa (0) par rapport à l'axe y, et à un angle psi ( 4) par rap- port à l'axe z. A partir du faisceau 2, deux images, gamma () et signa (C) , sont réfléchies sur l'antenne. Il faut noter que l'image gamma se trouve à l'arrière du faisceau 2, tandis que l'image signa se trouve dans la même position à l'avant, mais à gauche du faisceau 2 dans cet exemple. Dans un souci de clareté, l'image de la Figure 1 est représentée dans une position différente par rapport à un faisceau 10, bien qu'en réalité ils coïncident. Lorsqu'il se produit un changement de température, l'an- gle de faisceau du faisceau 2 est affecté puisque les matériaux diélec- triques utilisés pour l'antenne à microligne à ruban se dilatent ou se rétractent, ce qui fait varier les angles de faisceaux. Ceci influe, par voie de conséquence, sur les images gamma et signa réfléchies. Dans la demande parallèle susmentionnée, il est décrit une an- tenne à microligne à ruban pourvue d'ouvertures d'allumage avant et arrière, comportant des réseaux entrelacés. Grâce à l'allumage alternatif des ouvertures arrière et avant par l'intermédiaire des points d'alimen- tation 8a et 8b, le faisceau avant 2 et le faisceau arrière 10 sont res- pectivement projetés. Lorsque la température augmente, le faisceau 2 (et un faisceau correspondant situé à gauche de celui-ci, négligé pour des il -3- raisons de clareté) va s'écarter de la normale, qui correspond à l'axe x, et le faisceau 10 (ainsi qu'un faisceau correspondant situé à gauche de celui-ci) va se rapprocher de la normale. Etant donné qu'il y a un effet de moyenne, l'angle de faisceau moyen par rapport à la normale reste assez constant, ce qui compense un éventuel changement de température. Cependant, cette technique ne compense que des variations de l'angle gamma, puisque l'angle gamma se rapporte aux oscillations avant et arriè- re des faisceaux. Ainsi, desvariations d'anglersont compensées par l'antenne à microligne à ruban, entrelacée décrite dans la demande paral- lèle. En raison du fait que l'angle sigma se rapporte à un système Dop- pler suivant l'axe y, des variations de l'angle signa, dues à des changements de température ne sont pas compensées par l'allumage alterné des deux réseaux avant et arrière. La présente invention introduit le concept de resserrement de la ligne d'alimentation d'une antenne à microligrne à rubanl, à ouverture uni- que ou d'antennes à microligne à ruban, à ouverture double, entrelacées. Comparativement à un ensemble classique de réseaux d'antenne, le disposi- tif d'alimentation resserrée permet un espacement d'alimentation plus faible entre les points de prélèvement, ce qui réduit des variations de l'angle sigma dues à des changements de température. A titre d'illustra- tion, la Figure 2 montre une section d'alimentation type d'une ouverture d'antenne classique. Comme on peut le voir, quatre réseaux 16 puisent dans la ligne d'alimentation 12 aux points de prélèvement 14a-14d. L'es- pacement entre des points de prélèvement adjacents, par exemple, entre les points de prélèvement 14a et 14b,porte la désignation s alimentation. L alimentation désigne la longueur réelle qu'une onde progressive doit parcourir entre deux points de prélèvement adjacents, en l'occurence les points de prélèvement 14b et 14c. L'espacement entre deux réseaux porte la désignation s réseau. Lorsque la température augmente, la section en serpentin 2, comme la plupart des matériaux, se dilate physiquement, de même que l'espacement physique entre des réseaux adjacents, s réseau. La constante diélectrique (Er) du matériau qui constitue la section en ser- pentin 2, c'est-à-dire la ligne d'alimentation, varie également. Par con- séquent, des variations de la longueur de la section en serpentin 2, de l'espacement des réseaux 16, et de la constante diélectrique E. du -4matériau constitutif de la section en serpentin 2 contribuent à modifier l'angle de faisceau. Ceci est montré par l'Equation 1: (1 alimentation x Er- 0) cos e = - Equ. 1 s réseau dans laquelle A0 = la longueur d'onde dans l'espace libre et "= l'angle mesuré depuis l'axe y jusqu'au maximum du faisceau. On peut voir facilement, comme le montre l'Equation-1, que l'angle de faisceau est fonction de la racine carrée de la constante dié- lectrique E, fonction de 1 alimentation, qui correspond à la longueur r de parcours réelle de la section en serpentin-2 (pour cet exemple), et est fonction de s réseau. Une méthode antérieure utilisée pour compenser des variations de l'angle sigma dues à des variations de température est mise en oeuvre au moyen d'un dispositif d'alimentation groupée, représenté sur la Figure 3. Cependant, à la différence d'un dispositif d'alimentation à ondes pro- gressives, le dispositif d'alimentation groupée ne peut émettre un fais- ceau rayonnant que dans la direction désignée par A ou B de la Figure 3, mais pas dans les deux (le dispositif d'alimentation à ondes progressives produit des faisceaux en e- et le supplément de t lorsque l'alimentation provient d'extrémités opposées). Des dispositifs d'alimentation groupée sont impraticables pour des antennes de radar Doppler, car il faudrait quatre dispositifs d'alimentation pour émettre les quatre faisceaux. Deux dispositifs d'alimentation à ondes progressives suffisent, puisque chacun émet deux faisceaux. Comme il a été noté précédemment, lorsque la température aug- mente, le matériau diélectrique d'une antenne à microligne à bande type se dilate. Ceci entraîne non seulement une variation de Er, mais égale- ment une augmentation de l'espace entre des réseaux adjacents et des points de prélèvement adjacents sur une ligne d'alimentation. Il en ré- sulte également une augmentation de la longueur de parcours, 1 alimentation, le long de laquelle la ligne d'alimentation a la forme d'un serpentin. Les relationsentre le taux de variation de 0 en fonction de la température et Er, s réseau et 1 alimentation sont montrées ci-après. -5- de (1 alimentation/s réseau) x r x"e 0 x s = 0 x s Equ. 2 dt 2 x sin Cr s réseau x sin- Equ. 2 dans laquelle oc e = la variation fractionnaire de la constante diélec- trique en fonction de la température = -0,000485 partie par degré C pour la fibre de verre-Téflon et c s = la variation fractionnaire de l'espacement, s ali- mentation, en fonction de la température = 0,000127 partie par degré C, pour la fibre de verre-Téflon sur un plan de réflexion horizontal en aluminium. En général, le premier terme de l'Equation 2 domine le second. Ainsi donc, s'il était possible réduire l'importance du premier terme, le taux de variation d'angle sigma en fonction de la température, c'est-à- dire, de/dt, serait alors réduit également. Une manière d'y parvenir con- siste à réduire 1 alimentation en maintenant s réseau constant. La frac- tion (1 alimentation/s réseau) du premier terme de l'Equation 2 est de toute évidence réduite dans ce cas et de/dt est également réduit. Sur la base de ce principe, une configuration d'alimentationcomportant ur 1 alimnetatiai réduit est représentée sur la Figure 4. La Figure 4 représente une ligne d'alimentation rectiligne. Il faut noter qu'une ligne rectiligne n'est pas indispensable dans une alimentation resserrée, ceci n'est fait ici que dans un souci de simplicité, car la ligne rectiligne peut très bien être remplacée par une ligne en serpentin. Dans ce cas, il est évident que 1 alimentation est considérablement inférieur à s réseau; alors que dans le cas de l'alimentation standard de la Figure 2, 1 alimentation est nette- ment supérieur à s réseau. La relation entre 1 alimentation et s réseau -et Er s'établit comme suit. (s réseau x coso+ 0) 1 alimentation = - Equ. 3 r Comme 1 alimentation est réellement plus court que la distance dans l'espace entre deux réseaux adjacents, désignée par s réseau sur la Figure 4, 1 alimentation est réellement resserré. En considérant les Equations 1 et 3 et en supposant donnés les chiffres suivants: angle e= 730 - alimentation standard, -6- angle oe = 107 alimentation resserrée, s réseau = 0,64 Er = 2,255 -, et ko0 = 0,8854 - le calcul de l'Equation 1, à l'aide de ces chiffres, donne un rapport de/dt = 0,0138 par degré Centigrade pour le type classique d'antenne à microligne à ruban représentée sur la Figure 2, tandis qu'on obtient un rapport do/dt de 0,0053 pour l'antenne à microligne à ruban, à alimenta- tion resserrée de la présente invention. Il est par conséquent démontré que la présente invention est 2,6 fois meilleur que le type classique de conception d'alimentation. Bien qu'un angle sigma de 730 soit utilisé pour l'alimentation standard, un angle de 107 (le supplé- ment de 73 ) est utilisé pour l'alimentation resserrée. Ainsi, pour l'alimentation standard le faisceau 2 est émis en excitant l'extrémité gauche du dispositif d'alimentation, alors que pour l'alimentation res- serrée, le faisceau 2 est émis en excitant l'extrémité droite de la ligne d'alimentation. Pour que le dispositif d'alimentation resserréefonctionne correctement, il faut que la liaison de raccordement électrique, désignée par l(n) sur la Figure 4, soit équivalente pour tous les réseaux. Pour- tant, en regardant la Figure 4, il est facile de voir que la liaison 1(1) entre des points 18a et 18b est différente de 1(4) qui relie des points 19a et 19b. Si les différentes distances des liaisons de raccordement l(n) ne sont pas ajustées, des décalages de phase différents vont se pro- duire à partir de ces liaisons de raccordement. Pour y remédier, il est impératif que chacune des liaisons de raccordement ait la même longueur électrique. Ainsi, des liaisons de lignes supplémentaires sont ajoutées aux liaisons de raccordement sous la forme de lignes en serpentin, dans cet exemple, désignées par 1 serp sur la Figure 4. Il est à noter que d'autres formes de lignes sinueuses peuvent être utilisées à la place de celles-ci, à condition que les longueurs d'ondes des différentes liaisons de raccordement soient des nombres entiers multiples les uns des autres. Ceci peut être réalisé par l'équation suivante qui utilise des liaisons de raccordement 1(1) et 1(4) à titre d'exemple. 118a_18b = 119a-19b - n x E Equ.4 : 5 :1: :: 1 ::::2 ::0 -7- dans laquelle n = 1, 2, 3...; 18a-18b= la longueur d'une quelconque liaison de parcours de l'antenne; ll9 9= la longueur d'une quelconque autre liaison de par- 119a-19b cours; et E la longueur d'onde dans le substrat. L'Equation 4 détermine que l'antenne de la présente invention fonctionne correctement, si les longueurs de toutes les liaisons de rac- cordement sont égales à une longueur 1 connue d'une liaison de raccorde- ment individuelle, par exemple l(4) entre les points 19a et 19b, + une longueur d'ide exacte dans le substrat.La Figure 5 montre une illustration du plan de rayonnement complet de la présente invention, dans laquelle une seule ligne d'alimentation est représentée. Il est à noter que pour des raisons de clareté, une seconde ligne d'alimentation indispensable au fonctionnement de l'antenne à microligne à ruban, à réseaux entrelacés, représentée sur la Figure 5, n'apparaît pas sur la figure. De plus, il convient de noter que le dispositif d'alimentation resserréede la présen- te invention peut également être utilisépour une antenne à microligne à ruban,à ouverture unique afin de réduire les variations d'angle sigma dans un système de radar Doppler. Bien que, dans un but explicatif, la description faite ici porte sur un mode de réalisation préféré de la présente invention, il apparattra de manière évidente pour l'homme de l'art que de nombreux changements, modifications, variantes, substitutions et équivalents, com- plets ou partiels, peuvent être apportés sans sortir du domaine d'appli- cation des revendications de l'invention. -8- REVENDICATIONS 1. Antenne à microligne à ruban (4) présentant une stabilité en température améliorée de l'angle de faisceau, caractérisée en, ce qu'elle comporte: - une pluralité de réseaux parallèles, correspondant à une ou- verture d'antenne, positionnés dans une relation coplanaire et espacée; - un moyen d'alimentation positionné dans une relation trans- versale et coplanaire par rapport aux réseaux; - une pluralité de moyens de prélèvement (18a, 19a, 20a, 20b, 21a,21b) superposés sur le moyen d'alimentation dans le sens de la lon- gueur de celui-ci, la distance dans l'espace (s alimentation) entre des moyens de prélèvement adjacents étant inférieure à la distance dans l'es- pace (s réseau) entre des reseaux adjacents; et - une pluralité de moyens de liaison (ln) positionnés dans une relation coplanaire entre le moyen d'alimentation et les réseaux, en vue de relier chaque moyen de prélèvement successif à un réseau successif correspondant, au niveau d'une première extrémité de celui-ci (18a, 19b), les moyens de liaison présentant des décalagesde phase identiques; ce qui a pour effet que les variations de l'angle de faisceau dues à un 0 changement de température sont considérablement réduites. 2. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le moyen d'alimentation se présente sous la forme d'une ligne rectiligne. 3. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le moyen d'alimentation est en forme de serpentin. 4. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 3, caractérisée en ce que la distance dans l'espace ( s alimenta- tion) entre des moyens de prélèvement adjacents est inférieure à la lon- gueur réelle (1 alimentation) qui sépare les moyens de prélèvement adja- cents. 5. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que la pluralité de moyens de liaison (ln) comporte des moyens de liaison de longueurs réelles différentes, noyés dans un substrat, la relation entre la longueur réelle d'un premier moyen de liaison et la longueur réelle d'un second moyen de liaison étant 2( -9établie par la formule suivante: i =1 +nxi x y E dans laquelle lx = la longueur réelle du premier moyen de liaison, ly = la longueur réelle du second moyen de liaison> Y n = * nombres entiers, c'est-à-dire 1, 2, 3... et E = la longueur d'onde dans le substrat. 6. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que la distance entre des moyens de prélève- ment successifs est définie par la relation suivante: (s réseau x coà--+î) ) i alimentation = rseau x cs - r dans laquelle 1 alimentation = la longueur de parcours réelle entre des moyens de prélèvement adjacents, s réseau = la distance dans l'espace entre des réseaux adjacents, = l'angle mesuré depuis l'axe y jusqu'au maximum du faisceau, et 0 = la longueur d'onde dans l'espace libre. 7. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendl- cation 1, caractérisée en ce que le moyen d'alimentation comporte un dispositif d'alimentation à ondes progressives. 8. Antenne à microligne à ruban (4) pourvue de deux ouvertures d'antenne et présentant une largeur de faisceau sigma, caractérisée en ce qu'elle comporte: - une pluralité de réseaux d'allumage avant qui sont disposés dans une relation coplanaire et espacée et correspondent à la première ouverture d'antenne; - une pluralité de réseaux d'allumage arrière correspondant à une seconde ouverture d'antenne et qui sont positionnés en étant copla- naires et entrelacés avec les réseaux d'allumage avant; - un premier moyen d'alimentation positionné dans une re- lation transversale et coplanaire par rapport aux réseaux d'allumage avant, le premier moyen d'alimentation comprenant une pluralité de premiers moyens de prélèvement superposés sur celui-ci et la distance dans -10- l'espace (s alimentation) entre les premiers moyens de prélèvemenC adja- cents étant inférieure à la distance dans l'espace (s réseau) entre des réseaux d'allumage avant adjacents; - un second moyen d'alimentation positionné dans une rela- tion transversale par rapport aux réseaux d'allumage arrière, le second moyen d'alimentation comprenant une pluralité de second moyens de prélè- vement superposés surcelui-ci et la distance dans l'espace (s alimenta- tion) entre les seconds moyens de prélèvement adjacents étant inférieure à la distancedans l'espace (s réseau) entre des réseaux d'allumage arrière adjacents; - une première pluralité de moyens de liaison (ln) positionnés dans une relation coplanaire entre le premier moyen d'alimentation et les réseaux d'allumage avant, en vue de relier chaque premier moyen de prélèvement à une première entrée d'un réseau successif correspondant de la première ouverture d'antenne, les premiers moyens de liaison présen- tant des décalages de phase identiques; et - une seconde pluralité de moyens de liaison (ln) positionnés entre le second moyen d'alimentation et les réseaux d'allumage arriè- re, en vue de relier chaque second moyen de prélèvement à une première - entrée d'un réseau successif correspondant de la seconde ouverture d'an- tenne, les seconds moyens de liaison présentant des décalages de phase identiques; ce qui a pour effet que des variations d'angle de faisceau sigma dues à un changement de température sont considérablement réduites. 9. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 8, caractérisée en ce que les premier et second moyens d'alimenta- tionse présentent sous la forme d'une ligne rectiligne. 10. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 9, caractérisée en ce que la distance dans l'espace (s alimenta- tion) entre des moyens de prélèvement adjacents est égale à la longueur de parcours (1 alimentation) entre les moyens de prélèvement adjacents. 11. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 8, caractérisée en ce que les premier et second moyens d'alimenta- tion sont en forme de serpentin. 12. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 11, caractérisée en ce que la distance dans l'espace (s alimenta- tion) entre des moyens de prélèvement adjacents est inféiieure à -a lon. gueur de parcours (1 alimentation) entre les moyens de prélèvement adja- cents. 13. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 8, caractérisée en ce que la pluralité de premiers et de seconds moyens de liaison (ln) comporte des moyens de liaison de longueurs ré- elles différentes, noyés dansun substrat, la relation entre la longueur réelle d'un premier moyen de liaison de la première ou de la seconde pluralité de moycrJs de liaison et la longueur réelle d'un second moyen de liaison de la première ou de la:seconde pluralité correspondante de moyens de liaison étant établie par la formule suivante: lx = ly + n XE dans laquelle lx = la longueur réelle du premier moyen de liaison, ly = la longueur réelle du second moyen de liaison, n = + nombre entier, et XE = la longueur d'onde dans le substrat. 14. Structure d'antenne à microligne à ruban selon la revendi- cation 8, caractérisée en ce que la longueur de parcours entre des moyens de prélèvement adjacents est définie par la relation suivante: 1 alimentation = (s réseau x cos e+ A) Or dans laquelle 1 alimentation = la longueur de parcours entre des moyens de prélèvement adjacents, s réseau = l'espacement entre des réseaux adjacents, = l'angle mesuré depuis l'axe y jusqu'au maximum du faisceau, et l0 = la longueur d'onde dans l'espace libre.