Brevet FR2610143A1 — publié le 19880729

La présente invention se rapporte è une antenne réseau carré monopulse à balayage électronique. De nombreuses études ont été effectuées sur des antennes réseaux planes microondes. En particulier, on a étudié des antennes utilisant les techniques des circuits imprimés pour réaliser en une ou plusieurs couches l'ensemble des éléments rayonnants, des déphaseurs et des réseaux d'alimentation, ces derniers sous forme de lignes triplaques ou microrubans. Un des problèmes auxquels on se trouve confronté est celui des perturbations électromagnétiques parasites, telles que couplages aériens et internes ou désadaptation d'impédance qui dégradent les performances de l'antenne et élèvent les niveaux de lobes secondaires de manière d'ailleurs variable en fonction de l'angle de balayage. Ce problème est d'autant plus préoccupant que 1' antenne considérée est destinée à fonctionner à des fréquences plus élevées. Les solutions proposées à ce problème jusqu'à maintenant ne consistent qu'à rechercher pour les atténuer les causes les plus évidentes de couplages ou de désadaptation. Un objet de l'invention est de remédier à ce problème en définissant une disposition optimale du réseau d'alimentation de l'antenne de manière a compenser globalement les perturbations électromagnétiques parasites. Selon l'invention, il est donc prévu une antenne réseau carré monopulse à balayage électronique comportant N éléments rayonnants, régulièrement disposés dans un plan pour former un réseau carré, et un réseau d'alimentation, comportant un distributeur à N sorties et N déphaseurs commandés, intercalés respectivement sur chacune de ces sorties, réalisé en technique de circuits imprimés, chacune des N sorties alimentant un élément rayonnant associé, ledit réseau d'alimentation étant divisé en quatre quarts identiques, alimentés séparément pour permettre le fonctionnement monopulse de l'antenne, et étant disposé parallèlement au plan des éléments rayonnants, ladite antenne étant caractérisée en ce que chaque quart du réseau d'alimentation se déduit du quart adjacent par une rotation, dans le plan du réseau, de 90 autour du centre de 1' antenne. Grâce à cette disposition, les couplages externes s'échangent entre plan E et plan H d'un quart d'antenne au suivant, d'où une compensation de ces perturbations, au lieu d'une addition dans les antennes classiques, et des per for- mances très nettement améliorées. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaltront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1 représente schématiquement un réseausd'alimen- tation classique d'une antenne réseau carré - la figure 2 représente le schéma d'un réseau d'alimentation selon l'invention - les figures 3 et 4 donnent les diagrammes de rayonnement somme et différence pour une déviation de faisceau de 15 pour l'antenne classique et l'antenne selon l'invention - les figures 5 et 6 représentent partiellement, en coupe et vu de dessus, un mode de réalisation d'une structure d'an tenne selon l'invention ; et - la figure 7 est une vue d'une réalisation en lignes micro rubans d'une portion de réseau d'alimentation pour une antenne selon l'invention. L'antenne considérée est une antenne réseau carré,c'est- à-dire que les différents éléments rayonnants sont disposés dans un plan suivant un même nombre de lignes et de colonnes, les distances entre deux éléments adjacents selon une ligne ou une colonne étant les mêmes. De plus, on considère une antenne dans laquelle les éléments rayonnants passifs sont tous disposés d'un même côté d'un plan réflecteur pour les rendre unidirectionnels et dans laquelle la partie rayonnante est dissociable de la partie réseau d'alimentation des éléments rayonnants, pour des raisons que l'on verra ci-dessous. A titre d'exemple, on prendra le cas de dipôles rayonnants alimentés par un réseau d'alimentation réalisé en lignes microrubans. La figure 1 représente schématiquement un réseau d'alimentation classique à soixante-quatre sorties pour une antenne réseau carré monopulse à balayage électronique à soixantequatre bipales rayonnants, chacun alimenté par une de ces soixante-quatre sorties. Ce réseau d'alimentation comporte un déphaseur commandé sur chaque sortie et est subdivisé en quatre quarts identiques I, II, III et IV. Ainsi, chaque quart comporte des sorties S1 à 516 sur lesquelles sont insérés des déphaseurs commandés D1 à D16 à commande numérique par exemple. I1 est alimenté à partir d'une entrée 1, 2, 3, 4 séparée pour permettre la combinaison nécessaire des signaux sur les quatre parties de 1' antenne de manière à réaliser un fonctionnement monopulse.Les moments électriques de tous les dipôles rayonnants ont la même orientation symbolisée par des flèches près des sorties correspondantes, telle que la flèche A près de la sortie 51 du quart de réseau II. Pour diminuer le niveau du rayonnement secondaire, il est prévu dans chaque quart de réseau d'alimentation de pondérer de manière connue la puissance sur chaque élément rayonnant en choisissant de manière convenable la répartition d'énergie entre ces éléments. Ceci est effectué de manière à obtenir une décroissance de la puissance rayonnée du centre vers la périphérie de l'antenne. Ainsi, une valeur maximum d'énergie est disponible sur la sortie S16 et une valeur minimum sur la sortie S1. Les sorties 512 et 515 reçoivent la même énergie, de même les sorties 58 et S14, etc... Cette propriété a été mise à profit par l'invention. La figure 2 représente le schéma du réseau d'alimentation modifié selon l'invention. Chaque quart du réseau est obtenu à partir du quart adjacent par rotation de 900 autour du centre P de l'antenne. Ainsi, le quart II se déduit du quart I par rotation de -900 du quart I ou par rotation de + 900 du quart IV. Cette règle de réalisation n'est appliquée qu'au réseau d'alimentation, le réseau d'éléments rayonnants restant inchangé par rapport à ce qu' il était dans le cas de la figure 1. Ainsi, les orientations des moments électriques des dipôles rayonnants restent les mêmes (flèche A). Cette solution est rendue possible sans aucune modification de structure quarts de réseau d'alimentation grâce à la propriété mentionnée plus haut. En effet, chaque élément rayonnant continue à recevoir la même énergie grâce au fait que le sorties échangées deux à deux fournissent la même énergie (par exemple 515 et 512, ou S8 et 514...) bien que cette énergie soit différente d'une paire à l'autre en fonction de leur éloignement du centre P. Grâce à cette nouvelle disposition du réseau d'alimentation, on obtient une amélioration très nette des performances de l'antenne. En effet, en raison de la rotation de 900 d'un quart de réseau d'alimentation au suivant, les couplages externes vis-à-vis du réseau d'alimentation s'échangent entre plan E et plan H et on obtient ainsi une compensation de ces perturbations, au lieu d'une addition de celles-ci. Les figures 3 et 4 permettent de constater cette amélioration sur le plan du niveau du rayonnement secondaire. En effet, dans le cas d'antennes classiques à balayage électronique, on constate, pour un faisceau principal fortement défléchi, une remontée importante du niveau des lobes secondaires. La figure 3 représente les diagrammes de rayonnement somme, en pointillés pour l'antenne de la figure 1, et en trait plein pour 1' antenne de la figure 2, pour un angle de déflexion du faisceau = 150. On constate une diminution notable du niveau de lobes secondaires dans le cas de l'antenne selon l'invention. La figure 4 représente les diagrammes de rayonnement différence pour le même angle de réflexion. On ne constate aucune modification notable d' une antenne à 1' autre. Si on rapproche les diagrammes des figures 3 et 4, on constate qu'avec l'antenne selon l'invention on évite de manière complètement sùre toute ambigulté sur la courbe d'écartométrie car le diagramme différence reste alors toujours nettement supérieur au diagramme somme, sauf bien entendu dans la direction utile. A titre d'exemple, on a représenté sur les figures 5 et 6 un mode de réalisation d'une structure d'antenne adaptée à lamie en oeuvre de l'invention, la figure 5 est une coupe selon la ligne BB' de la figure 6. Les éléments rayonnants sont des demi-doublets court-circuités plans à la résonance quart d'onde, l'antenne fonctionnant dans la bande Ku. Ils sont réalisés, sur une plaque support 5 métallique jouant le rôle de masse et présentant des sillons parallèles 26, à l'aide de réglettes métalliques 6, 7, 8, 9... fixées par des vis 20 le long des sillons de la plaque support ; chaque demi-doublet DB1, DB2. . . est formé par une languette correspondante prolongeant la réglette au-dessus du sillon associé. Le réseau d'alimentation est réalisé en lignes microrubans sur un substrat 21 dont une face 22 est complètement métallisée, l'autre face portant les conducteurs imprimés 23 des lignes microrubans. Le substrat est appliqué contre la plaque support 5 par sa face métallisée 22 et lui est fixé par brasure. Les connexions entre les sorties du réseau d'alimentation et les dipôles correspondants sont effectuées par passage coaxial. Pour cela, on perce dans le substrat et la plaque support des trous face aux dipôles et on y introduit des tronçons de cible coaxial dont on a enlevé le conducteur extérieur. I1 reste donc le conducteur intérieur 25 (fig. 5), qui est soudé d'une part au demi-doublet DB1, D82... et d'autre part, par son autre extrémité à la sortie S1, S2... de la ligne microruban sur le substrat 21, et l'isolant intérieur du câble 24. On a bien une structure d'antenne où les éléments rayonnants 5, DB1, DB2... sont dissociables du réseau d'alimentation 21, 22, 23. La figure 7 montre partiellement un mode de réalisation possible en lignes microrubans du réseau d'alimentation. La figure représente le dsssin des conducteurs 23 à la surface du substrat 21 pour le déphaseur D1 inséré à la sortie S1 ainsi qu'une partie de l'arbre de distribution DP alimentant le déphaseur D1 ainsi que les déphaseurs voisins identiques D2, D5 et D6 (non représentés). Le déphaseur D1 est un déphaseur à commande numérique tel qu'il est décrit dans la demande de brevet français nO 86 11923 déposée le 21 août 1986 par les demanderesses et intitulé :"Déphaseur élémentaire en ligne microruban et déphaseur à commande numérique en faisant application".Les divers éléments du déphaseur portent les mêmes références que celles utilisées dans la figure 6 de cette demande de brevet à laquelle on peut donc se reporter pour la compréhension de la structure et du fonctionnement de ce déphaseur à trois bits. La sortie 51 est soudée au conducteur intérieur 25 du passage coaxial correspondant vers le dipôle DB1. Les tensions de polarisation V1 à V3 sont appliquées sur des plots reliés par des conducteurs imprimés aux tronçons de ligne appropriés. Comme on le voit, les différentes dérivations du distributeur DP ont des dimensions différentes choisie-s pour obtenir la distribution d'énergie souhaitée. Naturellement, les éléments rayonnants pourraient être réalisés de différentes manières, par exemple sous forme imprimée sur substrat diélectrique, sans changer les principes de l'invention. De même, on pourrait également envisager un réseau d'alimentation en lignes triplaques. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont donc nullement limitatifs de l'invention. - REVENDICATIONS 1 - Antenne réseau carré monopulse à balayage électronique comportant N éléments rayonnants régulièrement disposés dans un plan pour former un réseau carré, et un réseau d'alimentation comportant un distributeur à N sorties et N déphaseurs commandés intercalés respectivement en amont de chacune de ses sorties, réalisé en technique de circuits imprimés, chacune des N sorties alimentant un élément rayonnant associé, ledit réseau d' alimentation étant divisé en quatre quarts identiques, alimentés séparément pour permettre le fonctionnement mono pulse de l'antenne, et étant disposé parallèlement au plan des éléments rayonnants, ladite antenne étant caractérisée en ce que chaque quart (I, II, III, IV) du réseau d' alimentation se déduit du quart adjacent par une rotation, dans le plan du réseau, de 900 autour du centre (P) de 1' anten- ne. 2 - Antenne réseau carré monopulse à balayage électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réseau d'éléments rayonnants (DB1, DB2...) est accolé à la face métallisée (22) formant plan de masse du substrat (21) portant le réseau d'alimentation en lignes microrubans et an ce que chaque sortie (S1 à 516)du réseau d'alimentation est reliée à l'élément rayonnant associé par un passage coaxial (24,25) à travers ledit plan de masse. 3 - Antenne réseau carré monopulse à balayage électronique selon la revendication 2,dans laquelle les éléments rayonnants (DB1, DB2...) sont réalisés sur un support métallique (5) formant plan de masse et à la face arrière duquel est accolé ledit substrat (21) par sa face métallisée (22), caractérisée en ce que chaque passage coaxial reliant une sortie (S1 à S16) à l'élément rayonnant associé (DB1 à DB16) est constitué par un trou à travers ledit substrat (21) et ledit support métallique (5) dans lequel est inséré un câble coaxial (24) dont on a retiré la gaine extérieure et le conducteur extérieur et dont le conducteur intérieur (25) est soudé d'une part à la sortie (51 à S16) en ligne microruban sur le substrat