Brevet FR2646564A1 — publié le 19901102

La présente invention se rapporte à un système d'antenne plate à fentes pour onde en mode TE utilisée pour la communication, la diffusion et analogues. En se référant à la figure 19, des fentes b d'un système d'antenne à fentes conventionnel pour un système radar sont formées dans une plaque latérale du guide d'ondes a. L'onde électromagnétique fournie au guide d'ondes a rayonne des fentes. Le rapport X:Y de la largeur X et de la hauteur Y du guide d'ondes est d'environ 2:i. Dans un guide d'ondes pour une onde en mode TE qui nécessite un gain important, un certain nombre de guides d'onde sont prévus en parallèle. Cependant, dans un tel système d'antenne à fentes, la construction du guide d'ondes est compliquée. Comme l'aire superficielle interne de chaque guide d'ondes augmente, la perte de propagation augmente et son poids augmente également. La présente invention a pour objet de procurer un système d'antenne plate à fentes o un guide d'ondes pour l'onde en mode TE est de construction simple et o le gain de l'antenne augmente. Selon la présente invention, on prévoit un système d'antenne plate à fentes pour onde en mode TE comprenant une paire de plaques métalliques opposées qui sont disposées à un intervalle pour former un espace de guide d'ondes ayant une ouverture d'alimentation en énergie, chacune ayant une fente sensiblement rectangulaire, l'une des plaques métalliques ayant un certain nombre de fentes rayonnant l'énergie qui sont agencées en un certain nombre de rangées longitudinales et latérales, chaque rangée formant un système de travers, un moyen d'alimentation en énergie ou feeder pour former un plan d'onde plane en phase équivalente à l'ouverture d'alimentation en énergie pour que l'énergie fournie par le feeder se propage dans l'espace du guide d'ondes en mode TE et rayonne par les fentes. Dans un aspect de la présente invention, l'antenne comprend de plus des pièces d'espacement qui sont prévues entre les plaques en métal. Une pièce d'espacement peut être prévue dans l'espace du guide d'ondes afin d'occuper la totalité de cet espace. Sous un autre aspect, l'antenne comprend de plus un moyen à ondes lentes qui est disposé dans l'espace du guide d'ondes. La largeur de la plaque métallique peut être comprise entre 10 fois et 80 fois la longueur d'onde de l'onde en mode TE et la longueur de la plaque peut être comprise entre 10 fois et 60 fois cette longueur d'onde. Dans l'antenne de la présente invention, l'onde en mode TE est fournie cans un espace de guide d'ondes qui est formé de deux plaques métalliques. L'onde en mode TE se propage vers l'avant sans changer de mode, tout en excitant les plaques métalliques qui sont perpendicu- laires au champ électrique, et est rayonnée par les fentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure I est une vue en perspective montrant un système d'antenne plate à fentes pour onde en mode TE selon la présente invention; 2646-564 - les figures 2a à 2c sont des illustrations expliquant les modes de propagation des ondes dans le système d'antenne à fentes conventionnel et dans le système d'antenne à fentes de la présente invention; - la figure 3 est une vue en perspective éclatée montrant une antenne plate pour onde en mode TE d'un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 4 est une vue en perspective montrant l'antenne plate assemblée du second mode de réalisation; - la figure 5 est une vue en coupe montrant une modification de l'antenne de la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe en perspective montrant un troisième mode de réalisation; - la figure 7 est une vue en coupe d'une portion d'adaptation prévue dans le troisième mode de réalisation; - les figures 8 et 9 sont des vues avant montrant différents types de moyens d'alimentation en énergie pour un quatrième mode de réalisation; - la figure 10 est une vue en perspective du moyen d'alimentation en énergie; - la figure 11 est une vue en perspective montrant une antenne pourvue du moyen d'alimentation en énergie de la figure 8 ou 9 en tant que première modification du quatrième mode de réalisation; - la figure 12 est une vue en perspective montrant une antenne en tant que seconde modification du quatrième mode de réalisation; - la figure 13 est une illustration expliquant les modes de propagation des ondes dans l'antenne; - les figures 14a et 14b sont des illustrations montrant la directivité de l'antenne; - la figure 15 est une vue en perspective montrant un cinquième mode de réalisation; 2646564. - la figure 16 est une vue en perspective montrant un sixième mode de réalisation; - les figures 17 et 18 montrent des agencements de fentes rayonnant l'énergie électrique de l'antenne, le champ électrique résultant étant indiqué en abscisses et la direction de propagation en ordonnées; -t - la figure 19 est une vue en perspective montrant un système d'antenne à fentes conventionnel. En se référant à la figure 1 qui montre un premier mode de réalisation de la présente invention, un système d'antenne plate à fentes pour une onde en mode TE selon la présente invention comprend un organe formant guide d'ondes rectangulaire G ayant une ouverture 4a d'alimentation en énergie qui est formée à son côté entrée, et un cornet 4 dans le plan-H qui est connecté à l'organe formant guide d'ondes G à l'ouverture 4a. Le cornet a une forme de trompe dans un plan H. L'organe formant guide d'ondes G comprend des plaques métalliques rectangulaires opposées 1 et 2 qui sont disposées à un certain intervalle pour former un espace S du guide d'ondes. Les plaques latérales à fixer aux trois côtés de chacune des plaques 1 et 2 sont omises de la présente invention. Une antenne lenticulaire 5 en diélectrique est prévue à l'ouverture 4a. L'antenne lenticulaire 5 a une portion d'adaptation 8 au côté interne qui a une forme échelonnée d'une longueur d'environ 1Xg/4 comme le montre la figure 7. La plaque métallique i dans le plan H a un certain nombre de fentes la rayonnant l'énergie électrique, qui sont agencées en un certain nombre de rangées longitudinales et latérales. Les fentes la de chaque rangée longitudinale sont formées à des intervalles d'une demi-longueur d'onde X g/2 et à 45 avec l'axe du guide d'ondes. Ainsi, chaque rangée forme un système de travers. Les fentes la sur des rangées adJacentes sont inversées pour former un angle de 90 les unes avec les autres. La largeur X de l'organe formant guide d'ondes est plus importante que la moitié de la longueur d'onde dans l'espace libre. Dans le présent mode de réalisation, la largeur X est supérieure à 10i et la longueur Z est également supérieure à 10 >. Les plages de la largeur X et de la longueur Z pour le mode TE sont grossièrement comprises entre > /2 et 300Xet entre \ et 300>A, respectivement. Pour les antennes de réception d'ondes diffusées par des satellites à domicile et pour un usage commercial dans des stations de diffusion, la largeur X est de préférence comprise entre 10 X et 80oet la 1S longueur Z est de préférence comprise entre 10 et 60O. Dans le premier mode de réalisation de la présente invention, la différence de phase qui se présente dans le cornet 4 dans le plan H est compensé par l'antenne lenticulaire 5 pour former un plan d'ondes plates en phase équivalente à l'ouverture 4a d'alimentation en énergie, qui est comme l'onde plane et produit une énergie P de Poynting. Ainsi, l'onde est appliquée à l'organe formant guide d'onde G et se propage dans l'espace S, maintenant la forme d'une onde. On expliquera ci-dessous la propagation de l'onde. En se référant à la figure 2b qui montre un guide d'ondes conventionnel ayant deux plaques latérales 7 pour former une paroi autour de l'espace S du guide d'ondes, l'onde en mode TE10 se propage vers l'avant par l'inertie de l'onde électromagnétique, sans changer de mode. Dans l'antenne de la présente invention montrée à la figure 2c, o la paroi latérale est évitée, l'onde en mode TE10 se propage vers l'avant, sans changer de mode, de la même manière que dans le guide d'ondes conventionnel tout en excitant les deux plaques supérieure et inférieure en métal 1 et 2 qui sont perpendiculaires au champ électrique. En effet, le champ électromagnétique qui jusqu'à maintenant était considéré comme étant une onde en mode de guide d'ondes peut se propager entre les deux plaques. Par conséquent, la fuite de l'onde utile par les côtés de l'espace du guide d'ondes S telle qu'elle est subie dans l'onde en mode TEM dans un guide d'onde à plaques parallèles montré à la figure 2a ne se produit pas. Sur les figures, E désigne la ligne de force électrique et M désigne la ligne de force magnétique. Les figures 2a, 2b et 2c ne sont que des illustrations schématiques pour expliquer les modes des ondes et chaque guide d'ondes réel est d'une construction extrêmement mince ayant un rapport de sa largeur X à sa hauteur Y d'environ 100:1. Tandis que l'onde en mode TE10 se propage, le courant de surface lb s'écoule en direction de propagation, comme le montre la figure 1, donc l'onde rayonne des fentes la agencées dans une direction coupant le courant de surface lb. Comme la largeur X de l'antenne est importante dans le présent mode de réalisation, la longueur d'onde \g dans l'espace S du guide d'ondes est sensiblement égale à la longueur d'onde X dans l'espace libre. Par ailleurs, les fentes la sont agencées à une distance de X.g/2. En conséquence, le lobe de convertisseur peut être supprimé. Les fentes la sont agencées à une distance X g/2 afin de rayonner une puissance de phase équivalente. Par suite, le faisceau principal devient sensiblement perpendiculaire au plan du rayonnement. Cependant, le basculement du faisceau peut être arbitrairement contr8lé en changeant la distance entre les fentes la. Dans le présent mode de réalisation, comme la largeur X de la plaque 1 (2) est suffisamment plus grande que sa longueur Z, les plaques 1 et 2 peuvent faire corps avec le cornet 4 dans le plan H sans employer aucune pièce d'espacement entre les plaques. Par suite, le poids de l'antenne peut être remarquablement réduit. Cependant, comme le montre la figure 1, un nombre approprié de poteaux d'isolement 16 montrés par les lignes en traits mixtes peut être prévu en des positions appropriées. En se référant aux figures 3 et 4, l'organe formant guide d'ondes G du second mode de réalisation a, comme diélectrique 3 du polyéthylène mousse, qui sert également de pièce d'espacement, qui est interposé entre les plaques en métal 1 et 2. Un certain nombre de fentes la, chacune d'une longueur égale à la moitié de la longueur d'onde, sont latéralement agencées à une distance de la longueur d'onde)g. Une résistance terminale 6 est prévue à l'extrémité terminale de l'organe formant guide d'ondes G opposée au cornet 4 dans le plan H. La différence de phase est compensée par l'antenne lenticulaire 5 pour former une onde plane. Le courant de surface lb s'écoule dans la plaque 1 pour rayonner l'onde par les fentes la. Les fentes la du premier mode de réalisation sont agencées à une distance de ?g afin de rayonner des ondes de phase équivalente. Afin de réduire le lobe du convertisseur, le diélectrique 3 est prévu dans l'espace S de manière que la longueur d'onde X g devienne plus petite que 0,95 > ( g et 0,95>.. Par conséquent, le faisceau principal devient perpendiculaire au plan de rayonnement. La distance des fentes la est changée pour contr8ler le basculement du faisceau. L'énergie résiduelle dans l'organe formant guide d'ondes G est absorbée dans la résistance terminale 6 pour ainsi empêcher l'influence de l'énergie réfléchie. Le reste de la construction et le fonctionnement sont identiques à ceux du premier mode de réalisation. Si le diélectrique 3 n'est pas prévu dans l'organe formant guide d'ondes G ayant des fentes la latéralement agencées comme dans le second mode de réalisation, la longueur d'onde ? g pour déterminer la distance entre les fentes devient sensiblement égale à dans l'espace libre. Afin de réduire le lobt du convertisseur, la plaque inférieure en métal 2 est ondulée pour former un dispositif à ondes lentes comme le montre la figure 5. Alternativement, un rad8me en diélectrique peut être prévu du c8té espace libre de la plaque en métal 1 en tant que dispositif à ondes lentes. Si toute l'énergie est rayonnée par les fentes, la résistance terminale 6 est omise, augmentant ainsi l'efficacité de l'antenne. Comme le montre la figure 4, si le diélectrique de l'antenne lenticulaire 5 et le diélectrique 3 interposé entre les plaques 1 et 2 font corps ou bien que les plaques supérieure et inférieure du cornet 4 dans le plan H font corps avec les plaques en métal 1 et 2 respectivement, cela permet de réduire le prix de fabrication. Dans l'antenne montrée à la figure 6 comme troisième mode de réalisation, l'organe formant guide d'ondes G et superposé sur le cornet 4 dans le plan H pour former une construction compacte. La plaque 2 est plus courte donc l'ouverture 4b du cornet 4 est reliée à l'ouverture 4a de l'organe formant guide d'ondes G pour ainsi former une connexion en forme de U. L'antenne a un réflecteur parabolique C à la connexion en forme de U et la portion échelonnée d'adaptation 8 prévue du c8té alimentation en énergie du diélectrique 3 comme le montre la figure 7. La longueur de la portion d'adaptation est d'environ)Xg/4. Par réflexion de l'onde au moyen du réflecteur parabolique C, la différence de phase est compensée pour former un plan d'onde plane en phase équivalente sans l'antenne lenticulaire. Ainsi, les fentes la peuvent être parallèles. L'impédance caractéristique z3 de la portion d'adaptation 8 est ajustée pour satisfaire à l'équation qui suit. Z3 =V z1 À Z2 o z1 et Z2 sont les impédances caractéristiques du cornet 4 et de l'espace S du guide d'ondes, respectivement. Ainsi, les impédances sont adaptées, ce qui permet d'éviter les réflexions à l'entrée de l'organe formant guide d'ondes G. Le fonctionnnement et l'effet du mode de réalisation sont les mêmes que ceux du second mode de réalisation. Les figures 8 et 9 montrent un moyen d'alimentation en énergie pour un quatrième mode de réalisation de la présente invention. Chaque moyen d'alimentation en énergie est une ligne microbande comprenant un substrat 9b en diélectrique, une bande ramifiée 9 en contact intime avec un côté du substrat 9b et une plaque 10 de mise à la masse (figure 10) qui est prévue de l'autre c8té du substrat. La bande 9 a une extrémité d'alimentation 9a. Comme le montre la figure , la plaque 10 de mise à la masse a un certain nombre de fentes de rayonnement 10a, chacune faisant face à une extrémité d'alimentation 9c de la bande 9. Une plaque de réflecteur 11 est prévue face à la plaque de mise à la masse 10 avec un espace formé de pièces d'espacement (non représentées). La distance h entre la plaque de réflecteur 11 et la plaque 10 de mise à la masse est d'environ %/4 donc l'énergie rayonne des fentes 10a dans une direction prédéterminée. Les figures 11 et 12 montrent des antennes qui sont pourvues du moyen d'alimentation en énergie montré aux figures 8 et 9. Le moyen d'alimentation en énergie ou feeder est attaché à l'antenne afin d'ouvrir les fentes 10a vers l'ouverture 4a de l'organe formant guide d'ondes G. L'antenne de la figure 12 comprend deux _rganes formant guide d'ondes adjacents G. Le moyen d'alimentation en énergie consistant en une paire de lignes microbandes est attaché à la portion centrale de l'antenne, en conséquence. La construction de l'organe formant guide d'ondes G est la même que dans le second mode de réalisation. Ainsi, dans le quatrième mode de réalisation de la présente invention, la distribution de l'énergie en direction latérale peut être unifiée comme le montre la figure 13 pour ainsi augmenter l'efficacité. Dans le mode, l'onde devient une onde plane à une certaine distance. Comme le point zéro du lobe principal est en une position o la phase change et o le lobe latéral est de la même forme, l'énergie principale se propage au moins dans la largeur du point zéro. Par exemple, lorsqu'un premier angle zéro est de 3 , - l'énergie est rayonnée dans l'amplitude de 3 . Si la largeur du faisceau à la demi-énergie est de +1,5 , une plaque en métal 1 (2) ayant un bord latéral s'élargissant vers l'extrémité terminale à un degré de 1,50 peut être prévue. Cependant, comme la distance de propagation est courte, les largeurs de l'ouverture 4a du moyen d'alimentation en énergie 4 et du guide d'ondes ne doivent pas être beaucoup changées. Par ailleurs, afin d'empêcher la fuite des ondes de l'ouverture 4a et de configurer le faisceau, une paire de plaques 12 de guide d'ondes est prévue dans l'organe G à proximité de l'ouverture 4a. Ainsi, les ondes électromagnétiques qui fuient des fentes se propagent linéairement, réduisant ainsi la fuite des c8tés de l'organe formant guide d'ondes G. Les figures 14a et 14b montrent la directivité de l'antenne de la seconde modification du quatrième mode de réalisation de la figure 12. L'énergie fournie par le moyen d'alimentation en énergie est divisée vers la droite et la gauche de l'organe formant guide d'ondes G. Les énergies divisées se propagent symétriquement vers la droite et la gauche. Par conséquent, si la longueur d'onde de l'énergie change, le lobe principal gauche P1 et le lobe principal droit P2 s'incline symétriquement comme le montre la figure 14b. En conséquence, la direction du lobe principal résultant P devient avantageusement perpendiculaire à la surface de l'antenne. Le reste de la construction est identique à celui du second mode de réalisation. La figure 15 montre le cinquième mode de réalisation de la présente invention ayant un moyen d'alimentation en énergie en une ligne microbande. La bande ramifiée 9 est connectée à un certain de poles d'excitation 13 qui sont agencés en direction latérale relativement à l'organe formant guide d'ondes G. Le fonctionnement et l'effet de ce mode de réalisation sont identiques à ceux du quatrième mode de réalisation. Le sixième mode de réalisation montré à la figure 16 a un guide d'ondes rectangulaire latéralement disposé 15 ayant un certain nombre d'ouvertures 14 sur ses deux c8tés. La distribution et la taille des ouvertures 14 sont conçues de manière que l'énergie en phase équivalente fuit à une amplitude égale. Le reste de la construction, du fonctionnement et de l'effet de ce mode de réalisation sont identiques à ceux du cinquième mode de réalisation. Les figures 17 et 18 montrent d'autres agencements des fentes la. Les fentes de la figure 17 sont agencées à une distance de Ag/4. La direction d'une fente est perpendiculaire à celle d'une fente adjacente. Le champ électrique résultant de l'onde rayonnée par une paire de fentes tourne en sens antihoraire et devient une onde polarisée en cercle. Les paires de fentes sont agencées à une distance A g pour la propagation d'une onde en phase équivalente dans chaque rangée. Un autre système d'antenne à fentes montré à la figure 18 rayonne des polarisations linéaires. Les ondes polarisées à gauche et à droite qui sont en opposition de phase sont produites de manière que l'onde résultante ait une polarisation linéaire. On peut comprendre de ce qui précède que la présente invention offre une antenne plate pour une onde en mode TE ayant un organe formant guide d'ondes qui comprend des plaques supérieure et inférieure en métal, les plaques latérales entre les plaques supérieure et inférieure qui étaient considérées comme étant indispensables, étant évitées. L'une des plaques, qui a un certain nombre de fentes pour réguler l'énergie, et les autres plaques sont maintenues à une distance les unes des autres par un moyen fait en un matériau léger de façon que l'énergie sous la forme d'une onde en mode TE se propage efficacement, pour ainsi augmenter le gain de l'antenne. Comme la construction de l'antenne est simplifiée, son prix de fabrication et son poids sont sensiblement réduits. REVENDICATIONS 1. Système d'antenne plate à fentes pour onde en mode TE, caractérisé en ce qu'il comprend: une paire de plaques métalliques opposées (1, 2) qui sont disposées à un certain intervalle pour former un espace de guide d'ondes (S) ayant une ouverture d'alimentation en énergie, chacune étant de forme sensiblement rectangulaire, l'une des plaques métalliques ayant un certain nombre de fentes (la) rayonnant l'énergie qui sont agencées en un certain nombre de rangées longitudinales et latérales, chaque rangée formant un système de travers. un moyen d'alimentation en énergie (9,10). pour former un plan d'onde plate en phase équivalente à l'ouverture d'alimentation en énergie, pour qu'ainsi l'énergie fournie par le moyen d'alimentation en énergie se propage dans l'espace (S) du guide d'ondes en mode TE et soit rayonnée par les fentes. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus des pièces d'espacement (16) qui sont prévues entre les plaques métalliques. 3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une pièce d'espacement (3) prévue entre les plaques métalliques pour occuper la totalité de l'espace du guide d'ondes. 4. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus un moyen à ondes lentes disposé dans l'espace (S) du guide d'ondes. 5. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la largeur de la plaque métallique (1, 2) est comprise entre fois et 80 fois la longueur d'onde de l'onde en mode TE et la longueur de ladite plaque est comprise entre 10 fois et 60 fois la longueur d'onde. 6. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'alimentation comprend une antenne lenticulaire (5). 7. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'alimentation comprend un réflecteur parabolique (C).