Brevet FR2647269A1 — publié le 19901123

La présente invention se rapporte à un système d'antenne à fentes formé d'un guide d'ondes rectangulaire à utiliser dans la communication, la diffusion et autres domaines ou zones de la technologie en rapport ou similaires. Un système d'antenne à fentes comprend un certain nombre de fentes formées dans une portion plate du guide d'ondes rectangulaire. Les figures 21a et 21b montrent le mode de propagation des ondes dans le guide d'ondes rectangulaire. Le mode de propagation des ondes dans le guide d'ondes rectangulaire est un mode dominant (onde TE1o ou TEo1) dont l'atténuation est la plus petite dans les coordonnées orthogonales utilisées. Si la fréquence de coupure est désignée par fc, la vitesse de la lumière par c et la longueur du côté long du guide d'ondes par a, le guide d'ondes est utilisé dans la plage des fréquences entre fc = c/2a et fc (20) = c/a o l'atténuation d'un autre mode d'ordre supérieur se produit. En conséquence, la longueur a du côté long du guide d'ondes est comprise entre: a = X /(1,06,1,3 r1,56) o est la longueur d'onde à l'air libre. Les fentes du système d'antenne conventionnel à fentes montré à la figure 22 sont formées dans une portion plate du guide d'ondes ci-dessus décrit. Comme le montre la figure 22 la direction du courant s'inverse à chaque demi-longueur d'onde ' g/2(t g est la longueur d'onde dans le guide d'ondes) et la direction de l'inclinaison de chaque fente est en conséquence opposée par rapport à chaque fente adjacente. Ainsi, toutes les composantes suivant Z du champ électrique résultant de l'onde rayonnée par chaque fente sont orientées dans une direction et les composantes suivant Y sont en phase opposée pour être décalées. Par suite, la polarisation linéaire est rayonnée par les fentes. La largeur du faisceau dans le plan x-y est comprise entre 16 et 20 et dans le plan x- z elle est comprise entre 1 et 2 ce qui est proportionnel au nombre de fentes et par conséquent étroit. Comme la largeur du faisceau dans le plan horizontal est étroite et que la largeur du faisceau dans le plan vertical est large, le gain de l'antenne à fentes ci-dessus décrite est petit. En conséquence, l'antenne est impropre à une utilisation en tant qu'antenne pour la communication, la diffusion et analogue, bien qu'elle soit utile dans un système de radar. La présente invention a pour objet de procurer un système d'antenne à fentes utile comme antenne pour la communication et la diffusion, qui soit de construction simple et de poids léger. La présente invention a pour autre objet de procurer un système d'antenne à fentes qui puisse simultanément rayonner deux types.de polarisations linéaires perpendiculaires l'un à l'autre. Selon la présente invention, on prévoit un système d'antenne à fentes ayant un guide d'ondes rectangulaire formé par des plaques métalliques rectangulaires opposées et des plaques latérales métalliques qui sont fixées aux côtés de chaque plaque pour former un espace de guide d'ondes rectangulaire ayant une forme rectangulaire en section et pour former une ouverture d'alimentation en énergie, un moyen d'alimentation en énergie relié au guide d'ondes rectangulaire à l'ouverture d'alimentation en énergie, le guide d'ondes rectangulaire ayant un certain nombre de fentes, de rayonnement de l'onde formées dans l'une des plaques métalliques rectangulaires agencées en direction latérale et longitudinale, la hauteur de la plaque latérale étant au moins égale à la moitié de la longueur d'onde dans l'espace du guide d'ondes. Le moyen d'alimentation en énergie est agencé de manière que les deux énergies fournies soient changées en deux ondes planes à l'ouverture d'alimentation en énergie de deux modes dominants indépendants, qui se coupent perpendiculairement parallèlement à la direction de la largeur et la direction de la hauteur de l'ouverture d'alimentation en énergie, respectivement, et les fentes comprennent des fentes longitudinales agencées en direction longitudinale du guide d'ondes et des fentes latérales agencées en direction latérale du guide d'ondes afin de rayonner les deux polarisations linéaires indépendantes, respectivement. Sous un aspect de l'invention, le guide d'ondes rectangulaire a un moyen à onde lente. L'antenne à fentes peut comprendre un certain nombre de guides d'ondess rectangulaires reliés les uns aux autres. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci 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 1 est une vue en perspective montrant un système d'antenne à fentes selon la présente invention; - les figures 2a et 2b sont des vues en coupe du guide d'ondes pour montrer la direction de polarisation; - les figures 3a et 3b montrent des agencements de fentes rayonnant l'énergie de l'antenne, la indiquant la direction du champ électrique de la fente la (14 GHz) et-lb indiquant la direction du champ électrique de la fente lb (12 GHz); - la figure 4 est un graphique montrant la distribution de densité d'énergie dans l'espace de l'antenne, le côté alimentation en énergie étant indiqué au point A, le côté résistance terminale au point B et la densité d'énergie étant indiquée en ordonnées; les figures 5a et 5b sont des illustrations montrant des schémas directifs du rayonnement de l'antenne; - la figure 6 est une vue en perspective montrant un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 7 est un graphique montrant la distribution de densité d'énergie du second mode de réalisation; -'la figure 8 est une vue en perspective montrant un troisième mode de réalisation; - la figure 9 est une vue en perspective montrant un quatrième mode de réalisation; - les figures 10a et lOb sont des vues en perspective montrant des guides d'ondess en cornet de l'antenne pour expliquer la production du mode supérieur; - les figures 11 et 12 sont des vues en perspectives montrant les premières modifications du premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 13 est une vue en plan montrant une seconde modification; - la figure 14 est une vue en plan montrant une troisième modification; - la figure 15 est une vue en plan montrant une quatrième modification; - la figure 16 est une vue en plan montrant une cinquième modifivation; - la figure 17 est une vue en perspective montrant une sixième modification; - la figure 18 est une vue en perspective montrant un cinquième mode de réalisation; - les figures 19a et 19b sont des illustrations montrant à la directivité de l'antenne du cinquième mode de réalisation; - la figure 20 est une vue en perspective montrant un sixième mode de réalisation; - les figures 21a et 21b sont des illustrations montrant la propagation des ondes dans une antenne conventionnelle; et - la figure 22 est une vue 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 à fentes selon la présente invention comprend un guide d'ondes rectangulaire G ayant une ouverture 4 d'alimentation en énergie qui est formée à son côté entrée, et un guide d'ondes 5 en cornet qui est relié au guide d'ondes rectangulaire G à l'ouverture d'alimentation en énergie 4. Le guide d'ondes rectangulaire G comprend deux plaques métalliques rectangulaires opposées 1 et 2, et des plaques latérales en métal 3 qui sont fixées aux trois côtés de chaque plaque 1 et 2, qui ne sont pas associés à l'ouverture d'alimentation en énergie 4, afin de former un espace de guide d'ondes rectangulaire S ayant une forme rectangulaire en section. La largeur W du guide d'ondes rectangulaire est au moins égale à trois fois la longueur d'onde de g (30\g) dans l'espace S et la longueur Le est d'au moins 10og. La hauteur d est au moins égale à la moitié de la longueur d'onde x\g ( g/2). La plaque métallique 1 a un certain nombre de fentes la et lb de rayonnement de l'énergie qui sont agencées en directions longitudinale et latérale. Chaque fente la est dirigée dans la direction longitudinale et chaque fente lb est dirigée dans la direction latérale. A l'intérieur de la plaque 3 côté extrême du guide d'ondes rectangulaire G est prévue une résistance terminale 7. Le guide d'ondes 5 en cornet a une forme de cornet et contient une antenne lenticulaire 6. L'antenne lenticulaire 6 peut être faite en plaques diélectriques ou métalliques ou en une plaque métallique ondulée. Dans le guide d'ondes en cornet 5, deux types d'énergies sont fournis, l'une étant l'énergie du mode dominant TE01 de la bande de 14GHz et la direction du champ électrique est latérale (c'est-à-dire la direction de largeur W), et l'autre est l'énergie du mode dominant TE10 de la bande de 12 GHz et la direction du champ électrique est verticale (c'est-à-dire la direction de la hauteur d). Chaque énergie se propage dans le guide d'ondes en cornet 5 avec les fronts de phase qui sont coaxiaux avec une origine idéale 0. Les énergies sont converties en modes dominants TE10 et TEo1, respectivement, lors de leur passage à travers l'antenne lenticulaire 6 dont chacune est sensiblement une onde plane. Ainsi, l'énergie est fournie au guide d'ondes rectangulaire G sous la forme de l'onde plane. Le champ électrique de l'énergie de la bande à 14 GHz est montré à la figure 2a et le champ électrique de l'énergie de la bande à 12 GHz est montré à la figure 2b. Ainsi, chaque énergie se propage dans le guide d'ondes G à un mode dominant indépendant. L'énergie de la bande à 14 GHz (champ électrique en direction de W) excite les fentes longitudinales la et l'énergie de phase équivalente rayonne des fentes la. Par ailleurs, l'énergie à 12 GHz (champ électrique en direction d) excite les fentes latérales lb et l'énergie en phase équivalente rayonne des fentes lb. L'énergie résiduelle dans le guide d'ondes rectangulaire G est absorbée dans la résistance terminale 7, pour empêcher ainsi l'influence de l'énergie réfléchie. Si le guide d'ondes G est conçu de manière que l'énergie fournie par le guide d'ondes en cornet 5 soit épuisée par le rayonnement des fentes la et lb, la résistance terminale 7 est inutile. Les figures 3a et 3b montrent des agencements des fentes la et lb. Les fentes la sont agencées à une distance Pa de>.g' (longueur d'onde dans le guide d'ondes à 14GHz) et les fentes lb sont agencées à une distance Pb de\g (longueur d'onde dans le guide d'ondes à 12GHz). Ainsi, des polarisations linéaires qui sont indépendantes et se coupent perpendiculairement sont rayonnées par les fentes la et lb comme le montrent les figures 3a et 3b. Comme les entailles des fentes la et lb sont agencées dans des directions longitudinale et latérale, la directivité de l'antenne et son gain sont améliorés. L'antenne est utile pour antenne de communication, avec 12 GHz sont pour la réception de l'onde et 14 GHz pour la transmission de l'onde. Par ailleurs, l'antenne peut également être utile pour un récepteur de diffusion de satellites et un récepteur de télécommunication par satellite, les deux à la bande de 12 GHz. La figure 4 montre une distribution de densité d'énergie dans l'espace S du guide d'ondes G selon le premier mode de réalisation. La densité d'énergie est réduite lorsque l'on passe vers la résistance terminale 7 à cause du rayonnement de l'énergie des fentes la et lb. En conséquence, la distribution d'énergie est irrégulière donc le gain de l'antenne est réduit. Le seconde mode de réalisation montré à la figure 6 est prévu afin de rayonner uniformément l'énergie. La hauteur d de l'espace S du guide d'ondes rectangulaire se réduit tandis que l'on passe vers la résistance terminale 7 le long d'une ligne droite ou d'une courbe. Ainsi, l'énergie est sensiblement uniformément distribuée comme le montre la figure 7, augmentant ainsi le gain de l'antenne. Cependant, dans une telle antenne, la hauteur d doit être d>>\g'/2 afin de ne pas interrompre l'énergie dans l'espace S. De plus, la longueur d'onde Ag' dans l'espace S change également avec la hauteur d ( ëkg' =- '/V(1 (\'/2d)2), o ô' est la longueur d'onde dans l'espace libre à 14 GHz5,En conséquence, il est nécessaire de concevoir la distance Pa entre les fentes la selon le changement de longueur d'onde ?g' D'autres modes de fonctionnement et avantages par rapport à ceux couverts ou noté dans la description ci-dessus sont les mêmes que ceux du premier mode de réalisation. La figure 8 montre le troisième mode de réalisation de la présente invention. La largeur W se réduit tandis que l'on avance vers la résistance terminale le long d'une ligne droite ou le long d'une courbe, pour ainsi former une distribution sensiblement uniforme de l'énergie rayonnée. Cependant, comme la longueur d'onde g à 12 GHz change avec la largeur W, il es inutile de changer la distance des fentes Pb comme pour le second mode de réalisation. Comme la hauteur d ne peut être fortement accrue, la longueur d'onde >X9' dans l'espace S devient grande en comparaison avec la longueur d'onde X' dans l'espace libre, donc la distance P entre fentes devient importante. Comme la largeur W est supérieure à 5 ?g, la longueur d'onde \g devient égale à la longueur d'onde ce qui provoque des lobes de frottement. La figure 9 montre le quatième mode de réalisation. Dans l'espace S, un moyen à onde lente 8, tel qu'un diélectrique, est prévu. La constance de phase de l'énergie qui se propage dans l'espace S du guide d'ondes rectangulaire G peut être controlée en changeant l'épaisseur ou la position du moyen à onde lente 8 pour réduire les longueurs d'onde g et ?Ag' dans l'espace. Un diélectrique ayant une épaisseur t d/2 est prévu dans l'espace S, en une position intermédiaire. Ainsi, il est possible d'augmenter la densité des fentes pour augmenter l'efficacité de l'antenne. Le reste de ce mode de réalisation ainsi que ses avantages sont identiques à ceux du premier mode de réalisation. La figure lOa montre le guide d'ondes en cornet en tant que moyen d'alimentation en énergie pour les antennes ci-dessus décrites. L'angle d'ouverture 9 du guide d'ondes en cornet est plus petit que 30 afin de produire l'onde en mode dominant. Si, la longueur L est plus courte, l'angle d'ouverture t augmente. Quand l'angle d'ouverture dépasse 30 , un mode supérieur se produit comme le montre la figure lob, provoquant un désordre des phases. La première modification montrée aux figures 11 et 12 a un guide d'ondes en cornet qui empêche le un désordre des phases. Le guide d'ondes en cornet a deux guides parallèles 5'. Les autres parties de l'antenne sont identiques à celles du premier mode de réalisation. Par une telle construction, l'angle d'ouverture de chaque guide d'ondes 5' est réduit donc l'énergie fournie dans le guide d'ondes en cornet 5' devient une onde plane virtuelle. Ainsi, l'antenne lenticulaire 6 peut être omise et on peut empêcher le mode supérieur. Si l'antenne lenticulaire 6 est utilisée dans chaque guide d'ondes en cornet 5' pour aplatir le front de phase, la longueur de chaque guide d'ondes en cornet 5' est encore réduite. Les seconde à quatrième modifications peuvent être utilisées pour le guide d'ondes en cornet du second mode de réalisation, ce qui permet d'en obtenir les avantages. En se référant aux figures 13 à 16 qui montrent les seconde à cinquième modifications de la présente invention, l'antenne de la seconde modification a un reflecteur décalé 9, les antennes de troisième et quatrième modifications ont un réflecteur de cassegrain 10 et des réflecteurs Gregoriens 11, respectivement, et l'antenne de la cinquième modification a un réflecteur parabolique 12. Le moyen formant guide d'ondes de fourniture d'énergie est prévu sur chaque réflecteur. Ces modifications fonctionnent sensiblement de la même façon que le premier mode de réalisation. Les second et quatrième modes de réalisation peuvent également s'appliquer aux antennes des seconde à cinquième modifications donc les opérations et avantages dues aux modifications respectives peuvent être obtenus. En se référant à la figure 17 qui montre la sixième modification, un guide d'ondess 15 ayant des ouvertures d'alimentation 14a sur une plaque métallique est attaché au guide d'ondess rectangulaire G en tant que moyen d'alimentation en énergie. L'ouverture 14a est une fente dont la longueur est égale à la moitié de la longueur d'onde. D'autres caractéristiques de structure sont les mêmes que celles du premier mode de réalisation. L'énergie se propage des ouvertures 14a à l'espace S sous la forme d'une onde plane. La forme de l'ouverture 14a peut être ronde ou rectangulaire. En changeant le diamètre de l'ouverture ronde, ou en changeant les longueurs des côtés longs et des côtés courts de l'ouverture rectangulaire ou en changeant l'inclinaison et la position de l'ouverture rectangulaire, la distribution du champ électromagnétique dans l'espace S du guide d'ondess rectangulaire peut être ajustée. Par ailleurs, la distribution de l'énergie rayonnée peut être équilibrée. Le restant du fonctionnement et les avantages sont les mêmes que pour le premier mode de réalisation. Les second à quatrième modes de réalisation peuvent également être connectés au moyen d'alimentation en énergie avec le guide d'ondess ayant des ouvertures donc les fonctionnements et avantages sont identiques à ceux des modes de réalisation respectifs. En se référant à La figure 18, qui montre le cinquième mode de réalisation de la présente invention, l'antenne comprend deux guides d'ondess rectangulaires adjacents G. Chaque guide d'ondes rectangulaire G comprend des plaques métalliques rectangulaires opposées 1 et 2, et des plaques latérales en métal 3 qui sont fixées aux trois c8tés de chaque plaque pour former un espace de guide d'ondess rectangulaire S. La largeur W de la plaque métallique 1 est supérieure à 3xg et la hauteur d de la plaque latérale est supérieure à \g/2. La plaque métallique i a un certain nombre de fentes la et lb, rayonnant l'énergie, qui sont agencées en directions longitudinale et latérale. Des ouvertures 4 et 4' d'alimentation en énergie sont formées du c8té entrée des espaces de deux guides d'ondes G respectivement. Les deux guides d'ondess sont connectés l'un à l'autre, formant un espace entre eux. Le guide d'ondes en cornet 5 est connecté perpendiculairement au-dessous de l'antenne afin de communiquer avec l'espace entre les ouvertures 4 d'alimentation en énergie. Un organe d'adaptation 13, tel qu'un organe réflecteur, est prévu dans l'espace entre les ouvertures 4 et 4'. Le guide d'ondes en cornet 5 contient une antenne lenticulaire 6. L'antenne lenticulaire 6 peut être faite en plaques diélectriques ou métalliques ou bien en une plaque métallique ondulée. La résistance terminale 7 peut être prévue si cela est nécessaire. En se référant à la figure 5a qui montre la direction de rayonnement dans le premier mode de réalisation, si la longueur?.g (?g') dans l'espace S du guide d'ondes rectangulaire est plus courte que la distance établie Pb (Pa) entre les fentes lb, la phase de l'énergie rayonnée par la fente lb est en avance sur la phase de l'énergie rayonnée par la fente lb' de Pb ?g (Pa - \g). En conséquence, le lobe principal P s'incline vers r comme le montre la figure 5b. Quand la longueur g est plus longue que la distance Pb, le lobe principal P s'incline vers. Les figures 19a à l9b montrent la directivité de l'antenne du cinquième mode de réalisation montré à la figure 18. L'énergie fournie par le moyen d'alimentation en énergie 5 est divisée par l'organe d'adaptation 13 et est tournée de 90 vers les espaces droit et gauche S du guide d'ondes rectangulaire G. Les énergies divisées se propagent symétriquement dans les espaces droit et gauche S. Par conséquent, si la longueur d'onde de l'énergie change, le lobe principal gauche P1 et le lobe principal droit P2 s'inclinent symétriquement, comme le montre la figure l9b. En conséquence, la direction du lobe principal résultant P devient avantageusement perpendiculaire à la surface de l'antenne. D'autres constructions sont les mêmes que le premier mode de réalisation. Le moyen d'alimentation en énergie de ce mode de réalisation peut être sélectivement utilisé pour l'antenne des second à quatrième modes de réalisation. Par ailleurs, le moyen d'alimentation en énergie de ce mode de réalisation peut être substitué à celui des première à sixième modifications. En se référant à la figure 20 qui montre le sixième mode' de réalisation de la présente invention, le guide d'ondes rectangulaire G comprend deux guides d'ondess rectangulaires adjacents et deux guides d'ondess en cornet 5 qui sont prévus au-dessous du guide d'ondes rectangulaire G. La largeur W de la plaque métallique 1 est supérieure à 3>g et la hauteur d de la plaque latérale 3 est supérieure à Ég/2. La plaque métallique 1 a un certain nombre de fentes la et lb rayonnant l'énergie qui sont agencées en directions longituinale et latérale. Le guide d'ondes rectangulaire G a des ouvertures d'alimentation en énergie 4 à ses deux extrémités et la résistance terminale 7 a une portion centrale. Les guides d'ondess en cornet 5 sont prévus parallèlement et symétriquement au guide d'ondes rectangulaire afin de communiquer avec les ouvertures 4 d'alimentation en énergie. Dans les deux extrémités du guide d'ondes rectangulaire G, sont prévus des organes d'adaptation 13 en tant que moyens réflecteurs pour réfléchir l'énergie fournie aux espaces S. L'antenne lenticulaire 6 en diélectrique est prévue dans chaque guide d'ondes en *2647269 cornet 5. Ainsi, on peut obtenir sensiblement les mêmes opérations et les mêmes avantages que dans les premier et cinquième modes de réalisation. Les guides d'ondes rectangulaires des second à quatrième modes de réalisation peuvent être substitués au guide d'ondes de ce mode de réalisation. Par ailleurs, le moyen d'alimentation de ce mode de réalisation peut être substitué à celui des premier à sixième modes de réalisation. De ce qui précède, on comprendra que l'antenne de la présente invention offre les avantages suivants: 1. Deux sortes d'énergies à deux bandes de fréquences sont fournies à l'espace dans les guides d'ondes rectangulaires en deux modes indépendants et elles peuvent être rayonnées des fentes sous la forme de polarisations linéaires qui se coupent perpendiculairement. 2. La constance de phase de l'énergie propagée dans l'espace du guide d'ondes rectangulaire peut être contrôlée par un dispositif à onde lente pour réduire la longueur d'onde dans l'espace. Ainsi, il est possible d'augmenter la densité des fentes pour augmenter l'efficacité de l'antenne. 3. Comme un certain nombre de systèmes d'antenne à fentes sont connectés, le mouvement de la direction du lobe principal, dû au changement de fréquence de l'énergie fournie, peut être empêché. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Système d'antenne à fentes, du type ayant un guide d'ondes rectangulaire formé par des plaques métalliques rectangulaires opposées et des plaques latérales métallique fixées aux côtés de chaque plaque pour former un espace de guide d'ondes rectangulaire ayant une forme rectangulaire en section et pour former une ouverture d'alimentation en énergie, un moyen d'alimentation en énergie relié au guide d'ondes rectangualire à l'ouverture d'alimentation en énergie, le guide d'ondes rectangulaire ayant un certain nombre de fentes de rayonnement d'onde qui sont formées dans l'une des plaques métalliques rectangulaires agencées en directions longitudinale et latérale, la hauteur de ladite plaque latérale étant au moins égale à la moitié de la longueur d'onde dans ledit espace du guide d'ondes, caractérisé en ce que, ledit moyen d'alimentation en énergie (5) est agencé de manière que deux énergies fournies soient changées en deux ondes planes à ladite ouverture d'alimentation en énergie de deux modes dominants indépendants, qui se coupent perpendiculairement, parallèlement avec la direction en largeur et la direction en hauteur de ladite ouverture d'alimentation en énergie (4); lesdites fentes comprennent des fentes longitudinale (la) agencées en direction longitudinale du guide d'ondes et des fentes latérales (lb) agencées en direction latérale du guide d'ondes afin de rayonner lesdites deux polarisations linéaires indépendantes, respectivement. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide d'ondes rectangulaire (G) a un moyen à onde lente. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le guide d'ondes rectangulaire (G) comprend un certain nombre de guides d'ondes rectangulaires qui sont reliés les uns aux autres.