Brevet FR2655203A1 — publié le 19910531

La présente invention concerne des structures à utiliser dans des champs électromagnétiques et en particulièrement des structures présentant des configurations de diffusion réglables lorsqu'elles sont excitées par des champs électromagnétiques incidents. Lorsqu'un objet est placé dans le trajet d'une onde électromagnétique, il est excité par l'onde incidente et rayonne en retour l'énergie qu'il absorbe à partir de l'onde incidente Les caractéristiques de l'énergie rayonnée en retour sa polarisation et sa répartition dans l'espace sont déterminées à la fois par la nature de l'onde incidente et par les propriétés électriques de l'obstacle diffusant. Pour certaines applications, il est nécessaire de réduire la perturbation provoquée par l'onde incidente aux niveaux minimaux praticables, afin que la présence de l'obstacle diffusant ne puisse être détectée par des variations de l'uniformité de l'onde incidente. Le comportement d'un rayonnement provenant d'obstacles diffuseurs a été largement étudié et il est bien connu La diffusion est la plus grande lorsqu'un organe conducteur linéaire est placé de façon que son axe longitudinal soit parallèle à la direction de polarisation de l'onde incidente Des procédés pour réduire la diffusion ont compris le recouvrement des obstacles par des matières absorbant les ondes de haute fréquence, ou radiofréquence (ou RF) mais, tout en réduisant l'énergie rayonnée en retour ou diffusée, ce procédé perturbe aussi l'uniformité de l'onde incidente. Selon la présente invention, on fournit une structure comprenant au moins deux éléments conducteurs dans chacun desquels passe un courant d'excitation lorsque la structure est éclairée par un champ magnétique incident, caractérisée en ce que les éléments conducteurs sont séparés par une distance prédéterminée, et en ce que les caractéristiques d'impédance de chaque élément conducteur produisent un déphasage prédéterminé du courant d'excitation par rapport à la phase du champ électromagnétique incident, le déphasage prédéterminé dans chacun des éléments conducteurs et la distance les séparant étant propres à réduire l'énergie rayonnée par les éléments conducteurs dans une direction choisie au préalable. En alignant avec la direction de l'onde incidente la direction de 1 'énergie réduire rayonnée en retour, la perturbation provoquée sur l'onde incidente peut être sensiblement minimisée. Les éléments conducteurs peuvent être une paire de conducteurs sensiblement parallèles montés dans une structure de support appropriée La structure de support peut être allongée, et être, en particulier, un tube allongé en matière non conductrice à l'intérieur duquel sont montés les éléments conducteurs Selon une modalité, ce tube peut être d'une section transversale sensiblement constante et les éléments conducteurs qui y sont montés peuvent être espacés entre eux par une distance sensiblement constante L'un des éléments présente de préférence des caractéristiques d'impédance essentiellement inductive pour introduire un retard de phase dans le courant excité L'autre élément présente de préférence des caractéristiques d'impédance essentiellement capacitive pour introduire une avance de phase Par un choix soigneux des caractéristiques d'impédance, la diffusion provoquée par la structure de support peut être réglée en plus de celle provoquée par les éléments conducteurs. De préférence, au moins l'un des éléments conducteurs est un conducteur continu qui permet à la structure d'agir aussi en trajet de signal pour transporter des signaux dont la fréquence caractéristique est inférieure à celle du champ incident L'élément conducteur possédant une impédance fortement inductive peut être une bobine de câble coaxial De telles structure peuvent de façon appropriée être utilisées dans la fabrication d'éléments d'antennes ou de structures d'alimentation dans lesquels les propriétés de diffusion sont réglées pour en minimiser l'effet sur les configurations de rayonnement d' autres éléments d' antenne adjacents, par exemple. On va maintenant décrire un mode de réalisation préféré de la présente invention, à titre d'exemple seulement, et en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique de la configuration de diffusion d'un conducteur idéal; la figure 2 représente une paire de conducteurs espacés éclairés par un champ électromagnétique incident; la figure 3 est un diagramme schématique de la structure de diffusion de la présente invention; la figure 4 représente une configuration de chacun des éléments de la structure de diffusion de la figure 3; la figure 5 représente le diagramme de rayonnement d'une antenne possédant une directivité modeste; la figure 6 représente le diagramme de rayonnement de la même antenne lorsque le champ rayonné rencontre un obstacle diffusant; et la figure 7 représente le diagramme de rayonnement de la même antenne lorsque le champ rayonné rencontre la structure diffusante de la présente invention. Le principe de base de la diffusion est représenté à la figure 1 Un conducteur sensiblement parfait 10, s 'étendant perpendiculairement au plan de la figure, est éclairé par un champ électromagnétique incident I Le champ incident I comprend une onde plane se déplaçant dans la direction indiquée par la flèche 12, sa ligne de champ électrique (vecteur E) étant parallèle à l'axe du conducteur L'éclairage par le champ incident I excite le conducteur 10 qui rayonne en retour ou diffuse l'énergie dans un plan orthogonal à son axe Le conducteur 10 agit comme source isotrope, en rayonnant de l'énergie d'intensité égale dans toutes les directions dans le plan, y compris la direction du champ incident I Là o le vecteur E n'est pas parallèle au conducteur 10, la configuration de répartition d'énergie rayonnée varie, mais il y aura toujours une composante dans la direction du champ incident I. Les figures 5 et 6 représentent les diagrammes de rayonnement (tracés sous forme d'intensité de champ relative R par rapport à l'angle de champ a) pour une antenne possédant une directivité modeste A la figure 5, il n'y a pas d'obstacle éclairé par le champ rayonné par l'antenne, et le diagramme de rayonnement 14 est une courbe uniforme La figure 6 illustre la perturbation du diagramme de rayonnement 16 résultant d'un obstacle diffusant (comme le conducteur 10 de la figure 1) dans le trajet du champ rayonné L'énergie rayonnée en retour dans toutes les directions par l'obstacle perturbe le diagramme de rayonnement et indique la présence d'un obstacle dans le champ rayonné. La figure 2 représente un double obstacle comprenant une paire parallèle de conducteurs 18, 20 espacés par une distance x agencés comme dans la figure 1 et éclairés eux aussi par un champ incident I Le courant excité dans les deux conducteurs 18, 20 diffère en phase d'une quantité ( 4 CO) déterminée par leur espacement le long de l'axe de propagation de l'onde incidente Le champ rayonné en retour provenant de la paire de conducteurs 18, 20 sera caractéristique des deux éléments écartés une distance x et portant des courants égaux, avec une séparation de phase donnée c DO Quel que soit l'espacement x, la répartition de l'énergie diffusée présente un pic dans la direction avant (la direction de l'onde incidente I) par suite de l'éclairage par une onde qui se déplace. Le fonctionnement de la structure à basse diffusion de la présente invention est représenté généralement à la figure 3 La structure prend la forme d'un double obstacle comme à la figure 2 Le premier obstacle 22 est choisi pour présenter une impédance qui est fortement inductive, de sorte que le courant qui y est excité possède une phase qui est en retard par rapport à celle de l'onde incidente I d'un premier angle Y' Le deuxième obstacle 24 comporte une impédance fortement capacitive, et donc la phase du courant d'excitation précédera la phase de l'onde incidente I d'un deuxième angle Z O En choisissant les valeurs d'impédance des deux conducteurs 22, 24, la répartition d'énergie rayonnée peut être réglée pour être réduite à un minimum dans la direction avant, ou dans toute autre direction souhaitée Le diagramme de rayonnement provenant de l'éclairage de la structure de la figure 3 est représentée à la figure 7 Comme on peut le voir, la minimisation de l'énergie rayonnée en retour dans la direction de l'onde incidente réduit fortement la perturbation du diagramme de rayonnement 30. Une forme appropriée pour chacun des deux conducteurs 22, 24 est représentée à la figure 4 Le conducteur inductif 22 prend la forme d'une bobine en hélice ou d'une ligne en méandres dans laquelle le conducteur décrit une série de méandres bidimensionnels, zigzags ou dents 26 d'un profil choisi quelconque Le conducteur capacitif 24 comprend une série de courts segments conducteurs 28 dont la longueur, l'espacement et la disposition relative sont choisis pour fournir les couplages capacitifs nécessaires entre les segments 28 En utilisation, les conducteurs 22, 24 seraient positionnés dans des plans parallèles séparés par une distance prédéterminée x. Pour augmenter la solidité mécanique de l'élément inductif, plusieurs conducteurs séparés, espacés latéralement, peuvent être utilisés, associés chacun à son élément capacitif correspondant L'élément capacitif 24 est réalisé simplement en utilisant des techniques établies de circuits imprimés Dans la fabrication d'une structure selon la présente invention, un tube rectangulaire formé de plastique armé de verre contient les éléments inductifs et capacitifs La ligne inductive est formée sur une face intérieure du tube et l'élément capacitif sur la face intérieure opposée du tube En optimisant les paramètres des éléments diffuseurs inductif et capacitif, la diffusion provoquée par le tube peut également être compensée. Dans une variante de structure, l'élément inductif 22 peut être formée d'une longueur de câble coaxial formé en une bobine Le câble coaxial peut être utilisé pour porter des signaux en radiofréquence ou autres. Il est particulièrement souhaitable que l'un des deux conducteurs (l'élément inductif 22) soit d'une forme conique Ceci permet à la structure d'être utilisée pour fabriquer des éléments d'antenne et des structures d'alimentation, fonctionnant typiquement à des fréquences beaucoup plus faibles que celle du champ éclairé Des structures conformes à la présente invention peuvent donc être placées en face d'une deuxième antenne et auront un effet négligeable sur le diagramme de rayonnement de champ lointain de la deuxième antenne. Les dispositifs dont la structure est conforme à la présente invention ne sont pas limités à des structures d'antennes mais pourraient comprendre des supports et un câblage pour un autre équipement technique De telles structures combinent résistance mécanique et trajet conducteur à faible diffusion. REVENDICATIONS 1 Structure comprenant au moins deux éléments conducteurs ( 22, 24) dans chacun desquels passe un courant d'excitation lorsque la structure est éclairée par un champ magnétique incident (I), caractérisée en ce que les éléments conducteurs ( 22, 24) sont séparés par une distance prédéterminée (x), et en ce que les caractéristiques d' impédance de chaque élément conducteur produisent un déphasage prédéterminé (Y , Z 0) du courant d'excitation par rapport à la phase du champ électromagnétique incident, le déphasage prédéterminé dans chacun des éléments conducteurs ( 22, 24) et la distance les séparant étant propres à réduire l'énergie rayonnée par les éléments conducteurs dans une direction choisie au préalable. 2 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la direction choisie au préalable, dans laquelle l'énergie rayonnée est minimisée, est alignée avec la direction du champ électromagnétique incident ( 1) qui excite les éléments conducteurs. 3 Structure selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une structure de support allongée sur laquelle sont montés les éléments conducteurs ( 22, 24). 4 Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que la structure de support est un tube allongé en matière non conductrice à l'intérieur duquel sont montés les éléments conducteurs ( 22, 24). Structure selon la revendication 4, caractérisée en ce que le tube de matière non conductrice est d'une section transversale sensiblement constante et les éléments conducteurs ( 22, 24) qui y sont montés sont espacés entre eux par une distance (x) sensiblement constante. 6 Structure selon une revendication précédente quelconque, caractérisée en ce que l'un des éléments conducteurs ( 24) présente une impédance fortement capacitive. 7 Structure selon une revendication précédente quelconque, caractérisée en ce que l'un des éléments conducteurs ( 22) présente une impédance fortement inductive. 8 Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'élément conducteur ( 22) présentant une impédance fortement inductive est un conducteur continu portant des signaux à une fréquence sensiblement inférieure à celle du champ électromagnétique incident (M). 9 Structure selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément conducteur ( 22) présentant une impédance fortement inductive est une bobine de câble coaxial.