Brevet FR2661044A2 — publié le 19911018

FR 2661044 A2 19911018 FR 9004857 A 19900413 La présente invention concerne un certificat d'addition au dispositif de déviation électronique d'un faisceau hyperfréquence décrit au brevet principal. On a décrit dans le brevet principal un dispositif de déviation électronique d'un faisceau hyperfréquence émis par une source rayonnante, caractérisé en ce qu'il comporte un corps en ferrite magnétostrictif disposé dans le trajet du faisceau et soumis à une polarisation magnétique et des moyens de génération d'au moins une onde élastique dans le corps pour créer dans celui-ci un réseau de contraintes engendrant un réseau de phase, afin de dévier le faisceau. Dans ce brevet principal, les moyens de génération de tonde élastique dans le corps sont disposés sur une face latérale du corps par rapport à la face d'entrée du faisceau hyperfréquence dans celuici. On a expliqué que cette onde élastique permet de dévier le faisceau sortant par la face opposée à la face d'entrée du faisceau dans le corps. Cette disposition présente un certain nombre d'inconvénients notamment au niveau de l'encombrement longitudinal dans la direction de rayonnement, cet encombrement étant au moins égal à la longueur L de ferrite traversé. Par ailleurs, cette disposition se prête mal à la réalisation d'un balayage dans deux plans souvent nécessaire par exemple pour des applications dans les radars tridimensionnels. Le but du présent certificat d'addition est de proposer une disposition différente de ces moyens, permettant de résoudre les problèmes mentionnés précédemment. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de déviation électronique d'un faisceau hyperfréquence, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, Il ou 14 et 15 du brevet principal, caractérisé en ce que le corps est intégré dans un guide d'onde et en ce que les moyens de génération de l'onde élastique sont disposés en regard de la face du corps d'entrée du faisceau hyperfréquence dans celui-ci, de manière que l'onde élastique et le faisceau incident se propagent en sens inverse dans le corps, pour dévier ce faisceau dans une direction transversale au corps. Selon un mode de réalisation, on fait varier la fréquence de l'onde élastique pour faire varier la direction du faisceau défléchi dans un plan défini par ladite direction transversale et par la direction du faisceau incident. Selon un autre mode de réalisation, le corps se présente sous la forme d'une plaque entrant dans la constitution d'un guide d'onde plan et on fait varier la direction de l'onde élastique par rapport à la direction du faisceau incident et sa fréquence pour réaliser un balayage du faisceau défléchi dans un cône autour de ladite direction transversale. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la Fig. 2 représente une vue en coupe du dispositif représenté sur la Fig. 1, - la Fig. 3 illustre le mode de fonction nement du dispositif selon l'invention représenté sur les Fig.1 et 2, - la Fig. 4 illustre un autre mode de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention, et - la Fig.5 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention fonctionnant conformément à la Fig.4. Ainsi qu'on peut le voir sur les Fig.1 et 2, un dispositif de déviation électronique d'un faisceau hyperfréquence émis par une source rayonnante 1 comporte un corps 2 en ferrite magnétostrictif disposé dans le trajet du faisceau et soumis à une polarisation magnétique. Ce dispositif comporte également des moyens 3 de génération d'au moins une onde élastique dans le corps pour créer dans celui-ci un réseau de contraintes, engendrant un réseau de phase, afin de dévier le faisceau. Ce corps en ferrite 2 est intégré dans un guide d'onde et les moyens de génération 3 de l'onde élastique sont disposés en regard de la face du corps d'entrée du faisceau hyperfréquence dans celui-ci, de manière que l'onde élastique et le faisceau incident se propagent en sens inverse dans le corps, pour dévier ce faisceau dans une direction transversale au corps. Dans un mode de réalisation on fait varier la fréquence de l'onde élastique pour faire varier la direction du faisceau défléchi dans un plan défini par ladite direction transversale et par la direction du faisceau incident. En effet dans le cas d'un balayage dans un plan, illustré sur la Fig. 3, les directions des vecteurs ki et K représentant respectivement les vecteurs d'onde du faisceau incident et de l'onde élastique, sont opposées entre elles et colinéaires à l'axe du guide d'onde OZ. Le mode élastique se propageant dans le ferrite magnétostrictif crée une perturbation de pas A pour le mode incident. Ce mode incident est un mode à fuite qui s atténue exponentiellement, la perte d'énergie étant due au rayonnement du mode défléchi vers l'extérieur du guide par la face de sortie. L'angle de déflexion e peut s'écrire de la façon suivante Proj./ kd = ki + K l'axe du guide d'onde où kd représente le vecteur d'onde du faisceau défléchi ki le vecteur d'onde du faisceau incident, et K le vecteur d'onde élastique. c'est à dire cos e = i - I Ao Ai A où Ao représente la longueur d'onde hyperfréquence dans le vide, Ai la longueur d'onde hyperfréquence du mode incident, et A la longueur d'onde élastique. En particulier, on a pour la fréquence centrale élastique Fo, Ai = A et e = n/2 et on obtient un balayage autour de cette direction en faisant varier la fréquence élastique F dans une bande AF autour Fo. Bien entendu cette variation de la direction du faisceau défléchi se situe dans un plan défini par ladite direction transversale et par la direction du faisceau incident. Le mode de réalisation représenté sur les Fig. 1 et 2 présente une fréquence de fonctionnement de f = 15 GHz. Le guide d'onde est un guide image com portant une plaque métallique 4 disposée en regard de la face du corps opposée à celle par laquelle sort le faisceau défléchi, cette plaque présentant une épaisseur de 1 mm. Une couche de céramique 5 en Al203, Er = 10 et d'épaisseur 1,5 mm, est disposée entre le corps 2 et la plaque 4. Le corps en ferrite magnétostrictif peut être constitué de NixZn1~x Fe204 avec x = 0,36, d'épaisseur 2,8 mm. Pour cette composition x = 0,36, on a xgyropoMs = 0,66 w où xgyro représente le rapport gyromagnétique, po la perméabilité du vide, Ms l'aimantation à saturation du ferrite, et w la pulsation hyperfréquence. les pertes magnétiques sont donc faibles. Etant donné la largeur du guide image (4 cm) les modes sont très proches de ceux du guide plan illimité et ils seront notés de la même manière le mode incident est le quasi mode TE1 le mode diffracté est le quasi mode TE et le mode élastique et le quasi mode SHo dont la fréquence centrale est Fo = 500 kHz Ce mode élastique est produit par des transducteurs disposés sur la face du corps opposée à la face d'entrée du faisceau incident dans celui-ci, cette face présentant un évasement 6 facilitant la fixation de ceux-ci, une entretoise 7 en ferrite de Ni0,5Zn0,5 Fe O vérifiant la relation egyropO Ms/w~1 étant interposée entre ces moyens de génération et le corps pour absorber l'énergie restante du mode incident. Du côté de la face d'entrée du faisceau incident dans le guide, on colle une couche de résine silicone 8 chargée de céramique avec Er = 10, pour absorber les ondes élastiques sans perturber le mode incident. L'alimentation hyperfréquence du dispositif est réalisée par un guide rectangulaire standard 9, la source rayonnante 10 étant un cornet sectoral dans le plan E et l'adaptation au guide image étant faite par une pièce de céramique 11 de constitution Al203 avec = =10. Le corps en ferrite est polarisé magnétiquement suivant OZ et comporte avantageusement un pont 12 parallèle à cette aimantation pour maintenir l'aimantation à une valeur constante Mo ~ 0,7 Ms. Cette aimantation est réalisée par exemple par l'insertion d'un aimant permanent 13 dans ce pont. Dans ces conditions en faisant varier F dans une bande AF/F = 1/3 autour de Fo on obtient un balayage de 30 de chaque côté de la normale OY, avec une puissance de commande de 3 watts, un temps de commutation de 110 ijs. et des pertes d'insertion de 3dB. On vient de décrire un mode de réalisation de balayage dans un plan mais on peut également prévoir un balayage dans deux plans et dans ce cas le guide d'onde est alors nécessairement un guide d'onde plan. Dans la suite de la description on entend par guide d'onde plan un guide d'onde constitué d'un empilement de couches homogènes toutes parallèles à un même plan P. La description détaillée de ces guides plans peut se trouver dans "Théorie des guides d'onde électromagnétiques" chap. III de C. VASSALLO, Edition EYROLLES, pour les modes hyperfréquences et "Acoustic fields and waves in solids" chap. X de B.A. AULD, édition J. WILEZ AND SONS, pour les modes élastiques. Dans ce cas, le corps en ferrite se présente sous la forme d'une plaque entrant dans la constitution de ce guide d'onde. Pour ce mode de réalisation, l'onde élastique est produite par un réseau de transducteurs alimentés en fréquence et phase variables de façon à réaliser un balayage électronique de- la direction du vecteur d'onde élastique t dans le plan P dans une plage angulaire av autour de la direction de propa gation ki du faisceau incident. Dans cette configuration, dont le fonctionnement est illustré sur la Fig. 4, il a été trouvé que le mode diffracté est rayonné vers l'extérieur par une face du corps dans la direction de coordonnées sphériques e et ç autour de la normale au plan P, ces coordonnées étant données par la relation suivante Proj./p kd = ki + K p c'est à dire Sin Y 2 n - = ----- Sin e cos # A 1 cos Y sin e sin ç Ai A Ao où Y est l'angle que fait le vecteur d'onde K avec la direction du vecteur d'onde ki. Ainsi en faisant varier la fréquence de l'onde élastique dans la bande passante AF autour de Fo correspondant à A= Ai et l'angle Y dans la plage ##, on réalise un balayage dans deux plans d'un seul faisceau défléchi hyperfréquence dans tout le cône de demi-angle au sommet #max. Un calculateur résolvant les équations précédentes pour chaque direction e et cet permet d'appliquer la fréquence et le déphasage correspondants, aux transducteurs mentionnés précédemment. Les autres dispositions de ce dispositif sont les mêmes que celles prévues dans le cas d'un balayage dans un plan décrit précédemment si ce n'est que l'absorbant élastique est collé sur les trois faces latérales de la plaque de ferrite autres que celle sur laquelle sont fixés les transducteurs. Un mode de réalisation de ce dispositif est donné à la Fig. 5 qui est une vue de dessus du dispositif suivant l'axe OZ de la Fig. 4. Le guide d'onde plan est formé de deux plaques de céramique Al203 et Ni 0 36 Zn o 64 Fe204 de même épaisseur et composition 0,36 0,64 que celles décrites précédemment et référencées de façon générale par 14 sur cette figure, disposées sur une plaque métallique 15. Les modes incident et diffracté sont les modes TE1 et TE. Le mode élastique est le mode SHo produit par un réseau de transducteurs 16 composés de barettes polarisées dans une direction parallèle aux électrodes et exitées suivant le mode d15. Ces transducteurs soudés au corps de ferrite sont alimentés par l'intermédiaire de déphaseurs variables 17a à partir d'une source 17b. On dispose sur les trois autres côtés de ce corps en ferrite, un organe d'absorption élastique 18 en résine de silicone chargée, de constante diélectrique Er = 10. L'adaptation du mode incident au niveau de la face d'entrée du corps est faite entre un cornet 19 sectoral dans le plan E corrigé par une lentille 20 et le guide d'onde plan par la portion d'absorbant correspondante 18 décrite précédemment. Par ailleurs, un pont magnétique constitué de manière identique à celle décrite-précédemment est également disposé sous ce corps et maintient la polarisation magnétique le long de l'axe OY à une valeur Mo = 0,7Ms comme cela sera décrit plus en détail par la suite. Dans ces conditions, avec une bande passante AF/F = 1/3 et un balayage de 10. de la direction du vecteur d'onde K de chaque côté de l'axe OY on obtient un balayage dans deux plans dans tout le cône de demiangle au sommet emax = 30, avec une puissance de commande de 20 watts. Ce dispositif dont le prix de revient peut être rendu très bas en utilisant des transducteurs interdigités réalisés par photogravure, a de très nombreuses applications potentielles en plus de celles déjà mentionnées dans le brevet principal. Ainsi par exemple on peut l'embarquer sur tout mobile pour maintenir une communication avec un point fixe par exemple un satellite, malgré le mouvement rapide et désordonné de ce mobile qui peut être constitué par exemple par un véhicule terrestre. Dans ce cas, et dans la mesure où ce dispositif est plat il peut être disposé sur le toit du véhicule sans difficulté. On a mentionné précédemment que la polarisation magnétique doit présenter certaines caractéristiques. En effet, cette polarisation magnétique Mo doit vérifier la relation 0,3 Ms S Mo S 0,9Ms où Ms représente l'aimantation à saturation du ferrite vérifiant la relation Ms REVENDICATIONS 1. Dispositif de déviation électronique d'un faisceau hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, Il ou 14 et 15 du brevet principal, caractérisé en ce que le corps est intégré dans un guide d'onde et en ce que les moyens (3;16) de génération de l'onde élastique sont disposés en regard de la face du corps d'entrée du faisceau hyperfréquence dans celui-ci, de manière que l'onde élastique et le faisceau incident se propagent en sens inverse dans le corps, pour dévier ce faisceau dans une direction transversale au corps. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait varier la fréquence (F) de l'onde acoustique pour faire varier la direction du faisceau défléchi dans un plan défini par ladite direction transversale et par la direction du faisceau incident. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (14) se présente sous la forme d'une plaque entrant dans la constitution d'un guide d'onde plan et en ce que l'on fait varier la direction de l'onde élastique par rapport à la direction du faisceau incident et sa fréquence (F) pour réaliser un balayage de plan du faisceau défléchi dans un cône autour de ladite direction transversale. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la polarisation magnétique Mo vérifie la relation 0,3Ms ( Mo S 0,9 Ms, où Ms représente l'aimantation à saturation du ferrite vérifiant la relation Ms où w est la pulsation de l'onde hyperfréquence, xgyro est le rapport gyromagnétique, et po la perméabilité du vide. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un pont magnétique (12) parallèle à la direction de l'aimantation est formé entre les faces correspondantes du corps pour fermer le circuit magnétique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un aimant permanent (13) est intégré dans le pont (12). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un organe d'absorption du reste de l'énergie incidente est interposé entre les transducteurs (3; 16) et le corps en ferrite (2; 14). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un organe (8;18) d'absorption élastique est interposé entre la source hyperfréquence et le corps en ferrite.