Brevet FR2661562A1 — publié le 19911031

L'invention concerne une antenne Cassegrain, et elle concerne en particulier, mais non exclusivement, une antenne Cassegrain opérant dans les radiofréquences, en particulier dans la bande allant de 1 G Hz à 100 G Hz. Une antenne Cassegrain connue, illustrée sché- matiquement sur la figure 1, comprend un cornet d'alimentation au sommet d'un réflecteur parabolique principal 2 Le rayonnement provenant du cornet d'alimentation 1 est réfléchi au niveau d'un réflecteur auxiliaire hyperbolique 3 pour retourner vers le réflecteur principal, pour former un faisceau de sortie 4 essentiellement parallèle Un problème associé à ce type d'antenne réside en ce que le réflecteur auxiliaire peut constituer un obstacle substantiel vis-à-vis du faisceau réfléchi, créant en pratique une "ombre" 5 au centre de l'ouverture de l'antenne Cette "ombre" provoque à la fois une réduction du gain réalisable et un accroissement des niveaux des lobes latéraux. Dans le cas d'un cornet d'alimentation produisant un rayonnement polarisé horizontalement, l'effet de formation d'ombre précité a été atténué en prévoyant le réflecteur auxiliaire sous forme d'un treillis, constitué de fils horizontaux, qui laisse passer le rayonnement polarisé verticalement mais qui réfléchit le rayonnement polarisé hori-zontalement En outre, le réflecteur principal est pourvu d'un réflecteur dit torsadé qui effectue une rotation, sur e, du plan de polarisation du rayonnement incident Le rayonnement à polarisation horizontale provenant du cornet d'alimentation est réfléchi au niveau du réflecteur auxiliaire et est à nouveau réfléchi, avec un changement d'orientation de 900, au niveau du réflecteur principal De cette manière, le rayonnement à polarisation horizontale est transformé en un rayonnement à polarisation verticale, qui traverse le réflecteur auxiliaire sans réflexion Une disposition de ce type s'avère malcommode en ce que le fonctionnement de l'antenne est confiné à un plan de polarisation particulier. Un objet de la présente invention est de proposer une antenne Cassegrain qui au minimum atténue les problèmes précités. Ainsi il est proposé une antenne Cassegrain pour émettre et/ou recevoir un rayonnement, l'antenne comprenant un réflecteur principal courbe, une alimentation d'antenne au niveau ou à proximité du sommet du réflecteur principal, un réflecteur auxiliaire faisant face à l'alimentation d'antenne et au réflecteur principal, le réflecteur auxiliaire transmettant partiellement le rayonnement indépendamment de la polarisation de celui-ci, et un dispositif à lentille capable de collimater le rayonnement transmis à travers le réflecteur auxiliaire afin de provoquer l'alignement de phase du rayonnement traversant le réflecteur auxiliaire avec le rayonnement réfléchi au niveau du réflecteur principal. Le réflecteur auxiliaire, qui transmet partiellement le rayonnement, constitue un obstacle atténué et atténue donc de façon significative l'effet de "formation d'ombre" qui est une caractéristique indésirable des antennes Cassegrain connues jusqu'à présent. De préférence, le réflecteur principal est parabolique et le réflecteur auxiliaire est hyperbolique, et le réflecteur auxiliaire peut comporter une couche à transmission partielle sur une surface du dispositif à lentille Cette couche peut être constituée d'un revêtement métallique pourvu d'une répartition de trous et, afin d'empêcher la diffraction du rayonnement incident, l'espacement des trous doit être inférieur à t/2, o A est-la longueur d'onde du rayonnement. Dans une autre forme de réalisation, le réflecteur auxiliaire est constitué par une plaque métallique incorporant une structure de guide d'ondes La structure de guide d'ondes peut comporter un réseau de trous formés dans la plaque, la transmissivité de la structure dépendant de la profondeur et des dimensions transversales des trous. Dans une autre forme de réalisation, le réflecteur auxiliaire est construit en utilisant un film métallique très mince qui peut être formé sur une surface de la lentille, qui peut être de profil hyperbolique, l'épaisseur du film étant choisie de manière à ce qu'il présente les propriétés désirées de réflexion et de transmission. Dans une autre forme de réalisation encore de l'invention, le réflecteur auxiliaire comprend une plaque ou revêtement hyperbolique comportant au sommet une ouverture unique qui définit en pratique une source secondaire de rayonnement. Le dispositif à lentille peut comprendre une lentille de collimation, réalisée en un matériau diélectrique approprié, et peut être une lentille plan/convexe et, en plus de la lentille de collimation, il peut être prévu des moyens pour effectuer un décalage de phase; par exemple, une couche de matériau diélectrique appliquée sur la surface plane de la lentille. On observera qu'une antenne Cassegrain conforme à la présente invention satisfait au principe de réciprocité et peut être utilisée pour émettre et/ou recevoir un rayonnement. Dans la perspective d'une mise en pratique aisée de l'invention, on va maintenant décrire des formes de réalisation particulières de celle-ci, à titre d'exemple seulement et en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente une antenne Cassegrain connue, la figure 2 représente une antenne Cassegrain conforme à la présente invention, la figure 3 est une vue partielle d'une structure de guide d'ondes utilisée comme déphaseur, la figure 4 représente une autre forme de réalisation d'une antenne Cassegrain conforme à la présente invention, et les figures 5 a et 5 b montrent les répartitions de gain d'antenne respectivement obtenues avec une antenne Cassegrain conventionnelle et une antenne Cassegrain conforme à la présente invention. En référence maintenant à la figure 2 des dessins, l'antenne Cassegrain 10 comprend un réflecteur principal 11, parabolique, typiquement réalisé en métal (par exemple aluminium ou cuivre), un' cornet d'alimentation 12 au sommet du réflecteur principal et un réflecteur auxiliaire hyperbolique 13 placé face au réflecteur principal et au cornet d'alimentation. Dans cette forme de réalisation, l'antenne opère en mode émetteur, le cornet d'alimentation 12 constituant une source de rayonnement radiofréquence et, comme l'illustre le rayon FABC donné à titre d'exemple, le rayonnement provenant du cornet d'alimentation est réfléchi au niveau du réflecteur auxiliaire pour retourner vers le réflecteur principal, o le rayonnement est à nouveau réfléchi pour produire un faisceau sortant parallèle. Par opposition aux antennes Cassegrain conventionnelles, et selon la présente invention, le réflecteur auxiliaire 13 est capable de transmettre partiellement le rayonnement radiofréquence arrivant sur lui et, comme l'illustre à titre d'exemple le rayon FAD, le faisceau divergent qui traverse le réflecteur auxiliaire est collimaté par une lentille diélectrique plan/convexe 14 Du fait qu'il est à transmission partielle, le réflecteur auxiliaire constitue un obstacle réduit vis-à- vis du rayonnement incident, ce qui atténue de façon significative l'effet de formation d'ombre précité, qui est une caractéristique indésirable des antennes Cassegrain connues jusqu'à présent. On observera sur la figure 2 que la longueur du trajet du ravon réfléchi FABC est supérieure à celle du trajet du rayon transmis FAD Cela étant, dans de nombreux cas, il est possible de choisir une géométrie et un matériau de lentille tels que la différence de phase résultante soit un multiple de 2 n, les phases étant en alignement substantiel sur toute l'étendue du front du faiceau au niveau de l'ouverture d'antenne (représentée sur la figure 2 par la ligne en tiretés passant par C et D) Si nécessaire, un alignement de phase peut être réalisé au moyen d'une couche 15 d'un matériau diélectrique approprié, qui introduit un déphasage additionnel En variante, la couche 15 peut être constituée par un réseau de guides d'ondes W sensiblement en forme de boîtes, dont une vue partielle est représentée en figure 3. Chaque guide d'ondes en forme de boite est carré en section transversale et comporte des côtés (a) dont la longueur est comprise entre ' et -À /2, et une épaisseur de paroi (s) qui est très inférieure à >, A étant la longueur d'onde du rayonnement radiofréquence Cette disposition est avantageuse en ce qu'elle remplit son rôle sur une bande de fréquences relativement large. Afin de réaliser effectivement la collimation, l'excentricité (e) du réflecteur auxiliaire 13 doit être adaptée à la constante diélectrique (ú) du matériau de la lentille et, de préférence, l'excentricité doit être déterminée de manière à être adaptée à l'un, choisi, parmi un certain nombre de matériaux diélectriques de haute qualité disponibles dans le commerce Typiquement, on utilise une constante diélectrique d'environ 2,5. 2 Dans un cas représentatif, le réflecteur auxiliaire 13 a un coefficient de réflexion P d'environ 0,95, et de façon idéale P doit être proportionné à l'excentricité (e) du réflecteur auxiliaire On peut démontrer que la valeur optimale de optimales de V pour trois excentricités différentes. TABLEAU 1 ? e 0,92 5 0,95 3 0,97 2 Dans un exemple de la présente invention, le réflecteur auxiliaire 13 consiste en un revêtement d'un matériau à transmission partielle approprié (par exemple du cuivre) qui est déposé sur la surface convexe de la lentille de collimation 14 En variante, un revêtement métallique présentant un motif de trous, formés par gravure, peut être utilisé et, afin d'empêcher la diffraction du rayonnement incident, la répartition des trous est telle que leur espacement mutuel est inférieur à '/2. Dans un autre exemple, le réflecteur auxiliaire peut consister en une plaque métallique incorporant une structure de guide d'ondes, analogue à celle qui est représentée sur la figure 3 Dans le cas présent, chaque guide d'ondes comprend un trou respectif formé dans la plaque, le coefficient de réflexion V de la plaque dépendant à la fois de la profondeur et de la dimension transversale des trous Ici encore, l'espacement entre les trous doit être inférieur à À/2. Dans un autre exemple de l'invention, représenté sur la figure A, 1 e réflecteur auxiliaire comprend une plaque de métal 13 comportant au sommet un trou unique 16 Ce trou constitue en pratique une source secondaire de rayonnement, et la taille du trou détermine la proportion de rayonnement incident qui peut traverser la plaque. La figure 5 a illustre la répartition du champ G sur l'étendue de l'ouverture d'une antenne Cassegrain conventionnelle, et montre l'effet d'obstruction dans l'ouverture, à savoir la formation d'une région d'ombre centrale S et de lobes de diffraction proéminents Par opposition, la figure 5 b montre la répartition de champ obtenue avec une antenne conforme à la présente invention, et démontre que les problèmes associés à l'obstruction d'ouverture ont été significativement atténués C'est ainsi que la répartition obtenue avec la présente invention est proche de la répartition théorique, évaluée en utilisant un modèle qui suppose qu'il n'y a pas d'obstruction d'ouverture. Il n'est pas nécessaire que le réflecteur auxiliaire ait une fore hyperbolique Il est connu que le gain d'une antenne Cassegrain conventionnelle peut être accru en augmentant la courbure du réflecteur auxiliaire, pour donner une répartition plus uniforme sur l'étendue de l'ouverture. La présente invention se prête également à cette forme modifiée d'antenne Cassegrain; cependant, la lentille de collimation et la couche de décalage de phase (lorsque requise) doivent alors être éloignées du réflecteur auxiliaire. Les formes de réalisation particulières décrites ci- dessus concernent toutes des antennes opérant en mode émetteur, le cornet d'alimentation constituant une source de rayonnement radiofréquence On comprendra cependant qu'une antenne selon la présente invention peut opérer en mode émetteur et/ou en mode récepteur. La présente invention, qui offre un gain d'antenne accru et des niveaux de lobes latéraux plus faibles, trouve une application particulière, quoique non exclusive, dans les applications de radars chercheurs, o le diamètre des missiles ou des munitions impose de sévères contraintes quant à l'ouverture d'antenne. REVENDICATIONS 1 Antenne Cassegrain pour émettre et/ou recevoir un rayonnement, l'antenne comprenant un réflecteur principal courbe ( 10), une alimentation d'antenne ( 12) au niveau ou à proximité du sommet du réflecteur principal, et un réflecteur auxiliaire ( 13) faisant face à l'alimentation d'antenne et au réflecteur principal, caractérisée en ce que le réflecteur auxiliaire ( 13) transmet partiellement le rayonnement indépendamment de la polarisation de celui-ci, et caractérisée par un dispositif à lentille ( 14) capable de collimater le rayonnement transmis à travers le réflecteur auxiliaire afin de provoquer l'alignement de phase du rayonnement traversant le réflecteur auxiliaire avec le rayonnement réfléchi au niveau du réflecteur principal. 2 Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réflecteur principal ( 11) a un profil parabolique. 3 Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le réflecteur auxiliaire ( 13) comprend une couche d'un matériau métallique à tranmission partielle. 4 Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche à transmission partielle ( 13) comprend un revêtement dans lequel est formée une répartition de trous. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les trous sont mutuellement espacés au sein de la répartition d'une distance qui est inférieure à la moitié de la longueur d'onde du rayonnement. 6 Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche à transmission partielle ( 13) comprend un film relativement mince de matériau métallique, ayant une épaisseur choisie de manière à assurer une transmission partielle du rayonnement. 7 Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le réflecteur auxiliaire ( 13) comprend une plaque métallique incorporant une structure de guide d'ondes. 8 Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que la structure de guide d'ondes comprend un réseau de trous formés dans la plaque métallique. 9 Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le réflecteur auxiliaire ( 13) comprend une plaque ou revêtement métallique de forme courbe comportant une ouverture unique ( 16) prévue à son sommet, l'ouverture définissant une source secondaire de rayonnement. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le réflecteur auxiliaire ( 13) est supporté par une surface du dispositif à lentille ( 14). 11 Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le réflecteur auxiliaire ( 13) est de profil hyperbolique et en ce que le dispositif à lentille ( 14) comprend un matériau diélectrique ayant une constante diélectrique déterminée en fonction de l'excentricité du profil hyperbolique. 12 Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif à lentille ( 14) comprend une lentille plan/convexe. 13 Antenne selon la revendication 12, caractérisée en ce que sur la surface plane de la lentille plan/convexe ( 14) est prévue une couche de matériau diélectrique ( 15). 14 Antenne selon la revendication 13, caractérisée en ce que la couche de matériau diélectrique ( 15) comprend un réseau de guides d'ondes de section transversale sensiblement carrée et ayant une largeur comprise dans l'intervalle allant de} à X/2 et une épaisseur de paroi sensiblement inférieure à X, \ étant la longueur d'onde du rayonnement.