Brevet FR2675637A1 — publié le 19921023

La présente invention concerne une transition ligne microru- ban/guide d'ondes, notamment entre une antenne du type antenne plaque à lignes microruban et un guide d'ondes ou une cavité résonnante. On connaît des transitions entre des dispositifs à lignes microruban et des guides d'ondes et on citera, à titre d'exemple, les documents de brevet DE-A-2 421 795, DE-A-3 033 674 et EP-A-94 478. Dans ce dernier document, une ligne microruban pénètre latérale- ment dans le guide d'ondes et parallèlement à sa paroi d'extrémité par un canal prévu dans sa paroi latérale La position de ce canal dans la paroi latérale est telle que la ligne microruban à l'intérieur du guide d'ondes joue le rôle d'une sonde qui excite les principaux modes de propagation du guide d'ondes. Le document de brevet DE-A-2 421 795 décrit une transition dont l'élément d'excitation du guide d'ondes est une antenne L'alimenta- tion de cette antenne se fait par une ligne qui entre là aussi latéralement dans le guide d'ondes. Dans le document DE-A-3 033 674, la transition prévue est pourvue, à l'intérieur d'un cavité résonnante, d'une boucle de relativement faible dimension par rapport au quart de la longueur de l'onde guidée dans le guide d'ondes L'alimentation de cette boucle peut se faire par un passage prévu dans la paroi d'extrémité du guide d'ondes. Ces transitions posent un problème de montage lorsqu'on veut les utiliser pour relier une antenne plaque à lignes microruban à une cavité résonnante ou à un guide d'ondes En effet, le guide d'ondes ou la cavité ne peut se placer que sur un bord de ladite antenne plaque afin qu'une ligne microruban puisse pénétrer entrer latéralement dans le guide d'ondes Il s'ensuit des problèmes de fixation du guide d'ondes sur la plaque de l'antenne. Le but de l'invention est de prévoir une transition telle que celles qui viennent d'être décrites mais qui n'en présentent pas les inconvénients. Un autre but de l'invention est de prévoir une transition qui soit d'une technologie relativement simple à mettre en oeuvre. Ces buts sont atteints avec une transition caractérisée en ce que une paroi d'extrémité d'un guide d'ondes ou d'une cavité à section rectangulaire, se trouve dans un plan parallèle au plan contenant les éléments rayonnants de l'antenne et leurs lignes d'alimentation, ladite transition comprenant un conducteur dont une première extrémité est en contact galvanique avec le point d'alimentation principal de l'antenne et qui traverse le substrat de l'antenne dans le sens de son épaisseur et débouche dans le guide d'ondes ou la cavité, par un trou dans la paroi d'extrémité dudit guide d'ondes ou de ladite cavité, la seconde extrémité dudit conducteur étant en contact galvanique avec une paroi latérale interne large du guide d'ondes, sensiblement au milieu transversalement de celle-ci et à une distance de ladite paroi d'extrémité égale à environ un quart de la longueur de l'onde guidée dans ledit guide d'ondes ou ladite cavité, le plan contenant ledit conducteur étant sensiblement perpendiculaire à la paroi latérale large dudit guide d'ondes ou cavité. Selon une première variante de réalisation caractéristique de l'invention, le substrat de l'antenne est recouvert sur sa face arrière d'une couche d'un matériau métallique formant, d'une part, un plan de masse pour ladite antenne et, d'autre part, la paroi d'extrémité dudit guide d'ondes ou de ladite cavité, le conducteur de la transition traversant ladite couche par un trou percé dans ladite couche et débouchant à l'intérieur du guide d'ondes ou de la cavité, le diamètre dudit trou et le diamètre dudit conducteur étant tels qu'ils réalisent une liaison coaxiale dont l'impédance caractéristique est prédéterminée. Selon une seconde variante de réalisation caractéristique de l'invention, le substrat de l'antenne est monté sur une semelle dont les deux faces sont respectivement recouvertes de deux couches métalliques, le conducteur traversant ladite semelle par un trou, la première couche métallique en contact avec le substrat de l'antenne formant le plan de masse de ladite antenne et la seconde couche métallique formant la paroi d'extrémité du guide d'ondes ou de la cavité. Selon une autre caractéristique de l'invention, le trou dans la semelle a sa paroi métallisée et est rempli d'un matériau diélectri- que, le diamètre du conducteur et le diamètre du trou dans la semelle étant tels que la liaison dans ladite semelle est du type coaxial dont l'impédance caractéristique est prédéterminée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le conducteur débouche dans le guide d'ondes sensiblement au centre de la paroi d'extrémité dudit guide d'ondes ou de ladite cavité. Selon une autre caractéristique de l'invention, le conducteur débouche dans ledit guide d'ondes ou cavité en un point décalé, par rapport au centre de la paroi d'extrémité, vers la paroi latérale interne du guide d'ondes ou de la cavité qui est opposée à celle qui reçoit la seconde extrémité du conducteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le guide d'ondes ou la cavité sont constitués d'une embase métallique pourvue d'un évidement qui la traverse de part en part et qui est de même section que celle du reste du guide d'ondes ou de la cavité, sa hauteur étant d'environ un quart de la longueur de l'onde guidée dans le guide d'ondes ou dans la cavité, la seconde extrémité dudit conducteur étant pincée entre ladite embase et ledit guide d'ondes ou cavité. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig 1 est une vue en prespective d'une antenne, d'un guide d'ondes et d'une transition selon l'invention, chaque élément étant dissociés les uns des autres mais en position relative prêts à leur montage, la Fig 2 est une vue en coupe selon le plan médian II/II de la Fig 1 d'une transition selon la présente invention, la Fig 3 est une variante de réalisation de la transition représentée à la Fig 2, La Fig 4 est une courbe de la caractéristique du coefficient de réflexion d'une transition selon l'invention en fonction de sa fréquence de fonctionnement, et la Fig 5 est une variante de réalisation de l'invention. A la Fig 1, on voit une antenne plaque 1 comprenant, sur la face supérieure d'un substrat 2, des éléments rayonnants 3 et leurs lignes d'alimentation 4 du type ligne microruban Elle est, par exemple, fabriquée par la technique du circuit imprimé Le substrat 2 peut être, par exemple, constitué dans un matériau du type polypropylène. L'antenne 1 est alimentée en un point A situé sur une ligne d'alimentation 5. On voit également une semelle 6 destinée à recevoir, sur sa surface supérieure, l'antenne 1 Elle est, par exemple, en verre époxyde et a ses deux faces qui sont respectivement recouvertes de couches métalliques 7 et 8 portées au potentiel de la masse La couche 7 de la face supérieure de la semelle 6 constitue un plan de masse pour l'antenne 1 lorsque celle-ci est montée sur la semelle 2 Dans l'alignement du point d'alimentation A de l'antenne 1, la semelle 6 est pourvue d'un trou cylindrique 9 dont la paroi interne est également métallisée. En contact avec la couche 8 sur la face inférieure de la semelle 6, est prévue une embase 10 constituée d'un bloc métallique parallélépipèdique pourvu, aux centres de ses deux surfaces horizonta- les, d'un évidement 11 également parallélépipèdique et le traversant de part en part L'embase 10 est montée sur la semelle 6 de manière que le trou 9 débouche dans le volume engendré par l'évidement 11 de l'embase 10 L'embase 10 est destinée à recevoir un guide d'ondes ou une cavité de résonnance 12 et elle en constitue une partie Le volume interne du guide d'ondes ou de la cavité 12 est de même section que celui de l'évidement 11, c'est-à-dire rectangulaire La face 12 ' du guide d'ondes ou de la cavité 12 qui se trouve dans le plan de Fig 2 est une face latérale de faible largeur comparée aux faces 12 " perpendiculaires à elles et qui sont des faces latérales larges du guide d'ondes. Par la suite, on employera le mot "guide d'ondes" pour désigner indifféremment un guide d'ondes ou une cavité résonnante. A la Fig 2, on a représenté en coupe les différents éléments montrés à la Fig 1 On y voit ainsi l'antenne avec son substrat 2 et une ligne d'alimentation 4, la semelle 6 avec ses couches métalliques supérieure 7 et inférieure 8 et son trou métallisé 9 ainsi que l'embase 10 et une partie du guide d'ondes 12. La transition ligne microruban/guide d'ondes de la présente invention est réalisée par un conducteur métallique 13 qui a une extrémité en contact galvanique avec la ligne d'alimentation 4 de l'antenne 1 au point A montré à la Fig 1 et la seconde extrémité à l'intérieur du guide d'ondes 12, comme on le verra par la suite Il traverse d'abord, dans le sens de son épaisseur, le substrat 2 de l'antenne 1 puis, dans le même sens en passant par le trou 9, la semelle 6 Le trou 9 contient un matériau diélectrique de même nature que le matériau constituant le substrat 2. Notons que le remplissage du trou 9 dans la semelle 6 peut être obtenu par pressage d'une couche de polypropylène sur la semelle 6, ladite couche servant ensuite de substrat 2 pour l'antenne. Le diamètre du trou 9 de la semelle 6 et le diamètre du conducteur 13 sont tels que la liaison entre l'antenne et le guide d'ondes est du type coaxial dont l'impédance caractéristique est prédéterminée Cette impédance est, par exemple, de 50 Ohms Ceci permet d'éviter que la transition antenne/guide d'ondes perturbe le fonctionnement de l'antenne sous la forme de rayonnements parasites provenant de diffractions au point A de l'alimentation de l'antenne. Le conducteur 13 débouche ensuite dans le volume engendré par l'évidement 11 de l'embase 10 La partie de la couche métallique 8 qui se trouve à l'intérieur de l'évidement 11 de l'embase 10 constitue une paroi d'extrémité 14 du guide d'ondes formé par l'embase 10 et le guide 12 lui-même Le conducteur 13 débouche donc, à l'intérieur de ce guide d'ondes, par la paroi 14, sensiblement au centre de celle-ci. La seconde extrémité du conducteur 13 est en contact galvanique avec le corps de l'embase 10 sensiblement au milieu de l'arête latérale inférieure large 15 formée par l'évidement 11 Elle est pincée entre l'embase 10 et le guide d'ondes 12 Le point de contact du conducteur 13 avec l'embase 10 est à environ >' /4 de la couche 8 g constituant la paroi d'extrémité 14 du guide d'ondes, 7 " étant la longueur de l'onde guidée dans le guide d'ondes 12 En pratique, l'épaisseur de l'embase 10 est sensiblement égale à r 4. /g On remarquera que l'extrémité du conducteur 13 est en contact galvanique avec une face latérale large 12 " du guide d'ondes 12 et que le plan qui le contient est perpendiculaire à cette face 12 ". Le conducteur 13 se trouve en biais dans le volume intérieur engendré par l'évidement Il de l'embase 10 Avantageusement, il présente une forme d'arc de cercle avec la convexité tournée vers l'intérieur du guide d'ondes 12 Il pourrait également comporter un coude à 900. Une vis 16 de réglage de la fréquence d'accord du guide d'ondes 12 est prévue sensiblement au centre de la paroi latérale 17 de l'évidement 11 qui est opposée à celle qui reçoit le conducteur 13. Selon une variante de réalisation de l'invention montrée à la Fig 3, le conducteur 13 débouche dans le volume engendré par l'évidement 11 de l'embase 10 légèrement décalé, dans le plan médian de l'embase 10, vers la paroi latérale 17 de l'évidement 11 qui est opposée à celle qui reçoit l'extrémité du conducteur 13. On a réalisé une transition telle que celle qui vient d'être décrite en relation avec la Fig 2 pour un fonctionnement à une fréquence de l'ordre de 24 G Hz La hauteur de l'embase 10 est de 4 mm, la largeur de l'évidement 11 de l'embase 10 correspondant à la largeur du guide d'ondes 12 et à la distance entre la paroi 17 et la paroi qui reçoit l'extrémité du conducteur 13 est de 4,3 mm, le diamètre du conducteur 13 est de 0,65 mm et le diamètre du trou 9 dans la semelle 6 est de 2,3 mm. La Fig 4 montre la courbe du coefficient de réflexion exprimé en décibels en fonction de la fréquence de fonctionnement obtenue avec une antenne 1 équipée d'une telle transition L'appareil de mesure est branché à la place du guide d'ondes 12. La bande passante à -3 d B est très étroite et est comprise entre 23,4 G Hz et 24,8 G Hz, avec un minimum du coefficient de réflexion à 24,25 G Hz La bande passante est de l'ordre de 5 % de la fréquence de fonctionnement. Un ajustement de la fréquence de fonctionnement peut être réalisé avec la vis 16. Une variante de réalisation d'une transition selon l'invention est représentée à la Fig 5 Le substrat 2 de l'antenne 1 a sa face inférieure qui est recouverte d'une couche métallique 8 ' qui, d'une part, forme le plan de masse de l'antenne 1 et, d'autre part, la paroi d'extrémité 14 ' du guide d'ondes 12 et de son embase 10 L'embase 10 est directement montée en contact galvanique avec la couche 8 ' Le conducteur 13 constituant la transition traverse le substrat 2 dans le sens de son épaisseur et débouche, par un trou 9 ' percé dans la couche 8 ', dans le volume engendré par l'évidement 11 de l'embase 10 Avec les parois du trou 9 ' dans la couche 8,', le conducteur 14 forme une liaison de type coaxial d'épaisseur très faible dont l'impédance caractéristique est prédéterminée. L'extrémité du conducteur 13 est montée sur l'embase 10 de la même manière que dans les variantes précédentes. Le fonctionnement de cette transition est sensiblement le même que les transitions montrées précédemment. Dans la présente description, on a décrit une embase 10 sur laquelle vient se monter un guide d'ondes ou une cavité résonnante 12. On comprendra qu'on pourrait directement utiliser un guide d'ondes ou une cavité avec des moyens appropriés pour mettre l'extrémité du conducteur 13 en contact galvanique avec la paroi latérale de ce guide d'ondes 12 à une distance de l'ordre de A g/4 de la paroi d'extrémité 14 ' de ce guide ou de cette cavité 12. REVENDICATIONS 1) Transition ligne microruban/guide d'ondes, notamment entre une antenne ( 1) du type antenne plaque à éléments rayonnants ( 3) et lignes d'alimentation ( 4) imprimées sur une face d'un substrat ( 2) et un guide d'ondes ou une cavité résonnante ( 12) à section rectangulaire, caractérisée en ce que la paroi d'extrémité ( 14, 14 ') du guide d'ondes ou de la cavité ( 12) est dans un plan parallèle au plan contenant les éléments rayonnants ( 3) de l'antenne ( 1) et leurs lignes d'alimenta- tion ( 4), ladite transition comprenant un conducteur ( 13) dont une première extrémité est en contact galvanique avec le point d'alimenta- tion principal A de l'antenne ( 1) et qui traverse le substrat ( 2) de l'antenne ( 1) dans le sens de son épaisseur et débouche dans le guide d'ondes ou la cavité ( 12), par un trou ( 9, 9 ') dans la paroi d'extrémité dudit guide d'ondes ou de ladite cavité ( 12), la seconde extrémité dudit conducteur ( 13) étant en contact galvanique avec une paroi latérale interne large du guide d'ondes ou de la cavité ( 12), sensiblement au milieu transversalement de celle-ci et à une distance de ladite paroi d'extrémité ( 14, 14 ') égale à environ un quart de la longueur de l'onde guidée dans ledit guide d'ondes ou ladite cavité ( 12), le plan contenant ledit conducteur étant sensiblement perpendi- culaire à la paroi latérale large 12 " dudit guide d'ondes ou cavité (( 12). 2) Transition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat ( 2) de l'antenne ( 1) est recouvert, sur sa face arrière, d'une couche ( 8 ') d'un matériau métallique formant, d'une part, un plan de masse pour ladite antenne ( 1) et, d'autre part, la paroi d'extrémité ( 14 ') dudit guide d'ondes ou de ladite cavité ( 12), le conducteur ( 13) de la transition traversant ladite couche ( 8 ') par un trou ( 9 ') percé dans ladite couche ( 8 ') et débouchant à l'intérieur du guide d'ondes ou de la cavité ( 12), le diamètre dudit trou ( 9 ') et le diamètre dudit conducteur ( 13) étant tels qu'ils réalisent une liaison coaxiale dont l'impédance caractéristique est prédéterminée. 3) Transition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat ( 2) de l'antenne ( 1) est monté sur une semelle ( 6) dont les deux faces sont respectivement recouvertes de deux couches métalliques ( 8 et 9), le conducteur ( 13) traversant ladite semelle ( 6) par un trou ( 9), la première couche métallique ( 7) en contact avec le substrat ( 2) de 1 'antenne formant, le plan de masse de ladite antenne et la seconde couche métallique ( 8) formant la paroi d'extrémité ( 14) du guide d'ondes ou de la cavité ( 12). 4) Transition selon la revendication 3, caractérisée en ce que le trou ( 9) dans la semelle ( 6) a sa paroi métallisée et est rempli d'un matériau diélectrique, le diamètre du conducteur ( 13) et le diamètre du trou ( 9) dans la semelle ( 6) étant tels que la liaison dans ladite semelle ( 6) est du type coaxial dont l'impédance caractéristique est prédéterminée. ) Transition selon une des revendications précédentes, caracté- risée en ce que le conducteur ( 13) débouche dans le guide d'ondes ou la cavité ( 12) sensiblement au centre de la paroi d'extrémité ( 14, 14 ') dudit guide d'ondes ou de ladite cavité ( 12). 6) Transition selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le conducteur ( 13) débouche dans ledit guide d'ondes ou cavité ( 12) en un point décalé, par rapport au centre de la paroi d'extrémité ( 14, 14 '), vers la paroi latérale interne large ( 17) du guide d'ondes ou de la cavité ( 12) qui est opposée à celle qui reçoit la seconde extrémité du conducteur ( 13). 7) Transition selon une des revendications précédentes, caracté- risée en ce que le guide d'ondes ou ladite cavité ( 12) sont constitués d'une embase métallique ( 10) pourvue d'un évidement ( 11) qui la traverse de part en part et qui est de même section que celle du reste du guide d'ondes ou de la cavité ( 12), sa hauteur étant d'environ un quart de la longueur de l'onde guidée dans le guide d'ondes ou dans la cavité ( 12), l'extrémité dudit conducteur ( 13) étant pincée entre ladite embase ( 10) et ledit guide d'ondes ou cavité ( 12).