Brevet FR2685550A1 — publié le 19930625

i La présente invention concerne un élément réflecteur à réglage de phase destiné à fonctionner en hyperfréquences. Des arrangements réflecteurs en phase sont utiles dans des applications très diverses Par exemple, on les utilise pour la conformation et la direction des faisceaux, c'est-à-dire que, avec un émetteur, ils peuvent être utilisés pour la modification soit de la configuration du faisceau principal et des lobes latéraux, soit pour la direction du faisceau principal. L'opération est réalisée par sélection et variation de la phase introduite par chaque élément de l'arrange- ment Ils peuvent aussi être utilisés pour la sélection du faisceau, c'est-à-dire pour la projection du rayonne- ment provenant de l'une de plusieurs directions choisies, sur un récepteur Ils ont aussi des applications dans la modulation des signaux La phase introduite par chaque élément réflecteur peut varier d'une manière cohérente, d'une manière dépendant du temps, afin que la modulation de fréquence soit assurée Dans une varian- te, des éléments réflecteurs permettant un réglage indépendant de la polarisation peuvent être utilisés avec un analyseur destiné à assurer une modulation d'amplitude ou un déclenchement. Un arrangement connu en phase, destiné à des fréquences comprises entre 3 et 8 G Hz, est un arrangement d'antennes réceptrices alimenté par des cornets et placé dos à dos avec un arrangement semblable d'antennes réceptrices ayant chacune une sortie de cornet Des antennes correspondantes réceptrices et émettrices sont couplées par paire par l'intermédiaire de réseaux respectifs de déphasage Cet arrangement émetteur récep- teur connu est coûteux, encombrant et de poids important. Il a un volume de l'ordre de 1 m 3 par exemple. On souhaite actuellement disposer d'arrangements en phase pouvant fonctionner à des fréquences accrues, notamment aux hyperfréquences comprises entre 3 et C 3 z Un arrangement connu est une option très peu intéressante étant donné son coût et son encombrement. L'invention concerne la réalisation d'éléments de réglage de la phase qui sont robustes, légers, peu encombrants et de fabrication relativement peu coûteuse. Ces éléments et arrangements sont destinés à un rayonne- ment en hyperfréquences, entre 3 et 100 G Hz. L'invention concerne ainsi un élément de réglage de la phase qui comporte ( 1) un dipôle, ( 2) un organe diélectrique pratiquement sans perte placé près du dipôle et destiné à coupler fortement le rayonnement à celui-ci, et ( 3) une réactance variable disposée sous forme d'une charge pratiquement sans perte vis-à-vis du dipôle, si bien que le rayonnement incident parvenant sur le dipôle est réémis avec une phase variable en fonction du signe et de l'amplitude de la réactance de la charge. Le matériau de l'organe diélectrique est choisi de manière qu'il présente de faibles pertes diélectriques, car la puissance qu'il absorbe en hyperfréquences est faible par rapport à celle qui est couplée au dipôle ou à partir de celui-ci par l'intermédiaire de l'organe diélectrique L'expression "organe diélectrique pratique- ment sans perte" doit être considérée à la lumière de cette explication. Une contribution résistive supplémentaire à l'impédance de charge est due aux propriétés non idéales de la charge Une petite contribution résistive est inévitable Il faut qu'une quantité aussi grande que possible du rayonnement parvenant sur le dipôle soit réfléchie La puissance absorbée par la charge est faible et le pouvoir réflecteur est élevé pourvu que l'impédance de la charge soit d'amplitude comparable à l'amplitude du dipôle et que la partie résistive de l'impédance de charge soit faible par rapport à la partie réactive, ou que l'impédance de la charge soit ou bien très élevée ou bien très faible par rapport à l'impédance du dipôle A cet égard, la théorie des hyperfréquences traite habituellement les circuits ouverts ou les court- circuits comme les réactances extrêmes, les expressions "réactance", "réactive" -et analogue s'appliquant en conséquence notamment aux circuits ouverts et aux court-circuits. Il est particulièrement avantageux que le dipÈle et sa charge puissent être réalisés sous une forme plane L'organe diélectrique peut occuper un volume de l'ordre de 10 3 m 3 et le dipôle et la charge de 10 7 m 3, soit en combinaison environ 1 000 fois infé- rieur aux dispositifs connus Selon un autre avantage, le dipÈle couple le rayonnement pratiquement d'un seul côté étant donné l'organe diélectrique à couplage intense. Cette disposition simplifie l'adaptation efficace à un champ en hyperfréquences. L'élément de réglage de la phase peut être de construction hybride Le dipôle peut être formé d'un métal déposé à la surface d'un substrat d'un matériau diélectrique isolant Dans ce cas, la charge comprend des composants séparés liés afin qu'ils forment un réseau formant un shunt pour le dipôle. L'élément de réglage de phase peut être de construction intégrée, c'està-dire que le dipôle peut être réalisé avec un substrat d'un matérieu semi-conduc- teur pratiquement sans perte Le substrat peut aussi être un corps composite ayant une surface d'un tel matériau semi-conducteur Dans ce dernier cas, les composants formant l'impédance peuvent être réalisés sous forme de composants solidaires du matériau semi- conducteur Dans une variante, le substrat peut être formé d'un matériau diélectrique isolant, et l'élément de réglage de la phase peut comprendre, dans sa construc- tion, une couche de support d'un matériau semi-conducteur, le dipôle étant placé entre l'organe diélectrique et cette couche; dans cette variante, la dissipation thermi- que peut être assurée sans beaucoup de difficulté. La couche de matériau semi-conducteur peut être complétée par un métal ou par une mince couche d'un matériau diélectrique isolant de l'électricité, et ayant un revêtement métallique Cette variante doit donc être préférée pour les applications à grande puissance, car, dans ce cas, l'extraction efficace de chaleur est importante. L'invention met en oeuvre le principe suivant. Une réactance variable shunte le dipâle Celui-ci réémet avec une polarisation inchangée, mais avec un déphasage donné par un pouvoir complexe de réflexion R: (GA GL) j(BA + BL) Rv - V (GA +GL + j(BA + BL) GA + i BA étant l'admittance du dipÈle, jouant le râle d'une source émettrice, et GL + j BL étant l'admittance de la charge RV est le pouvoir réflepteur en tension. Il faut noter que RV a un module unité tant que la conductance de charge GL est nulle Ce cas idéal dépend du fait que les composants de l'impédance sont sans perte et qu'aucune absorption d'énergie n'a lieu dans le métal du dipâle et dans l'organe diélectrique Le déphasage du signal réémis par rapport au signal incident, dans le cas général, est: arctg ((BA+BL)/(GA-GL)) arctg ((BA+BL)/(GA+GL)) Dans le cas sans perte GL = 0, le déphasage devient: 2 arctg ((BA + BL)/GA) Si l'on prend BL comme variable sur une plage allant d'une grande valeur négative à une grande valeur positive, on peut obtenir une variation de phase attei- gnant presque - à +f Ce degré de réglage de phase néces- site la variation d'une charge entre un comportement inductif et un comportement capacitif. Lorsque l'élément de réglage de phase est un simple dipâle, l'élément ne couple que le rayonnement ayant une composante de polarisation parallèle au dipÈle. La puissance réémise par ce dip 8 le est elle-même à son tour polarisée uniquement en direction parallèle au dipâle. Le réseau peut comprendre par exemple plusieurs composants formant l'impédance et qui peuvent être sélectionnés par des commutateurs, chaque composant comprenant la combinaison d'une réactance et d'un commu- tateur de commande. Dans un autre exemple, l'élément de réglage de phase peut comporter une paire de dipôles orhogonaux croisés, une charge dipolaire étant en circuit ouvert ou en court-circuit, l'autre charge dipolaire étant une paire de diodes à montage anti-parallèle Dans cette construction, l'impédance de la charge dépend du niveau de puissance du rayonnement incident Aux faibles niveaux, l'impédance de la charge est élevée. Aux niveaux élevés cependant, les diodes conduisent et l'impédance de la charge est faible. Un mode de réalisation d'application plus étendue de l'invention comporte une paire de dipÈles orthogonaux croisés, ayant chacun des charges réglables indépendamment Dans cette construction, chaque dipâle a une configuration et une disposition jouant le rôle d'une charge inductive shuntant l'autre Cette construc- tion permet l'application de déphasages séparés pour chacune des deux polarisations orthogonales -les direc- tions de polarisation parallèles aux dipâles Ainsi lorsque la polarisation incidente est circulaire ( dans un sens ou dans l'autre) ou est rectiligne à + 450 par rapport aux dipôles, la sélection des déphasages pour chacun des dipâles permet à la polarisation réémise d'être de manière analogue soit circulaire dans un sens ou dans l'autre soit rectiligne à + 45 , c'est-à- dire qu'un changement de polarisation est aussi possible. Des arrangements peuvent être réalisés avec de nombreux dipâles uniques ou croisés analogues Un organe diélectrique commun peut être utilisé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures 1 et 2 sont une vue en plan et une coupe respectivement d'un élément réflecteur de réglage de phase à un seul dipâle selon l'invention; les figures 3 et 4 sont une vue en plan et une coupe respectivement d'un élément de réglage de phase à dipâles croisés; les figures 5 et 6 sont des coupes en plan de l'élément de commande des figures 3 et 4 représentant en détail différentes configurations de circuit de commande; la figure 7 est une coupe d'un modulateur de phase en modulation de fréquence comprenant un seul élément de réglage de phase à dipÈles croisés; la figure 8 est une coupe d'un dispositif de réglage de la direction du faisceau comprenant un arrangement de dip 8 les; les figures 9 et 10 représentent en plan deux variantes de construction de l'élément de réglage de phase à dipÈles croisés; la figure 11 est une coupe d'un radar duplexé comprenant un arrangement de dipÈles croisés, chacun tel que représenté sur l'une des figures précédentes 9 et 10, la figure 12 représente un élément de réglage de phase comprenant une ligne raccourcie de transmission et une charge réactive à diode à capacité variable; la figure 13 représente un élément de réglage de phase à dipÈles croisés comprenant des diodes à capacité variable; et la figure 14 est une coupe d'un émetteur régla- ble en direction. Les figures 1 et 2 représentent un exemple d'élément réflecteur 1 de réglage de phase à un seul dipÈle, selon l'invention Cet élément comporte un dipÈle unique 3 formé d'un métal déposé sur un substrat 5 d'un matériau diélectrique pratiquement sans perte, par exemple un matériau semi-conducteur formé de silicium. Dans ce mode de réalisation, le substrat 5 joue à la fois le rôle d'un support du dipôle et d'un organe diélectrique destiné à coupler le rayonnement au dipôle 3 Celui-ci est divisé en deux branches 3 a, 3 b de longueuis égales ou presque égales Un réseau local 7 d'impédances placé au voisinage du centre du dipôle 3 est monté entre les deux branches 3 a, 3 b Ce réseau 7 comporte une ligne 9 de transmission qui est raccourcie afin qu'elle constitue une charge inductive Le réseau 7 comporte aussi plusieurs composants 11, 13 qui peuvent être choisis par des commutateurs et qui possèdent des impédances, chacun comprenant, dans cet exemple un condensateur 11 c, 13 c et un commutateur 11 s, 13 s à diode PIN Pour des valeurs convenables de l'inductance et de la capacité, le fonctionnement des commutateurs 11 s, 13 S crée une charge résultante aux bornes du dipôle 3, cette charge pouvant être inductive ou capacitive. Chacun des condensateurs 11 c et 13 c est connecté ou non au dipôle 3 selon que son commutateur correspondant à diode 1 ls ou 13 S est en court-circuit ou en circuit ouvert respectivement Une instruction à deux bits permet donc la sélection de quatre réactances possibles. Les lignes 15, 17, 19 de commande sont disposées pour le réglage de la polarisation La ligne 15 de commande est commune aux deux diodes lis et 13 s, alors que les lignes 17 et 19 sont connectées chacune à l'une des diodes lis et 13 s, respectivement Des tensions de polarisation appliquées entre les lignes de commande et 17 et 15 et 19 assurent la commutation des diodes ls et 13 S qui connectent à leur tour les condensateurs 11 c et 13 c au dipôle 3 Un couplage parasite entre le dipôle 3 et les lignes 15, 17 et 19 est réduit au minimum par disposition des lignes afin qu'elles se trouvent en direction perpendiculaire au dipôle 3. Bien que le réseau 7 d'impédances comporte une inductance fixe ayant des condensateurs commutables, il est aussi possible d'utiliser une inductance commutable avec un condensateur fixe. On considère maintenant les facteurs qui détermi- nent la sélection de la longueur du dipâle 3 A la résonance, la longueur " 1 " du dipôle et la longueur d'onde absolue Xv du rayonnement sont reliées par la formule: 1/2 = 1/2 Xv// 12 ( 51 + 52) = 1/2 X eff A pour 1 > >E 2 ( 1) (Voir Brewitt-Taylor et al "Planar Antennas on a diectric surface" Electronics Letters Vol 17 n 20 pages 729-731, Octobre 1981) 1 et C 2 étant les constantes diélectriques des milieux se trouvant de part et d'autre du dipôle. Dans le cas du silicium E 1 = 12 et pour l'air se 2 1 Le symbole X représente la longueur d'onde du rayonnement mesurée dans le milieu constitué par le substrat diélec- trique Cette formule suppose la résonance au mode le plus bas, c'est-àdire la résonance "demi-onde", par analogie à la résonance dans un dipÈle libre A cette longueur d'onde, la résonance à l'ordre supérieur suivant correspond à une longueur égale à trois fois cette valeur La longueur du dipâle 9 est choisie dans la plage: 9 I 1 2 La formule ( 1) indiquée précédemment est théori- que en ce qu'elle suppose un rapport d'allongement longueur- largeur du dipÈle proche de l'infini Cependant, cette formule peut être considérée comme une approximation résonnable pour un dipâle ayant un rapport d'allongement de 10/1 La formule peut être modifiée par un simple facteur géométrique destiné à tenir compte de l'aspect et de la configuration du dipÈle, dans les cas les plus généraux.35 Les pertes par atténuation dues à la résistivité du substrat de montage ou de l'organe diélectrique sont données approximativement par le rapport Z/Ps, Zétant l'impédance caractéristique et Ps la résistivité laminai- re Dans le cas d'un substrat de silicium (Z l 1002) d'é- paisseur nominale 400 pm, une résisistivé de 100 Q cm cor- respond à des pertes par atténuation d'environ 5 % qui constituent une valeur acceptable L'impédance et le diagramme polaire de rayonnement du dipâle de l'antenne sont aussi sensibles à la résistivité du substrat, mais, dans le cas du dipÈle décrit, cet effet est faible pour des résistivités de substrat de 100 n cm et plus. La longueur raccourcie de la ligne 9 de transmis- sion est par exemple une longueur comprise entre Xeff/32 et Xeff/8, et elle est donc inductive. Les figures 3 et 4 représentent en plan et en coupe une variante d'élément 1 de commande donnant plus de souplesse Cet élément 1 comporte une paire de dipÈles croisés orthogonaux 3 et 3 ', formés dans une couche commune d'un métal déposé à la surface d'une mince couche 21 de silicium semi-conducteur, sous forme d'un dessin, la couche 21 ayant par exemple une épaisseur comprise X/100 et À/4, X étant la longueur d'onde choisie pour les signaux, mesurée dans le silicium Un revêtement protecteur d'oxyde 23 est formé entre le métal et le silicium afin qu'il empêche la formation de composés intermétalliques indésirables La couche 21 de silicium est complétée par un mince revêtement d'oxyde de béryllium et un revêtement métallique 27 facilitant l'évacuation de chaleur Les dipâles 3 et 3 ' sont montés près de la surface d'un organe diélectrique 5 d'un matériau diélectrique isolant ou juste au-dessus de cette surface. La constante diélectrique de ce matériau isolant 5 est choisie afin que les dipâles ne couplent pratiquement que le rayonnement parvenant par l'intérmédiaire du matériau 5. Chacune des branches 3 a, 3 b, 3 'a, 3 'b d'un dipÈle a une fente respective 4 a, 4 b, 4 'a, 4 'b Chaque partie fendue de dipôle joue le rôle d'une ligne raccour- cie de transmission telle que 9, shuntée aux bornes - d'une branche respective 3 a, 3 b, 3 'a ou 3 'b de dipôle, chaque branche ayant une longueur approximativement égale à X/4 La longueur raccourcie de la ligne, c'est-J - dire la longueur de chaque fente, est plus faible, par exemple comprise entre X /32 et X /8, si bien que chaque ligne raccourcie présente une charge inductive. Ces charges inductives parallèles montées aux bornes des dipÈles 3 et 3 ' sont complétées par des composants 11, 13 et 11 ', 13 ' qui peuvent être choisis par des commutateurs et qui présentent des impédances Chacun de ces composants 11, 11 ', 13 et 13 ' comporte un conden- sateur 11 c, 11 'c, 13 c ou 13 'c et un commutateur à diode PIN 11 s, 11 's, 13 S ou 13 's respectivement. Les dipâles chargés 3 et 3 ' sont couplés indépen- damment avec leur propre polarisation Les déphasages introduits dans les champs réémis sont réglés par les composants 11, 13, 11 ' et 13 ', et ils sont indépendants. On considère maintenant le rayonnement incident qui a une polarisation rectiligne à 45 , transmis aux dipâles 3 et 3 ' et qui induit des courants en phase. Les champs réémis sont soumis à des déphasages y et O pour les dipÈles horizontal et vertical 3 ' et 3 respec- tivement Lorsque 6 = p, le rayonnement résultant est po- larisé rectilignement à 45 (c'est-à-dire parallèlement au champ incident) D'autre part, lorsque O = y +i, le champ réémis est polarisé rectilignement à -45 (c'est- à-dire perpendiculairement au champ incident) Lorsque 0 = P + ff/2, le rayonnement réémis est polarisé circulai- rement à droite ou à gauche Dans tous les cas, le champ réémis est déphasé de P par rapport au champ inci- dent Ceci montre le réglage indépendant de la phase et de la polarisation. La connexion des lignes de commande aux diodes PIN 11 s, 11 's, 13 S et 13 's peut être réalisée par l'inter- médiaire de connexions à couches résistives Il est aussi possible de placer des dispositifs à semi-conduc- teur à basse fréquence sous le métal de l'antenne afin qu'ils remplissent des fonctions logiques ou pilotent les diodes PIN lis, 11 's, 13 S et 13 's Dans ce cas, l'énergie électrique peut être transmise soit par deo lignes supplémentaires de transmission soit par des. connexions résistives. Lorsque des quantités importantes d'énergie en hyperfréquences doivent être transmises par les éléments relais, l'alimentation en courant des diodes PIN lis à 13 's est accrue (par exemple à 10 m A environ pour une diode qui peut transmettre 10 W d'énergie en hyperfréquences) Dans le cas des dipôles croisés 3, 3 ', la transmission du courant pour toutes les diodes par l'intermédiaire de connexions résistives peut être peu commode pour des raisons de dissipation d'énergie. Une solution à ce problème est le redressement d'une petite quantité de l'énergie incidente en hyperfréquences afin que le courant continu nécessaire aux diodes lis à 13 's et aux transistors de pilotage et des circuits logiques incorporés soit transmis Dans ce cas, seuls des signaux de commande de faible niveau doivent alors être transmis par les connexions résistives Des diodes à barrière de Schottky conviennent comme convertisseur de puissance hyperfréquences-continu Dans le circuit représenté sur la figure 5, une ligne métallique llm et deux diodes de redressement à barrière de Schottky llr sont connectées en série aux bornes d'une fente 4 'a de dipôle Les diodes lir sont couplées au champ en hyperfréquences par la ligne llm et par un condensateur C connecté en 10 'a à la branche 3 'a du dipÈle Le signal redressé de sortie des diodes lir est transmis à la diode PIN lis par l'intermédiaire d'un commutateur lit à transistor et d'une résistance R de polarisation. Un courant de commande base-émetteur est appliqué au transistor lit par l'intermédiaire des résistances 12 d et 12 e Lorsqu'un champ intense de rayonnement parvient sur l'antenne, une tension en hyperfréquences s'établit aux bornes de la diode lir et le courant - 1 '2 redressé correspondant charge le condensateur C De cette manière, le courant destiné à la diode 1 ls, par l'intermédiaire de la résistance R de polarisation et du transistor lit est créé Le transistor lit amplifie le courant de commande qui est donc faible par rapport au courant consommé par la diode lls lorsqu'elle est à l'état conducteur. Une autre possibilité de transmission des signaux de commande et d'alimentation en courant continu est l'utilisation de pistes métalliques telles que la piste 29 indiquée sur la figure 6 Ces pistes métalli- ques peuvent occuper divers emplacements autour du métal 3, 3 ' de l'antenne Comme elles sont couplées capacitivement au métal de l'antenne, elles transmettent toujours une partie du courant de l'antenne si bien que la puissance réémise nécessaire est perturbée ou dissipée dans une certaine mesure Cependant, l'impédance en hyperfréquences des pistes 29 peut être accrue au moins dans une étroite bande, par disposition par exemple de parties sinueuses 31 et de condensateurs 33, constituant ds organes résonnants d'arrêt Une augmentation de l'impédance réduit les courants en hyperfréquences dans les pistes et provoque donc une réduction de la perte de rendement. Un modulateur de phase en modulation de fréquence comprenant un réflecteur à dipâles croisés 3 est repré- senté sur la figure 7 Ce modulateur comporte une lentille diélectrique 41 à la face arrière de laquelle est monté le dipôle croisé 3 La lentille 41 comporte, dans sa construction, un miroir 43 sélectif vis-à- vis de la polarisation Un dipÈle émetteur 45 est placé près du côté de la lentille 41 et, en coopération avec le miroir 43, il irradie l'élément 1 Par exemple, le dipÈle croisé 3 a des charges réactives comprenant un certain nombre d'impédances qui peuvent être choisies par des commutateurs, avec un circuit logique coopérant de fonctions destiné à permettre une sélection de dépha- sages à trois bits Le dipôle croisé 3 est disposé de manière que ses dipôles constituants soient inclinés à 450 par rapport au plan de la polarisation du rayonnement incident, provenant du dipôle émetteur 45 Les impédances de charge sont choisies afin que le champ réémis soit polarisé perpendiculairement Ainsi, le rayonnement partant de l'élément de réglage de phase traverse le miroir 43 sans qu'une réflexion appréciable n'existe. Des déphasages de 0, 11/4, 11/2, 3 fr/4, 1 T, 511/4, 3 u /2, 711/4 peuvent être choisis et introduits à l'aide d'une commande logique à trois bits afin qu'une modulation par pas de la phase soit assurée Ces déphasages peuvent être introduits au moins approximativement par trois arrange- ments série commutables diode-condensateur (voir 11 s/11 c de la figure 1) Comme la phase n'est pas une fonction linéaire de la capacité, les intervalles précédents de déphasages de IT/4 ne sont pas reproduits exactement. Si des intervalles de déphasage exacts w/4 étaient nécessaires, sept combinaisons diode-condensateur seraient nécessaires, une diode au plus conduisant à un moment donné. Les arrangements peuvent être construits avec de nombreux dipôles uniques ou croisés, avec un substrat commun La phase introduite à chaque emplacement de dipôle peut alors être réglée pour diverses applications, par exemple pour le réglage de la direction du faisceau. Un exemple d'une telle application est représenté sur la figure 8 Dans ce cas, un arrangement 47 de quatre de dipôles uniques ou croisés 48 a été placé à la face arrière d'une lentille diélectrique 49 Le rayonnement est dirigé sur l'arrangement à partir d'un émetteur dipolaire 45 L'énergie en hyperfréquences est réémise par l'arrangement et focalisée dans un faisceau par la lentille 49 La position de l'image virtuelle I du dipôle émetteur 45 peut varier et ainsi la direction du faisceau peut être réglée par introduction d'une phase convenable au niveau de chacun des dipôles 48. - La figure 9 représente une autre forme d'élément 1 de réglage de la phase à dipôles croisés Dans ce mode de réalisation, l'impédance de charge qui est aux bornes de l'un des deux dipâles 3, 3 ' est variable en fonction du niveau de puissance du rayonnement plutôt que par application d'une polarisation par un circuit externe, comme décrit précédemment La polarisation du rayonnement réfléchi par cet élément 1 de réglage de la phase n'est pas la même pour des rayonnements ayant un niveau élevé ou un niveau faible de puissance. Le réseau 7 d'impédances, connecté entre les deux branches 3 a, 3 b de l'un des dipÈles 3, comporte une paire de diodes lls et 13 S montées en parallèle et en opposition, c'est-à-dire que ces diodes sont montées en parallèle par rapport à l'espace séparant les deux branches 3 a et 3 b et sont disposées de manière que la polarité de l'une des diodes lls soit inverse de celle de l'autre 13 s Les diodes lls et 13 S peuvent être du même type, par exemple elles peuvent être toutes deux des diodes à barrière de Schottky. Dans une variante les diodes lls et 13 S peuvent être de types différents; par exemple une diode 11 S peut être une diode à barrière de Schottky et l'autre 13 s une diode PIN Lorsque le niveau de puissance du rayonne- ment incident est faible, aucune des diodes lls et 13 S ne conduit, et le réseau 7 présente une charge d'impédance élevée au dipÈle 3 Cependant, lorsque le niveau de puissance du rayonnement incident est élevé, les deux diodes lls et 13 S conduisent si bien que l'impédance de charge du réseau 7 tombe à une faible valeur par rapport à l'impédance du dipÈle En conséquen- ce, la phase du rayonnement réfléchi par ce dipÈle 3 varie donc d'environ ir entre les niveaux faible et élevé de puissance du rayonnement Le second dipÈle 3 's a une charge en circuit ouvert et il est disposé orthogonalement au premier dipâle 3 Pour un faible niveau de puissance, les deux dipÈles 3, 3 ' ont des charges semblables Le rayonnement polarisé rectilignement à E /4 vers les deux dipôles 3, 3 ' est réfléchi sans changement de polarisation Cependant, pour les niveaux élevés depuissance, les charges des dipôles diffèrent et, dans un cas idéal, le rayonnement réfléchi par un premier dipôle 3 est déphasé de T par rapport au rayonnement réfléchi par l'autre dipôle 3 ' En pratique, le déphasage est seulement d'environ Â Le rayonnement incident, polarisé rectilignement parallèle aux axes X ou Y représentés, excite de la même manière les deux dipôles 3, 3 ' puisque ceux-ci sont orientés àn /4 et -fl/4 par rapport aux axes X, Y Le rayonnement réfléchi est polarisé rectilignement, mais parallèlement à l'axe orthogonal Y ou X respectivement, étant donné le dépha- sage. La figure 10 représente une variante de ce dernier mode de réalisation Dans ce cas, une charge 7 ' de faible impédance, par exemple un courtcircuit, est connectée entre les branches 3 'a, 3 'b du second dipôle 3 ' Dans ce cas, le rayonnement réfléchi est polarisé en direction perpendiculaire au rayonnement incident, au faible niveau de puissance, lorsque l'impé- dance de la diode est élevée, et parallèlement au rayon- nement incident lorsque l'impédance de la diode est faible Les circuits ouverts et les court-circuits sont traités et considérés comme des cas extrêmes de charge réactive, comme cela est courant dans la théorie des hyperfréquences. Un arrangement de dipôles croisés analogues tel que représenté sur la figure 9 ou sur la figure , peut être utilisé dans un radar pour le couplage d'une source d'émetteur et d'un ou plusieurs récepteurs à une ouverture commune Un exemple de radar duplexé est représenté sur la figure 11 Il comporte un corps d'un matériau diélectrique 5 ayant une surface avant a dont la forme lui permet de constituer une lentille diélectrique Ce radar comporte -aussi-un arrrangement 1 de dipôles croisés comme indiqué sur la figure 9, un récepteur Rx et un émetteur Tx, placés près des surfaces respectives 5 b, 5 c et 5 d du corps diélectrique 5 Les surfaces 5 c et 5 d sont perpendiculaires l'une à l'autre, et elles sont toutes deux inclinées à 7/4 par rapport à la surface 5 b Le corps 5 a un miroir incliné 43 présen- tant une sélection vis-à-vis de la polarisation Le miroir 43 est formé par évaporation de bandes métalliques parallèles sur une surface exposée (non représentée) du corps 5, l'espacement des centres des bandes étant inférieur à X/4 et la largeur des bandes étant inférieure à la largeur de l'espace séparant les bandes Le corps est obligatoirement réalisé à l'origine en deux parties (non représentées) afin que le miroir puisse être fabriqué avant montage Le rayonnement de faible niveau de puis- sance parvenant sur la surface 5 a est focalisé sur le récepteur Rx Ce rayonnement converge cependant d'abord vers l'arrangement d'élément 1 de commande et y est réfléchi, puis il est réfléchi une seconde fois par le miroir 43 La polarisation du rayonnement constituant le signal n'est pas modifiée La source d'émetteur Tx est orientée afin qu'elle lance le rayonne- ment dans le corps diélectrique 5 avec une polarisation telle qu'il peut traverser le miroir 43 (Le rayonnement de sortie de l'émetteur et le rayonnement incident réfléchi ont des polarisations perpendiculaires l'une à l'autre au niveau du miroir 43) Le rayonnement de sortie d'émetteur a un niveau élevé de puissance Lorsque le rayonnement de sortie d'émetteur est réfléchi par l'arrangement 1 des dipÈles croisés, comme sur la figure 9, la polarisation tourne de if/2 Le rayonnement sortant quittant la surface 5 a, est donc polarisé paral- lèlement au rayonnement reçu représentant le signal. Un radar fonctionnant en duplex peut aussi être construit à l'aide des éléments 1 de réglage de phase tels que représentés sur la figure 10 Dans ce cas, les positions du récepteur et de l'émetteur Rx et Tx i d sont échangées par rapport à ce qui est représenté sur la figure 11, ou le miroir 43 sélectif en fonction de la polarisation est orienté de manière que ses bandes métalliques soient perpendiculaires à leur direction sur la figure 11 La polarisation du rayonnement de sortie de l'émetteur est alors inchangée alors que la polarisation du rayonnement incident est modifiée après réflexion par l'arrangement Comme dans l'exemple précédent, le rayonnement sortant est polarisé parallèle- ment au rayonnement incident. La figure 12 représente un autre élément 50 de réglage de la phase selon l'invention L'élément a deux branches Sa et 51 b de dipôle reliées à des bras respectifs 52 a et 52 b d'une courte ligne de trans- mission 52 Une diode 53 à capacité variable relie les branches 51 a et 51 b, transversalement à la largeur des bras 52 a et 52 b, et un condensateur 54 termine la courte ligne 52 de transmission Une seconde ligne de transmission, ayant des bras 55 a et 55 b qui compor- tent des résistances 56 a et 56 b, est connectée à la courte ligne 52 de transmission, et transmet la polari- sation continue qui doit être appliquée à la diode 53 Des résistances 56 a et 56 b évitent les pertes d'éner- gie en hyperfréquences dans la ligne 55. Le dispositif de la figure 12 fonctionne de la manière suivante La susceptance de la diode 53 à capacité variable, en hyperfréquences, dépend de la tension continue de polarisation lui lui est appliquée ainsi que de l'amplitude de la tension en hyperfréquences. Ainsi, la phase du rayonnement réémis par l'élément est réglée par la tension continue de polarisation aux bornes de la diode 53 à capacité variable, pour les raisons indiquées précédemment La phase dépend dans une certaine mesure de l'amplitude de la puissance incidente en hyperfréquences puisque la susceptance de la diode varie avec la tension an hyperfréquences. La phase est totalement déterminée par la polarisation continue dans deux conditions soit (a) la tension en hyperfréquences est très faible, par exemple lorsque l'élément 50 de réglage de phase est utilisé dans un récepteur en hyperfréquences, soit (b) le niveau de puissance des hyperfréquences est une quantité fixe, comme dans le cas o l'élément 50 de réglage de la phase est utilisé dans un émetteur Ainsi, en pratique, la phase est réglée parla tension continue de polarisation appliquée à la diode à capacité variable. On se réfère maintenant aussi à la figure 13 qui représente un élément 60 de réglage de phase à dip 8 les croisés Il équivaut à une paire d'éléments croisés 50 et comporte des dip 8 les 61 et 61 ' ayant des branches 61 a, 61 b, 61 'a et 61 'b Ces branches ont des fentes respectives 62 a, 62 b, 62 'a et 62 'b destinées à former des lignes de transmission, celles-ci étant terminées par des condensateurs formés par des plages de recouvrement 63 a, 63 b, 63 'a et 63 'b Quatre diodes à capacité variable 64 a, 64 b, 64 'a et 64 'b sont connectées entre les branches des dipâles comme représenté et elles relient les fentes 62 a, 62 b, 62 'a et 62 'b respecti- vement Les polarités des diodes correspondent à un arrangement de redresseur en pont Les connexions de polarisation des diodes 65 a, 65 b, 65 'a et 65 'b comprennent des résistances respectives 66 a, 66 b, 66 'a et 66 'b destinées à réduire les pertes de puissance en hyperfré- quences. L'élément 60 de réglage de phase à dipôles croisés fonctionne de la manière suivante La charge présentée au dipôle 61 est formée par les lignes de transmission à terminaison formées par les branches 61 a et 61 b de dipôle à fente, avec les diodes à capacité variable 64 'a et 64 'b Ces diodes 64 'a et 64 'b sont de préférence égales dans la mesure o elles ont la35 même variation de capacité avec la tension Il est aussi préférable que les tensions continues de polarisa- tion aux bornes des diodes à capacité variable 64 'a et 64 'b soient égales En conséquence, les courants en hyperfréquences circulant dans ces deux diodes sont les mêmes lorsque les tensions en hyperfréquences qui leur sont appliquées sont les mêmes Ainsi, le rayonnement5 parvenant sur le dipôle 61 et polarisé parallèlement à celui-ci provoque la circulation de courant dans celui-ci, et le courant se répartit également entre les diodes 64 'a et 64 'b Aucune tension en hyperfréquences n'apparait aux bornes des diodes 64 a et 64 b Ainsi, pour des raisons indiquées précédemment pour le circuit de la figure 12, la polarisation continue des diodes 64 'a et 64 'b à capacité variable règle la phase du rayonnement réémis par le dipôle 61 par rapport au rayonnement incident Les diodes à capacité variable 64 a et 64 b sont de préférence aussi égales, et leurs tensions continues de polarisation sont de préférence aussi rendues égales Ainsi, la polarisation continue, appliquée à ces diodes, règle la phase du rayon- nement réémis par le dipôle 61 ', par rapport à celle du rayonnement incident polarisé parallèlement au dipÈle20 61 ' Lorsque les tensions -de polarisation continue appli- quées aux connexions de polarisation 65 a, 65 b, 65 'a et 65 'b sont respectivement V 1 + V 2, 0, V 2 et V 1, la tension continue aux bornes des diodes 64 a et 64 b est V 2 et des- diodes 64 'a et 64 'b est V 1 Ainsi, l'application de tensions25 de polarisation à ces connexions de polarisation assure un réglage indépendant de la phase du rayonnement réémis pour les deux polarisations. On se réfère maintenant à la figure 14 qui représente un dispositif réfléchissant 70 destine à régler la direction du rayonnement de sortie Ce dispositif 70 a un arrangement 71 à plusieurs éléments de quatre éléments de réglage de phase 72 a à 72 d à un seul dipôle ou à dipôles croisés (de préférence), montés sur une surface arrière plane 73 d'une première lentille diélectrique plan-convexe 74. Le nombre d'éléments 72 n'est pas primordial La lentille 74 partage une interface sphérique 75 avec une seconde lentille diélectrique concavoconvexe 76 ayant une surface externe Zx 77 Cet arrangement forme une lentille composite Si l'on appelle C 1 et E 2 les constantes diélectriques de la première et de la seconde lentille respectivement, C 1 est supérieur à E 2 et ces deux constantes sont élevées5 par rapport à celles du vide, comme décrit dans la suite. Un émetteur 78 est monté sur une première surface 79 de la première lentille 74 et elle est destinée à irradier l'arrangement 71 après réflexion par un miroir 80 sélectif en fonction de la polarisation Les dipÈles 72 modifient10 la polarisation du rayonnement par rapport à celle du rayonnement transmis par le miroir 80 Le rayonnement est réfracté à l'interface sphérique 75 entre les lentilles 74 et 76 La courbure de l'interface 75 est telle que chacun des dip 8 les 72 a à 72 d réfléchit le rayonnement qui lui parvient dans une région respective 81 a à 81 d de la surface externe de la second lentille 77 Les régions 8 la à 81 d sont disposées afin qu'elles soient pratiquement contiguës comme représenté Les trajets 82 b et 82 c des rayons sont représentés respectivement sous forme de20 traits interrompus et de traits continus avec des flèches, pour les dipôles internes 72 a et 72 c Il faut n Qter que le rayonnement provenant de la surface externe 77 est inversé par rapport à la position des dipôles dans l'arran- gement 71.25 Le rayonnement réfléchi par l'arrangement 71 crée un front d'onde dans le vide (non représenté) quittant la surface externe 77 de la lentille, la direction du front d'onde étant déterminé par les phases relatives des contributions au rayonnement traversant les régions30 des surfaces externes 8 la à 81 d. Toutes les contributions ont une phase qui comporte une composante fixe déterminée par celle du signal de sortie de l'émetteur 78 et une composante variable détermi- née par l'état de fonctionnement (par exemple l'état35 de polarisation) du dipÈle correspondant 72 Ainsi, la mise en forme du faisceau à l'aide du rayonnement provenant de la surface externe 77 de la lentille peut être assurée par sélection convenable des charges des dipôles, par exemple par commutation de condensateurs convenables ou établissement d'une polarisation convenable de eiodep à capacité variable comme décrit en référence aux figures 1 et 12 respectivement. La technique de mise en forme du faisceau nécessite que la constante ú 2 (seconde lentille 76) soit élevée par rapport à celle du vide car deux conditions déterminant la taille des régions 81 a à 81 d doivent être remplies.10 D'abord, la distance séparant les centres de ces régions doit être inférieur à XO/2, À étant la longueur d'onde du rayonnement dans ce vide Ensuite, la distance ne doit pas être inférieure à la résolution optique donnée par la première et la second lentille 74 et 76 Cette15 résolution est k X 1/2 sinm 1, k étant un nombre proche de 1,2, X 1 étant la longueur d'onde dans la seconde lentille 76, c'est-à-dire Xi = Xo/ÀE 2 et 61 étant le demi-angle du cône du rayonnement convergent éclairant la région 81 de la surface externe de la lentille.20 Pour que ces deux conditions soient satisfaites, il faut que l'indice de réfraction N 2 du matériau diélectrique formant la seconde lentille 76 dépasse une valeur N donnée par la relation n O/À 1 k/sin O 1 e 1 peut par exemple être de l'ordre d 250, et dans ce cas n = 2,8 et N 2 8; N 2 doit donc dépassé 2,8 et E 2 = N 2 doit dépasser 8 En outre, la constante E 1doit être supérieure à la constante E 2 comme indiqué précédemment. Ces critères ne sont pas trop difficiles à respecter en pratique, en hyperfréquences Une céramique à base d'alumine a une constante diélectrique E 2 de l'ordre de 10 et le stannate et titanate de zirconium ZTS a une constante diélectrique e 1 de l'ordre de 36, par exemple. Chacun des dipôles 72 a à 72 d peut avoir une petite lentille convergente respective afin que l'adaptation de l'arrangement 71 de réglage de phase à la combinaison des lentilles 74 et 76 soit améliorée Chaque petite lentille peut être avantageusement incrustée à la surface arrière 73 de la première lentille 74 Les petites lentilles sont concaves ou convexes, selon que leurs matériaux ont des constantes diélectriques inférieures ou supérieures Les petites lentilles ou les lentilles indivi- duelles de l'élément de régalge de phase modifient les diagrammes polaires des dipôles respectifs Le diagramme polaire composite de l'arrangement 71 peut donc être réglé finement à la configuration voulue par variation convenable des propriétés individuelles de focalisation des petites lentilles L'incorporation de ces lentilles donne un degré supplémentaire de liberté assurant l'opti- misation de la configuration du faisceau de l'arrangement de réglage de phase La détermination optique des paramè- tres, à cet effet, est bien connue dans la technique et on ne la décrit pas en détail. 23 - REVENDICATIONS 1 Elément réflecteur destiné au réglage de la phase d'un rayonnement en hyperfréquences, l'élément comprenant un dipôle ( 3), caractérisé en ce que l'élément5 comporte aussi ( 1) un organe diélectrique ( 5) pratiquement sans pertes, disposé près du dipÈle ( 3) et destiné à coupler fortement le rayonnement à celui-ci, et ( 2) une réactance variable ( 7) disposée sous forme d'une charge pratiquement sans perte pour le dipôle ( 3) si bien que le rayonnement incident sur le dipôle ( 3) est réémis avec une phase qui varie avec le signe et l'amplitude de la réactance de la charge. 2 Elément réflacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dipÈle ( 3) et la réactance variable ( 7) ont une construction plane. 3 Elément réflecteur selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la réactance variable ( 7) a une amplitude qui peut être réglée par un signal continu qui lui est appliqué. 4 Elément réflecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la réactance variable comporte au moins une diode à capacité variable ( 53) ayant des connexions de polarisation ( 55 a, 55 b) destinées à faire25 varier sa capacité. Elément réflecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la réactance variable ( 7) comporte au moins une réactance commutable ( 11 c, 13 c). 6 Elément réflecteur selon l'une des revendica- tions 4 et 5, caractérisé en ce que la réactance variable ( 11 c, 11 s) est capacitive et est montée en parallèle avec une inductance ( 9). 7 Elément réflecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'inductance est un second dipÈle ( 3 ') ayant des fentes et disposé transversalement au dipôle ( 3) de l'élément réflecteur. 8 Elément réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dipôle est un premier dip 1 le ( 3) disposé transversalement à un second dip 6 le ( 3 '), l'ensemble formant une combinaison de couplage à différentes polarisations du rayonnement par l'intermédiaire de l'organe diélectrique ( 5). 9 Elément réflecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la charge réactive variable du premier dipÈle ( 3) est une paire de diodes ( 11 s, 13 s) montées en parallèle et en sens inverses,ayant une impédance variant d'une valeur élevée à une faible valeur par varia- tion du niveau de puisance du rayonnement incident d'une faible valeur à une valeur élevée. Elément réflecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second dipâle ( 3 ') a une charge respective sensiblement sans perte, formée par une seconde réactance variable ( 7 ', 11 ', 13 '). 11 Elément réflecteur selon la revendication , caractérisé en ce que le premier et le second dipôle ( 3, 3 ') ont chacun des fentes afin qu'ils donnent une contribution inductive respective à la réactance variable de l'autre, chaque réactance variable comprenant aussi un élément capacitif variable respectif ( 11, 13, 11 ', 13 '). 12 Elément réflecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les éléments capacitifs ( 11, 13, 11 ', 13 ') peuvent être choisis par des commutateurs. 13 Elément réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dipÈle ( 3 'a, 3 'b) est disposé entre une couche d'un matériau semiconducteur pratiquement sans perte ( 21) et l'organe diélectrique ( 5). 14 Elément réflecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche de matériau semi-conduc- teur ( 21) a une couche métallique associée ( 23) placée à distance de l'organe diélectrique ( 5). 15 Elément réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dipâle ( 44) constitue un organe d'un arrangement ( 47) de dip 8 les analogues ( 44). 16 Elément réflecteur selon la revendication , caractérisé en ce que l'arrangement ( 47) est disposé afin qu'il réfléchisse le rayonnement proveaant d'une source ( 45) à travers une lentille ( 49).5 17 Elément réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dipôle ( 3) est recoupé par un second dipâle et est destiné à recevoir le rayonnement d'une source ( 45) après réflexion sur un miroir ( 43) sélectif vis-à-vis de la polarisation, le dipÈle ( 3)10 et le second dip 8 le étant disposés afin qu'ils changent la polarisation du rayonnement incident et qu'ils réfléchis- sent celui-ci afin qu'il soit transmis par ledit miroir ( 43). 18 Elément réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dipÈle ( 3) est recoupé par un second dipâle ( 3 ') et est destiné à recevoir un rayonne- ment du vide ou d'une source (Tx) après transmission par un miroir ( 43) sélectif vis-à-vis de la polarisation, le dipÈle ( 3) et le second dipÈle ( 3 ') étant disposés20 afin qu'ils changent la polarisation du rayonnement inci- dent et le réfléchissent soit afin qu'il soit réfléchi par un miroir ( 43) sélectif vis-à-vis de la polarisation sur un récepteur (Rx) soit vers le vide respectivement. 19 Elément réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: ( 1) le dipÈle ( 72) constitue un organe d'un arrangement ( 71) de dipÈles ( 72 a à 72 d) ayant chacun une charge réactive variable respective dont l'amplitude est réglable par une tension appliquée de polarisation,30 ( 2) l'organe diélectrique constitue une lentille ( 74) comprenant un miroir ( 80) sélectif vis-à-vis de la polarisation et il est associé à une seconde lentille ( 76) de plus faible constante diélectrique qui est élevée par rapport à celle du vide, ( 3) un émetteur ( 78) est destiné à diriger le rayonnement sur le miroir ( 80) afin qu'il soit réfléchi vers l'arrangement ( 71), et ( 4) l'arrangement ( 71), le miroir ( 80) et les lentilles ( 74, 76) sont disposés de manière que le rayonne- ment réfléchi par l'arrangement ( 71) soit transmis par le miroir ( 80) et traverse les lentilles ( 74, 76), chaque / 5 dipâle ( 72) réfléchissant le rayonnement à travers une région respective de la surface externe ( 81) de la seconde lentille ( 76). Elément réflecteur selon la revendication 19, caractérisé en ce que chaque dipôle de l'arrangement est recoupé par un second dip Mie respectif. 21 Elément réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dipôle ( 61) est recoupé par un second dipÈle analogue ( 61 '), chacun des dipÈles ( 61, 61 ') ayant une fente et étant destiné à former une charge inductive pour l'autre, les dipÈles ( 61, 61 ') ayant des charges réactives variables comprenant des diodes à capacité variable ( 64 a, 64 b, 64 'a, 64 'b).