Brevet FR2717621A1 — publié le 19950922

1. La présente invention concerne des récepteurs fonc- tionnant dans les largeurs de bande des micro-ondes et des ondes millimétriques qui comprennent une lentille diélectri- que focalisant sur un réseau de détecteurs le rayonnement entrant. En particulier, et sans que cela soit exclusif., la présente invention concerne des récepteurs de ce type pour des systèmes de surveillance et/ou de poursuite, par exemple pour des missiles. Dans de telles applications, il est souhaitable de disposer d'un agencement léger et compact avec une ouverture relativement élevée (typiquement fl.o) et un large champ de vision. Dans un système, la lentille diélectrique focali- se le rayonnement entrant sur un réseau de dipôles en croix (typiquement 8x8) ou de fentes, interconnectés les uns aux autres et avec un circuit de sortie MF au moyen de diodes qui, en même temps que les composants du circuit MF, peuvent être 2. formées monolithiquement sur un substrat d'un matériau ayant la même constante diélectrique que le matériau de la lentil- le fixé à cette dernière. Les deux dipôles de chaque paire répondent respectivement au rayonnement reçu, polarisé linéai- rement, et à un signal d'oscillateur local polarisé linéaire- ment perpendiculairement qui est rayonné directement sur le réseau et ces deux signaux sont mélangés de manière à former un signal MF. Le signal de l'oscillateur local peut être rayonné sur le réseau antenne/mélangeur dans la même direction que le rayonnement entrant reçu, par exemple en employant une an- tenne de correction située sur la surface avant de la lentil- le comme cela est décrit dans la demande de brevet britannique en attente de la demanderesse n 8 511 488 ou au moyen d'un réflecteur de polarisation placé soit à l'avant de la lentil- le soit dans le matériau même de la lentille et alimenté avec un signal d'oscillateur local en provenance d'une sour- ce dirigée transversalement. De manière à obtenir le captage et la focalisa- tion du rayonnement,on a proposé plusieurs systèmes: une len- tille en combinaison avec un ou plusieurs réflecteurs; un agencement à deux lentilles tel que celui décrit dans les demandes de brevets du Royaume-Uni en attente de la deman- deresse n 8511487, n 8514884 et n 8520661 incorporés ici à titre de référence, et un élément à une seule lentille de grandes dimensions. Ces systèmes peuvent avoir de grandes tail- les et être lourds et les performances et le champ de vision peuvent être limités. Ces propriétés militent par conséquent contre l'adoption du récepteur dans des environnements o l'espace et le poids sont limités. Selon un aspect de la présente invention, on pré- voit un récepteur pour recevoir un rayonnement électromagné- tique et comportant un moyen de lentille diélectrique présen- tant une surface antérieure et une surface postérieure, et un réseau d'éléments d'antenne placé à un endroit contigu 3. aux surfaces antérieure et postérieure, au moins une partie de l'autre des surfaces antérieure et postérieure réfléchissant le rayonnement reçu, la lentille étant formée de façon que le rayonnement incident soit initialement réfracté lors de son en- trée dans la lentille, puis réfléchi sur le réseau par la surfa- ce réfléchissante. Dans un agencement préféré, le réseau d'éléments est situé à un endroit contigu à la surface antérieure du moyen de lentille et la surface postérieure réfléchit le rayonnement. En variante, le réseau d'éléments peut être situé à un endroit contigu à la surface postérieure, avec les surfaces antérieure et postérieure de la lentille réfléchissant sélectivement le rayonnement de sorte que le rayonnement réfracté au droit de la surface antérieure est renvoyé par la surface postérieure sur la surface antérieure, d'o la réflexion sur le réseau d'élé- ments d'antenne. La présente invention sera bien comprise lors le la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'un premier mo- de de réalisation d'un récepteur selon la présente invention; et La figure 2 est une vue schématique d'un second mo- de de réalisation du récepteur. Dans les figures, on a représenté deux modes de réalisation d'un récepteur destiné à recevoir un rayonnement dans les largeurs de bande des ondes millimétriques ou des micro-ondes,typiquement dans une fréquence comprise entre 35 et 95 GHz. Les récepteurs sont destinés à être utilisés dans des agencements de poursuite dans lesquels un faisceau de rayon- nement polarisé dans une direction donnée est transmis par un émetteur (non représenté) vers un objet devant être poursuivi d'o il est renvoyé par réflexion vers le récepteur et focali- sé sur un réseau d'éléments d'antenne/mélangeur en même temps qu'un signal d'oscillateur local polarisé dans une direction perpendiculaire à celle du signal reçu. 4. En liaison tout d'abord avec la figure 1, le récep- teur comprend un élément de lentille unique 10, présentant des surfaces antérieure et postérieure 11 et 12, respective- ment, et formé d'un matériau diélectrique qui transmet dans la longueur d'onde présentant de l'intérêt avec des pertes minimales. Un exemple de type approprié de matériau est le polystyrène chargé de dioxyde de titane ayant une constante diélectrique d'au moins 10 et une tangente des pertes ne dépas- sant pas 0,001. La surface postérieure 12 de la lentille est rendue réfléchissante au rayonnement reçu, par exemple par application d'un matériau réfléchissant tel que l'aluminium pour constituer une couche métallisée 13. A la surface anté- rieure 11 de la lentille est fixé un substrat diélectrique 14 qui supporte un réseau intégré plan 15 d'antennes/mélangeurs comprenant chacun une paire de dipôles en croix. Dans chaque cas, l'une des paires de dipôles est sensible au rayonnement polarisé linéairement qui est réfléchi par l'objet poursuivi, alors que l'autre paire répond au rayonnement de l'oscillateur local polarisé linéairement qui est reçu selon une manière décrite ci-dessous. Le rayonnement tombant sur la surface antérieure de la lentille est réfracté au droit de cette surface, puis transmis à la surface postérieure pour être réfléchi sur le réseau 15. Dans le but d'améliorer les caractéristiques de transmission de la lentille, un revêtement diélectrique mul- ticouche peut être appliqué à la surface antérieure. Un signal d'oscillateur local est rayonné par l'in- termédiaire de la surface postérieure 12 de la lentille sur le réseau au moyen d'un cornet pour micro-ondes (non représen- té). Pour permettre la transmission du signal de l'oscillateur local par l'intermédiaire de la surface postérieure, on peut pratiquer une ouverture dans le revêtement réfléchissant, ou bien polariser ce revêtement pour le rendre sensible, par exem- ple former une grille de polarisation, qui transmet avec des pertes minimales le signal polarisé de l'oscillateur local 5. mais réfléchit le rayonnement reçu qui est polarisé orthogo- nalement. On a réalisé et testé deux éléments de lentille fonctionnant sur le principe précédent, l'un (exemple I) ayant une surface antérieure asphérique et une surface posté- rieure sphérique et l'autre (exemple II) ayant des surfaces antérieure et postérieure asphériques. Le matériau de la lentille est du polystyrène chargé de dioxyde de titane. EXEMPLE I Surface Rayon de courbure Séparation Diamètre (mmv (mm) (mm) Antérieure 119,5901 100,0 , 0 Postérieure 166,7242 100,0 Paramètres asphériques de la surface antérieure Constante de section conique: -96, 69 A4: 0,3304 E-5 A6: -0,2120 E-8 A8: 0,5770 E-12 AlO: -0,4822 E-16 Distance focale: 70,0 mm Les performances de cette lentille avec un champ de - 36,5 sont limitées en diffraction dans la longueur d'onde présentant de l'intérêt. EXEMPLE II Surface Rayon de courbure Séparation Diamètre (mm) (mm) (mm) Antérieure 95,7534 100,0 ,0 Postérieure 225,0082 100,0 Paramètres asphériques de la surface antérieure: Constante de section conique: - 46,428 A4: 0,3089 E-5 A6: -0,1858 E-8 A8: 0,5909 E-12 AO: -0,7655 E-16 6. Paramètres asphériques de la surface postérieure: Constante de section conique: 1,706 A4: -0,8153 E-6 A6: 0,1057 E-8 A8: -0,5914 E-12 D: A10: 0,1115 E-15 Distance focale: 77,8 mm Les performances de cette lentille dans un champ de - 33,6 sont limitées en réfraction par la longueur d'on- de présentant de l'intérêt. En liaison maintenant avec la figure 2, il est également possible d'utiliser la surface antérieure 11 de la lentille pour former une surface réfléchissante supplémentai- re. Dans ce cas, le rayonnement incident subira une réfrac- tion lors de sa traversée de la surface antérieure 11, puis sera réfléchi par la surface postérieure 12 pour revenir sur la surface antérieure 11, puis pour tomber sur un réseau plan d'éléments d'antenne/mélangeur sur un substrat 14 fixé à l'arrière de la lentille. Dans ce cas, le signal de l'oscil- lateur local peut être appliqué directement à l'arrière du subs-- trat du réseau. Une couche réfléchissante, ou une surface sen- sible de polarisation, pourrait être appliquée à une zone cen- trale 16 de la surface antérieure 11. L'utilisation d'une sur- face sensible de polarisation minimiserait les pertes de si- gnal car lors de l'entrée dans la lentille le signal de ré- ception polarisé linéairement traverserait la surface sensi- ble de polarisation avec des pertes minimales, mais après réflexion sur la surface postérieure, le rayonnement serait polarisé orthogonalement et serait ainsi réfléchi par la surface antérieure pour tomber sur le réseau d'éléments d'antenne/mélangeur. Ainsi, l'occultation de la surface anté- rieure 11 serait effectivement éliminée. On a conçu et testé un élément de lentille fonctionnant sur ce principe. Le matériau de la lentille était du polystyrène chargé de dioxyde de titane et les deux surfaces antérieure et postérieure étaient asphériques; les 7. oaramètres sont indiqués dans l'exemple suivant. EXEMPLE III Surface Rayon de courbure Séparation Diamètre (mm) (mm.) (mm) Antérieure 237,7165 100,0 ,0 Postérieure 110,6019 100, 0 Paramètres asphériques de la surface antérieure: Constante de section conique: -0,4338 A4: 0,3515 E-5 A6:-0,2416 E-9 A8:-0,2671 E-12 A10: 0,8362 E-16 Paramètres asphériques de la surface postérieure: Constante de section conique: -2,5524 A4: 0,8919 E-6 A6: 0,4679 E-9 A8: 0,9268 E-13 A10:-0,8362 E-16 Distance focale: 77,8 mm Les performances de cette lentille dans un champ de - 6,00 sont limitées en diffraction dans la longueur d'onde présentant de l'intérêt. Dans les exemples précédents, les paramètres asphériques dont il est question sont ceux de la formule sui- vante relative aux lentilles: 23 r CR2 8 2 Z = ((+K^2 +2)| A4R + A6R + A8R + A R10 ! + (!-(l+K).C.R2)l/2 dans laquelle: Z - Profil de la lentille C = Courbure de la surface K = Constante de section conique R = Rayon La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle 8. est au contraire susceptible de modifications et de varian- tes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVENDICATIONS 1 - Récepteur pour la réception d'un rayonnement électromagnétique et comprenant un moyen de lentille diélec- trique (10) présentant une surface antérieure (11) et une surface postérieure (12), et un réseau (15) d'éléments d'an- tenne situé à un endroit contigu aux surfaces antérieure et postérieure, au moins une partie de l'autre des surfaces antérieure et postérieure réfléchissant le rayonnement recu, la lentille étant formée de façon que le rayonnement incident soit initialement réfracté lors de son entrée dans la lentil- le, puis réfléchi par la surface réfléchissante pour être ren- voyé sur le réseau. 2 - Récepteur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le réseau (15) d'éléments est situé à un endroit contigu à la surface antérieure du moyen de lentille, et la surface postérieure réfléchit le rayonnement. 3 - Récepteur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le réseau d'éléments est situé à un endroit con- tigu à la surface postérieure, avec la surface antérieure et la surface postérieure de la lentille réfléchissant sélective- ment le rayonnement de sorte que le rayonnement réfracté au droit de la surface antérieure est réfléchi par la surface postérieure pour être renvoyé sur la surface antérieure, d'o il est réfléchi sur le réseau d'éléments d'antenne. 4 - Récepteur selon la revendication 1, la revendi- cation 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la sur- face antérieure (11) de la lentille est asphérique. - Récepteur selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que la surface postérieure (12) de la lentille est également asphérique. 6 - Récepteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la lentille est en polystyrène chargé de dioxyde de titane.