Brevet FR2717312A1 — publié le 19950915

La présente invention concerne des émetteurs direction- nels orientables et vise à produire un émetteur qui peut rayonner des niveaux de puissance relativement élevés tout en permettant un ajustement précis de la direction du faisceau émis. L'invention convient à l'émission d'une énergie électromagnétique micro-onde à des fréquences qui sont typiquement utilisées dans les appli- cations des radars ou en vue de certains types de communications. Selon l'invention, un émetteur comporte un moyen servant à former et à émettre un faisceau orientable focalisé d'énergie électromagnétique; plusieurs éléments d'antenne placés dans un plan non focal du moyen de formation de faisceau, et un moyen servant à commander les phases relatives de l'énergie rayonnée par les différents éléments de façon que l'énergie se combine pour produire sur un mode constructif un faisceau se trouvant suivant une direction prédéterminée et semblant provenir d'un foyer. Classiquement, un seul élément d'antenne sera matériel- lement placé au niveau du foyer et, dans cette invention, puisque l'énergie totale du faisceau reçoit des contributions de plusieurs éléments d'antenne distincts, l'énergie totale émise peut être très supérieure à celle pouvant être produite par une seule antenne, tandis que, en pratique, le nombre des éléments peut être très grand. Pour optimiser la forme et le profil du faisceau émis, il est préférable de prévoir également un moyen permettant d'ajuster l'amplitude de l'énergie rayonnée par les éléments distincts. Le fait d'ajuster à la fois l'amplitude et la phase de l'énergie électromagnétique rayonnée permet d'exercer une action très précise sur la direction de visée et la largeur du faisceau émis. Chaque antenne peut être associée à un oscillateur distinct qui produit l'énergie à rayonner à la haute fréquence voulue. Dans ce cas, les oscillateurs sont verrouillés ensemble de façon que chacun ait une fréquence voulue et une relation de phase voulue par rapport aux autres oscillateurs. Généralement, les oscillateurs doivent fonctionner à la même fréquence, mais, avec une phase relative qui détermine la direction du faisceau. Selon une autre possibilité, un unique oscillateur de haute puissance peut être prévu à partir duquel on peut appliquer ou non des proportions sélectionnées d'énergie à des antennes sélectionnées. Typiquement, chaque antenne doit recevoir une propor- tion indiquée de l'énergie totale. De nouveau, un ajustement précis de la phase est nécessaire, et cette autre forme de réalisation se révèle utile dans les cas o la capacité de traitement de puissance des antennes distinctes est notablement inférieure à celle des oscillateurs. Les antennes distinctes peuvent prendre toute forme convenable. Par exemple, elles peuvent comprendre des cornets de guide d'ondesdistincts placés de façon à éclairer un réflecteur concave qui est ainsi conformé qu'il forme un faisceau ayant la forme et la direction voulues. Selon une autre possibilité, les antennes distinctes peuvent comprendre des dipôles formés à la surface d'un corps diélectrique, lequel constitue lui-même, ou en combinaison avec un autre corps, une lentille qui met l'énergie électromagnétique dans le faisceau vouluw La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma sous forme de blocs qui indique le principe de l'invention; la figure 2 montre un réseau d'antennes sous forme d'antennes dipôles; et la figure 3 montre un réseau d'antennes sous forme de cornets de guide d'ondes. On se reporte à la figure 1, sur laquelle on peut voir un réseau d'éléments d'antennes distincts 1 qui sont chacun associés à un canal d'émission 8; un seul est présenté en détail, mais tous les canaux sont identiques. Chaque canal comporte un oscillateur de fréquence micro-onde 2 qui alimente l'antenne 1 via un dispositif de déphasage ajustable 3 et un atténuateur ajustable 4 déterminant l'amplitude de l'énergie électromagnétique rayonnée. Les antennes 1 sont placées relativement près les unes des autres si bien que le signal issu de chacune ne se combine qu'avec les autres signaux d'une manière qui est déterminée par leurs faces relatives, c'est-à-dire qu'ils se combinent de manière constructive dans certaines directions et de manière destructive dans d'autres. Les phases relatives sont ainsi choisies que l'énergie se combine de manière constructive dans une direction prédéterminée. Les phases relatives nécessaires à l'obtention de cette combinaison constructive sont produites par un circuit de commande 5 qui fixe les phases voulues pour les différents déphaseurs. Tous les oscillateurs 2 fonctionnent à la même fréquence. Pour produire un ajustement fin de la combinaison constructive, pour ajuster la largeur du faisceau émis et pour minimiser la production des lobes latéraux non souhaitables, les amplitudes des signaux distincts sont égalementréglées par l'atténua- teur ajustable 4, de nouveau sous commande du circuit de commande 5. De cette manière, un très grand nombre d'antennes distinctes peuvent être alimentées par des oscillateurs séparés 2 et un faisceau de très haute puissance peut être produit par combinaison constructive de l'énergie de tous les canaux émetteurs 8. De manière général, la capacité de traitement de puissance des différentes antennes et de leurs déphaseurs associés peut être assez limitée et l'invention permet d'augmenter la puissance émise indépendamment de ces contraintes particulières, car de l'énergie supplémentaire peut être obtenue par adjonction d'antennes sans que ceci entraîne un sacrifice au niveau des conditions de largeur du faisceau. Une forme de l'invention est représentée sur la figure 2, o un certain nombre d'antennes dipôles 20 distinctes sont formées sur la surface plane d'un corps diélectrique 21. Les antennes dipôles pourraient être faites sous forme d'une partie d'un circuit intégré micro-onde monolithique qui comporte au moins l'étage final d'ampli- fication, et elles pourraient être faites en arséniure de gallium ouen silicium. Le corps diélectrique lui-même se présente sous la forme d'une lentille qui réfracte l'énergie produite au niveau des antennes distinctes 20. Les propriétés de la lentille diélectrique sont telles que les faisceaux formés par les antennes distinctes 20 sem- blent provenir d'une source ponctuelle, ou foyer, se trouvant dans un plan focal 22. La puissance combinée de toutes les antennes 20, qui sont placées dans un plan non focal, est très supérieure à ce qui pourrait être produit par une antenne unique placée précisé- ment en un foyer se trouvant dans le plan 22. Ces antennes dipôles peuvent prendre toute forme convenable dans laquelle les dipôles sont faits sous forme de dépôt métallique sur des régions super- ficielles localisées de la lentille diélectrique. Comme cela est connu, l'énergie rayonnée par les dipôles se propage de préférence dans le matériau diélectrique et peut être conforméepar l'effet de lentille de la surface extérieure incurvée 23 de la lentille. En modifiant les phases relatives de l'énergie rayonnée par les antennes 20, on peut décaler la position du foyer à l'intérieur du plan 22. Ainsi, on peut le décaler d'un point 24 situé sur l'axe jusqu'à un point 25 amenant le faisceau émis à viser une direction différente, le décalage angulaire e dépendant du décallage latéral A du foyer. Ce décalage de direction n'est obtenu que par ajustement de la phase et de l'amplitude des différentes antennes 20 en fonction des explications données en relation avec la figure 1. Un autre mode de réalisation de l'invention est présenté sur la figure 3, o plusieurs antennes distinctes 30, sous forme de cornets de guide d'ondes, sont placées dans un plan unique situé en avant d'un réflecteur d'antenne incurvé 31. De nouveau, on ajuste les phases et les amplitudes des signaux rayonnés par les antennes distinctes de façon que l'énergie semble venir d'une source ponctuelle d'énergie, ou foyer, située dans un plan 32. En modifiant la phase et l'amplitude de l'énergie rayonnée, il est possible de décaller le foyer à l'intérieur du plan 32, du point 33 jusqu'au point 34, ce qui amène le faisceau à être émis dans une direction différente. Il est possible de désaxer la position des antennes 30 par rapport à l'axe du faisceau formé par le réflecteur 31 de sorte que celui-ci n'arrête pas, ou ne fasse pas obstacle, à l'énergie rayonnée. Si cela est commode, il est possible d'employer un système Cassegrain utilisant un sous-réflecteur. Dans les deux cas représentés sur les figures 2 et 3, on peut ajuster la phase et l'amplitude sur un très large intervale de façon que la position du foyer puisse être de même modifiée dans une grande mesure. Comme on peut prévoir un très grand nombre d'éléments d'antenne, la puissance émise totale est elle-même grande, de manière correspondante. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Emetteur caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (2) servant à former et à émettre un faisceau orientable focalisé d'énergie électromagnétique; plusieurs élements d'antenne (1; 20; 30) placés dans un plan non focal du moyen de formation de faisceau, et un moyen (3) servant à ajuster les phases relatives de l'énergie rayonnée par les divers élements de façon que l'énergie se combine en produisant de manière constructive un faisceau qui est situé dans une direction prédéterminée, et qui semble provenir d'un foyer. 2. Emetteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens (4) sont prévus pour ajuster l'amplitude de l'énergie rayonnée par les éléments distincts. 3. Emetteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque antenne est associée à un osciflateur (2) distinct qui produit l'énergie à rayonner. 4. Emetteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'.un unique oscillateur de haute puissance est prévu, duquel des proportions choisies d'énergie sont appliquées ou non à des antennes choisies. 5. Emetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les antennes comprennent des cornets de guide d'ondes distincts (30) qui sont disposés de façon à éclairer un réflecteur concave (31), lequel est conformé de manière à produire un faisceau ayant la forme et la direction voulues. 6. Emetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les antennes comprennent des dipOles (20) formés à la surface d'un corps diélectrique (21) qui comprend lui-même, ou en combinaison avec un autre corps, une lentille qui forme l'énergie électromagnétique suivant le faisceau voulu.