Brevet FR2765406A1 — publié le 19981231

Description La présente invention concerne une antenne à ou- verture à bords en forme d'hélice comportant un guide d'ondes d'alimentation déformé pour convertir des modes qui se propa-5 gent suivant une forme d'hélice, en un faisceau de Gauss, les déformations internes dans les segments étant réparties sur la longueur et la largeur. Cette antenne à ouverture fait partie d'un sys- tème convertisseur composé de cette antenne coupée en forme d'hélice, et de plusieurs miroirs. Les déformations servent à convertir les modes injectés TE ou TM en un mélange de modes pour émettre un faisceau approximativement de type de Gauss. Celui-ci est complété par les miroirs pour donner un faisceau de Gauss. On connaît jusqu'à présent deux principes pour avoir une conversion efficace. Selon le principe connu des spécialistes sous la dénomination de convertisseur de Deni- sov, on génère des modes supplémentaires dans le guide d'ondes d'alimentation à l'aide de perturbations périodiques donnant globalement une distribution d'ouverture proche de l'illumination de l'ouverture nécessaire pour former un rayonnement de Gauss. Les difficultés de ce procédé sont que le guide d'ondes d'alimentation est relativement long et que le choix des modes de conversion est limité, comme cela sera décrit ultérieurement. En outre, les déformations sont fai- bles et sont sensiblement de l'ordre de grandeur de dix fois les tolérances de fabrication actuelles. Comme seconde possibilité, on peut utiliser des miroirs de correction de phase que l'on peut calculer selon le procédé décrit dans le document (A. A. Bogdashov, A. V. Chirkov, G. G. Denisov, D. D. Vinogradov, A. N. Kuftin, V. I. Malygin, V. E. Zapevalov, 1995, Mirror Synthesis for Gyrotron Quasi-optical Mode converters, J. Of Inf. and Millimeter Wa- ves, Vol. 16, No. 4, pp 735-744). Les problèmes dans ce cas sont ceux liés aux tolérances étroites à la fabrication et à l'ajustage. La présente invention a pour but de trouver des déformations internes qui ne limitent pas le choix du mode et permettant d'avoir un guide d'ondes d'alimentation relative- ment court par comparaison à celui des convertisseurs de type Denisov, et qui soit moins sensible aux tolérances de fabri- cation. Pour comprendre le fonctionnement, on évoquera ci-5 après la théorie du développement des modes tournants dans un guide d'ondes, et la représentation d'un guide d'ondes par une série de miroirs reliés. On peut représenter par un faisceau en géométrie optique (g.o.), les modes TEmn ou TMmn qui se propagent sui- vant une forme d'hélice dans un guide d'ondes cylindrique et qui, pour un rayon: Rc = m/Xmn Rw forment une caustique (figure 1). Dans cette relation on a: Xmn: valeur propre du mode Rw: rayon du guide d'ondes d'alimentation. Un faisceau g.o. qui arrive sur le guide d'ondes est réfléchi vers un point décalé, dans la direction de l'azimut, suivant un angle Rw 4. On a: = arc cos (m/Xmn) Le segment d'angle correspondant est rencontré exactement une fois par tous les faisceaux représentant le mode. Dans la direction axiale, le mode se propage de la longueur suivante: Lc = 2 7 Rw tan Osin /4 Lorsqu'il a tourné une fois de 2X. 0 est l'angle de Brillouin du mode. Pour cette raison, on peut considérer le guide d'ondes comme une série de miroirs reliés qui sont des paral- lélogrammes de longueur Lc et de largeur e* que multiplie Rw. La figure 2 montre le développement du guide d'ondes et les différents segments de miroirs reliés. Le bord, qui apparai- trait d'une antenne coupée en hélice, est tracé par un trait épais. De façon générale, l'angle (2x) n'est pas un mul- tiple entier de l'angle. Mais pour un convertisseur de type Denisov, cela est nécessaire au moins approximativement, ce qui limite le choix des modes. Le problème selon l'invention est résolu en ce qu'on déforme les différents segments de miroirs pour que, d'un segment de miroir à l'autre, on ait un maximum au centre du segment de façon qu'à l'extrémité, il se forme sur un tel segment une distribution de Gauss. Le type de déformation peut se calculer en optique géométrique (A. Môbius et J. Pretterebner, 1991, Avoidance of edge diffraction by feed wa- veguide deformation, Dig. 16th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, in Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng., 1514, pp 209-210). Il faut effectuer une telle conversion de la dis- tribution de puissance sur les segments de miroirs, à la fois dans la direction transversale et dans la direction axiale. Une conversion qui est faite d'abord dans la direction axiale puis dans la direction transversale ou inversement, crée la difficulté que le résultat de la première conversion est par- tiellement annulée par la conversion suivante. Une conversion simultanée par multiplication des profondeurs de déformation dans la direction axiale ainsi que dans la direction azimu- tale, n'est pas possible car pour la conversion dans la di- rection transversale il faut pour le premier segment une déformation vers l'intérieur (voir figure 3) puis vers l'extérieur alors que, pour la conversion axiale, l'ordre est inversé. L'invention résout ce problème en échangeant la séquence de conversion soit dans la direction axiale, soit dans la direction transversale. Cela est représenté à titre d'exemple pour un échange de la conversion dans la direction transversale. On a ainsi, dans la direction transversale, l'inverse de la distribution initialement recherchée, c'est- à-dire que les maxima apparaissent aux bords des différents segments. Les intervalles entre les maxima restent toutefois les mêmes. Si l'on définit des segments qui sont positionnés de manière décalée pour que les maxima se situent en leur mi- lieu, on peut couper le convertisseur le long d'un tel seg- ment et émettre un faisceau de Gauss. Cette disposition évite en outre les gradins dans le guide d'ondes d'alimentation dé- formé. La figure 4 en donne un exemple. Une variante de ce convertisseur est une antenne Dual-Cut qui émet le faisceau dans deux directions. Dans une antenne de type Denisov, il faut que l'angle 2x soit un mul-10 tiple entier de l'angle. Une telle limitation n'existe pas dans le principe de conversion de l'invention. Comme le mon- tre la figure 5, les segments déformés peuvent être décalés de manière appropriée suivant la ligne de séparation. La conversion ne se fait pas directement. Ces dé- formations sont choisies faibles de sorte qu'on a la possibi- lité de laisser un chemin de temps de parcours entre les déformations entre lesquelles la puissance se focalise comme souhaitée. La présente invention sera explicitée à l'aide des dessins dans lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale du guide d'ondes avec projection des faisceaux g.o. représentant le mode, - la figure 2 montre le guide d'ondes développé dans le plan r=constante, avec les segments de miroirs, - la figure 3 montre les déformations internes calculées en optique géométrique dans la section du guide d'ondes, - la figure 4 montre le développement du guide d'ondes dans le plan, avec des cavités et des bossages (quatre segments déformés), et le bord de l'antenne et - la figure 5 montre une antenne de type Dual-Cut. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Antenne à ouverture à bords en forme d'hélice comportant un guide d'ondes d'alimentation déformé pour convertir des mode TE ou TM qui se propagent suivant une forme d'hélice, en un faisceau de Gauss, les déformations internes dans les seg- ments étant réparties sur la longueur Lc et la largeur *Rw, caractérisée en ce que les déformations dans la direction transversale sont conçues pour que les maxima de l'intensité de champ se forment au ni-10 veau des bords transversaux, ce qu'on obtient par échange de la succession des segments générant, dans la direction azimu- tale, une distribution de Gauss de l'intensité du champ, et la coupe axiale est décalée en hélice d'un demi-segment ó*Rw/2, ou les déformations dans la direction axiale sont conçues pour que les maxima des intensités du champ se forment au niveau des bords axiaux, ce qu'on obtient par échange de l'ordre des segments générant dans la direction axiale une répartition de Gauss de l'intensité du champ, et la coupe en forme d'hélice est décalée de Lc/2 dans la direction axiale, ce qui permet une multiplication de la profondeur des déformations évitant les gradins dans le guide d'ondes d'alimentation déformé. 2 ) Antenne à ouverture en hélice selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'antenne est une antenne à ouverture Dual-Cut pour laquelle les segments déformés sont décalés le long de leur ligne de coupe pour que les conditions d'une position appropriée de la coupe axiale en hélice selon la revendication 1, soient sa- tisfaites. 3 ) Antenne à ouverture en hélice selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les déformations des segments sont faibles et, entre elles, il y a des intervalles de temps de parcours à déformations très faibles ou sans déformation.