Brevet FR2813995A1 — publié le 20020315

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un coupleur directionnel utilisant des lignes diélectriques en tant que voies de transmission, un dispositif d'antenne incorporant le coupleur directionnel et un système de radar incluant le dispositif d'antenne. 2. Description de l'art antérieur Un coupleur directionnel utilisant des lignes diélectriques en tant que voies de transmission est décrit dans les publications de demande de brevet non examinée du Japon n 8-8621 et 10-200331. La publication de demande de brevet non examinée du Japon n 8-8621 concerne un coupleur directionnel qui utilise un guide d'ondes diélectrique non rayonnant (ci-après appelé "guide NRD"). Du fait de sa faible perte de transmission dans un guide NRD unique, le mode LSM est utilisé en tant que mode de transmission dans une partie de couplage du coupleur directionnel. Une partie incurvée présente un rayon de courbure ayant l'une de plusieurs valeurs discrètes de façon à produire une perte plus faible. Le coupleur directionnel est adapté pour propager des ondes électromagnétiques dans à la fois le mode LSM et le mode LSE. Par conséquent, des problèmes surviennent du fait qu'une commutation de mode est susceptible de se produire dans la partie de couplage directionnel, d'o ainsi des instabilités ou des ondulations dans la caractéristique de perte d'insertion en fonction de la fréquence. La publication de demande de brevet non examinée du Japon n 10-200331 est orientée vers un dispositif d'antenne incorporant un coupleur directionnel qui utilise des lignes diélectriques en tant que voies de transmission, dans lequel la ligne secondaire est déplacée parallèlement à la ligne primaire afin d'obtenir un balayage de faisceau. Un espace entre les deux lignes du coupleur directionnel forme un piège, ce qui empêche une perte d'onde de fuite. Cependant, lorsque le coupleur directionnel est adapté pour propager des ondes électromagnétiques dans le mode LSM et dans le mode LSE, une perte résultant de la commutation de mode se produit, comme dans le coupleur directionnel décrit dans la publication de demande de brevet non examinée du Japon n 8-8621. Si les ondes électromagnétiques sont propagées seulement dans le mode LSM01 en tant que mode primaire, il y a également des problèmes du fait que les ondes électromagnétiques sont susceptibles de fuir depuis l'espace entre la ligne primaire et la ligne secondaire, ce qui peut augmenter la perte d'insertion. RESUME DE L'INVENTION Par conséquent, la présente invention propose un coupleur directionnel compact qui résout les problèmes de l'augmentation de la perte d'insertion due à une commutation de mode dans la partie de couplage de la ligne primaire et de la ligne secondaire qui forment le coupleur directionnel, laquelle invention offre une amélioration dans la flexibilité de la conception dans la partie incurvée et laquelle invention supprime ou atténue une fuite des ondes électromagnétiques depuis l'espace entre la ligne primaire et la ligne secondaire du coupleur directionnel lorsqu'elles sont séparées l'une de l'autre. La présente invention propose en outre un dispositif d'antenne compact incorporant un coupleur directionnel compact présentant une faible perte, lequel dispositif atteint un balayage de faisceau à haut débit, et la présente invention propose un système de radar compact présentant une capacité de détection élevée en utilisant le dispositif d'antenne. A cette fin, un coupleur directionnel inclut deux lignes diélectriques non rayonnantes dont chacune comprend une paire de surfaces conductrices planes placées sensiblement parallèlement l'une à l'autre et une bande diélectrique disposée entre elles, les deux lignes diélectriques non rayonnantes étant couplées l'une à l'autre de telle sorte qu'au moins des parties des bandes diélectriques soient proches I'une de l'autre et s'étendent parallèlement l'une à l'autre. Le mode de transmission principal des ondes électromagnétiques à la fréquence utilisée est un mode LSE, les ondes électromagnétiques étant propagées dans les lignes diélectriques non rayonnantes. Le mode LSE est utilisé en tant que mode de transmission principal, d'o ainsi le maintien d'une perte faible et la réalisation d'un coupleur directionnel compact. De préférence, la dimension en coupe transversale des bandes diélectriques et l'espace entre les surfaces conductrices planes sont définis de telle sorte que des ondes électromagnétiques à la fréquence utilisée puissent être propagées seulement dans le mode LSE dans les lignes diélectriques non rayonnantes. Par conséquent, la perte provoquée par une commutation de mode entre le mode LSE et le mode LSM dans la partie incurvée peut être supprimée ou atténuée. Les deux lignes diélectriques non rayonnantes qui forment le coupleur directionnel peuvent être séparées en séparant des surfaces s'étendant le long de la direction longitudinale des deux bandes diélectriques, et les deux lignes diélectriques non rayonnantes peuvent être placées dans la direction longitudinale des bandes diélectriques afin d'être déplacées de façon relative l'une par rapport à l'autre. Par conséquent, les deux lignes diélectriques non rayonnantes peuvent être déplacées de façon relative l'une par rapport à l'autre tandis qu'elles sont couplées l'une à l'autre, d'o ainsi la réduction de la perte due à une fuite des ondes électromagnétiques depuis les surfaces de séparation. Chacune des deux lignes diélectriques non rayonnantes peut inclure des plaques conductrices qui supportent la bande diélectrique et les surfaces opposées des plaques conductrices qui correspondent aux surfaces de séparation des lignes diélectriques non rayonnantes comprennent de préférence des gorges de piégeage formées dedans. Ceci permet de supprimer ou d'atténuer de façon fiable une fuite des ondes électromagnétiques dans le mode LSE depuis un espace entre les surfaces opposées des plaques conductrices. Selon un autre aspect de la présente invention, un dispositif d'antenne inclut un émetteur primaire connecté à l'une de deux lignes diélectriques non rayonnantes dans un coupleur directionnel qui sont séparées l'une de l'autre, et une lentille diélectrique qui effectue une focalisation de façon substantielle sur l'émetteur primaire. Par conséquent, l'émetteur primaire peut être déplacé de façon relative par rapport à la lentille diélectrique lorsque les deux lignes diélectriques non rayonnantes dans la partie de couplage directionnel sont déplacées de façon relative, d'o ainsi l'obtention d'un balayage de faisceau à grande vitesse. Selon encore un autre aspect de la présente invention, un système de radar inclut une unité pour émettre et recevoir des ondes électromagnétiques, et l'unité inclut le dispositif d'antenne décrit précédemment. Par conséquent, le système de radar pris dans sa globalité devient compact puisqu'il incorpore un dispositif d'antenne incluant un coupleur directionnel compact et léger et ainsi, on peut obtenir un balayage de faisceau à grande vitesse. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description qui suit de modes de réalisation de l'invention qui se rapportent aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en perspective d'un coupleur directionnel selon un premier mode de réalisation de la présente invention, une plaque conductrice supérieure ayant été ôtée; les figures 2A et 2B sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'un modèle à deux lignes couplées du coupleur directionnel représenté sur la figure 1; les figures 3A et 3B sont des graphiques qui représentent un exemple de caractéristiques du modèle à deux lignes couplées; les figures 4A et 4B sont respectivement une vue en perspective et une vue en coupe d'un coupleur directionnel selon un second mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 illustre schématiquement un exemple de la distribution de champ magnétique dans la partie principale du coupleur directionnel représenté sur la figure 4; la figure 6 illustre schématiquement une distribution de champ électrique dans la partie principale d'un coupleur directionnel constituant un exemple comparatif; la figure 7 illustre schématiquement la distribution de champ magnétique dans la partie principale d'un coupleur directionnel constituant un exemple comparatif; la figure 8 est une vue de dessus d'un dispositif d'antenne selon un troisième mode de réalisation de la présente invention; et la figure 9 est un schéma fonctionnel d'un système de radar selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Un coupleur directionnel selon un premier mode de réalisation de la présente invention est décrit par report aux figures 1 à 3B. La figure 1 est une vue en perspective du coupleur directionnel, une plaque conductrice supérieure ayant été ôtée. Par report à la figure 1, le coupleur directionnel inclut une plaque conductrice inférieure 1 et des bandes diélectriques 3 et 4 qui sont formées en découpant un matériau tel que du polytétrafluoroéthylène (PTFE). Le coupleur directionnel inclut en outre une plaque conductrice supérieure 2 (voir figure 2B) qui est disposée en parallèle à la plaque conductrice inférieure 1 de façon à ce que les bandes diélectriques 3 et 4 puissent être prises en sandwich entre les plaques conductrices supérieure et inférieure 1 et 2. Dans l'illustration de la figure 1, la bande diélectrique 3 comprend une partie droite et une partie incurvée et elle est proche d'une partie droite de la bande diélectrique 4, tout en en étant espacée par un espace de couplage G, de façon à s'étendre parallèlement à elle sur une certaine longueur L. Les figures 2A et 2B illustrent un modèle à deux lignes couplées présenté à titre d'exemple qui correspond sensiblement à une partie de couplage directionnel du coupleur directionnel représenté sur la figure 1. La figure 2A est une vue de dessus des bandes diélectriques 3 et 4 et la figure 2B est une vue en coupe des bandes diélectriques 3 et 4, cette coupe étant prise suivant un plan perpendiculaire aux axes des bandes diélectriques 3 et 4. Sur les figures 2A et 2B, la longueur de couplage des deux lignes couplées est indiquée par L et l'espacement entre les plaques conductrices supérieure et inférieure 1 et 2 est indiqué par h, la largeur des bandes diélectriques 3 et 4 est indiquée par a et l'espace de couplage est indiqué par G. Dans cette illustration, G = 0,4 mm et h = 1,8 mm. Les figures 3A et 3B représentent les caractéristiques pour le mode LSM et le mode LSE en tant que modes de transmission sur le modèle représenté sur les figures 2A et 2B. La figure 3A est une caractéristique qui représente la longueur de couplage L pour une valeur de couplage de 0 dB tandis que la largeur a des bandes diélectriques 3 et 4 varie. La figure 3B est une caractéristique qui représente la perte de transmission tandis que la largeur a varie. Comme représenté sur la figure 3B, lorsque le coupleur directionnel qui utilise un couplage de champ électrique dans le mode LSM est formé, la largeur de ligne optimum a qui produit la perte de transmission minimum est de 2,0 mm et lorsque le coupleur directionnel qui utilise un couplage de champ magnétique dans le mode LSE est formé, la largeur de ligne optimum a qui produit la perte de transmission minimum est de 1,5 mm. Comme représenté sur la figure 3, la longueur de couplage qui produit la perte d'insertion minimum dans le coupleur directionnel utilisant un couplage de champ électrique dans le mode LSM est de 9,2 mm et la longueur de couplage qui produit la perte d'insertion minimum dans le coupleur directionnel utilisant un couplage de champ magnétique dans le mode LSE est de 6,5 mm. Typiquement, dans un guide unique NRD, le mode de transmission utilisé est le mode LSM, tandis que le mode LSE est un mode non souhaitable du fait que la perte de transmission dans le mode LSM est inférieure à la perte de transmission dans le mode LSE. Cependant, dans le coupleur directionnel, comme représenté sur la figure 3B, il n'y a pas sensiblement de différence dans la perte de transmission entre le mode LSM et le mode LSE. En lieu et place, la longueur de couplage dans le coupleur directionnel peut être plus courte lorsque le mode LSE est utilisé que lorsque le mode LSM est utilisé, d'o ainsi l'obtention d'un coupleur directionnel compact. En outre, lorsque le coupleur directionnel utilisant un couplage de champ magnétique dans le mode LSE fournit la longueur de couplage optimum (a = 1,5 mm), le mode LSM est sensiblement inopérant ou coupé, comme représenté sur la figure 3B, o une transmission seulement dans le mode LSE est obtenue de façon substantielle. Une plage A (o a est égal à approximativement 1,25 à 1,5 mm) représentée sur la figure 3B représente une plage de transmission dans seulement le mode LSE. A l'inverse, le mode LSM est un mode non souhaitable et le couplage dans un tel mode non souhaitable est empêché. Un coupleur directionnel selon un second mode de réalisation de la présente invention est décrit par report aux figures 4A à 7. La figure 4A est une vue en perspective d'une partie à deux lignes couplées du coupleur directionnel et la figure 4B est une vue en coupe de la partie à deux lignes couplées, cette coupe étant prise suivant le plan perpendiculaire aux axes des bandes diélectriques 3 et 4. Sur les figures 4A et 4B, les plaques conductrices en forme de pavé ou de parallélépipède 5 et 6 réalisées en métal comportent chacune des gorges principales formées dedans de façon à constituer des surfaces conductrices planes qui sont placées parallèlement l'une à l'autre, et les bandes diélectriques 3 et 4 sont respectivement reçues dans les gorges principales. La plaque métallique en forme de pavé 5 et la bande diélectrique 3 forment un guide NRD et la plaque métallique en forme de pavé 6 et la bande diélectrique 4 forment un autre guide NRD. Les surfaces opposées des plaques métalliques en forme de pavé 5 et 6 correspondent à "des surfaces de séparation des lignes diélectriques non rayonnantes" conformément à la présente invention. La surface de séparation de la plaque métallique en forme de pavé 5 comprend des gorges de piégeage 7 formées dedans de façon à s'étendre suivant la direction de profondeur qui est perpendiculaire à la surface de séparation. La position et la profondeur des gorges de piégeage 7 sont définies de façon à ce qu'un court-circuit se produise au niveau des emplacements o elles sont espacées sensiblement d'un multiple entier d'une demi-longueur d'onde de l'onde d'émission par rapport aux surfaces conductrices planes qui sont amenées en contact avec les surfaces supérieure et inférieure de la bande diélectrique 3. Par souci d'illustration, les dimensions des composants représentés sur la figure 4B sont en millimètres dans le cas o la fréquence utilisée est de 76,5 GHz et o le coupleur directionnel utilise un couplage magnétique dans le mode LSE. Les figures 6 et 7 représentent la façon dont des ondes électromagnétiques fuient au niveau de surfaces de séparation d'un coupleur directionnel classique qui utilise un couplage de champ électrique dans le mode LSM. La figure 6 illustre la distribution de champ électrique et la figure 7 illustre la distribution de champ magnétique. Comme on peut le comprendre à partir des figures 6 et 7, dans le coupleur directionnel utilisant le couplage de champ électrique dans le mode LSM, le conducteur est divisé par les surfaces de séparation perpendiculairement à la direction suivant laquelle un courant circule, de telle sorte que le courant est bloqué par les surfaces de séparation, d'o ainsi la production d'une plus grande quantité de fuite des ondes électromagnétiques. Classiquement, les gorges 7 sont utilisées en tant que piège afin de supprimer ou atténuer une fuite des ondes électromagnétiques depuis la surface de séparation du conducteur et cependant, une fuite d'approximativement 0,2 à 0,3 dB est inévitable. La figure 5 illustre la distribution de champ magnétique lorsque le coupleur directionnel utilise un couplage de champ magnétique dans le mode LSE. Le coupleur directionnel qui utilise un couplage de champ magnétique dans le mode LSE dans lequel le conducteur est séparé parallèlement à la direction suivant laquelle un courant circule est moins influencé par la séparation du conducteur, d'o ainsi une fuite des ondes électromagnétiques qui est réduite de façon significative. Par conséquent, la fuite provoquée par la séparation des deux guides NRD qui forment le coupleur directionnel est sensiblement réduite même s'il n'y a pas d'effet de piégeage. Un piège réduira encore la perte par fuite. Théoriquement, si un espace est généré entre les surfaces de séparation des deux guides NRD, les guides NRD deviennent asymétriques, ce qui provoque un mode non souhaitable (le mode LSM), ce qui conduit au fait qu'un couplage dans un tel mode non souhaitable se produit. Cependant, les guides NRD selon le second mode de réalisation utilisent la transmission dans seulement le mode LSE, ce qui conduit à un moindre couplage dans un tel mode non souhaitable et à une petite perte résultant d'une commutation de mode. Un dispositif d'antenne selon un troisième mode de réalisation de la présente invention est décrit par report à la figure 8. La figure 8 est une vue de dessus du dispositif d'antenne et dans cette vue, une plaque conductrice supérieure a été ôtée. Le dispositif d'antenne inclut des plaques conductrices inférieures 11 et 12, des bandes diélectriques 3 et 4 formées respectivement sur les plaques conductrices inférieures 11 et 12 et des plaques conductrices supérieures (non représentées) placées respectivement sur les bandes diélectriques 3 et 4 afin de former deux guides NRD. Les deux lignes sont couplées au niveau de la partie o les bandes diélectriques 3 et 4 sont proches l'une de l'autre et s'étendent parallèlement l'une à l'autre afin de produire un coupleur directionnel. Un émetteur primaire 8 qui comprend un résonateur diélectrique est disposé au niveau d'une extrémité de la bande diélectrique 4 et la plaque conductrice supérieure recouvrant la bande diélectrique 4 présente une ouverture formée dedans au travers de laquelle les ondes électromagnétiques sont émises ou arrivent en incidence suivant la direction perpendiculaire à cette ouverture. Une lentille diélectrique 9 qui effectue sensiblement une focalisation sur l'émetteur primaire 8 est en outre prévue. Sur la figure 8, un premier guide NRD qui est composé de la plaque conductrice inférieure 12, de la plaque conductrice supérieure associée et de la bande diélectrique 4 formée entre, ainsi que l'émetteur primaire 8 sont situés dans une unité mobile, tandis que l'autre guide NRD qui est composé de la plaque conductrice inférieure 11, de la plaque conductrice supérieure associée et de la bande diélectrique 3 formée entre est situé dans une unité fixe. La lentille diélectrique 9 est également fixe. Quand l'unité mobile se déplace suivant les directions indiquées par les flèches sur la figure 8, la position relative de l'émetteur primaire 8 par rapport à la lentille diélectrique 9 est déplacée de façon à ce qu'un balayage de faisceau se produise. Plus spécifiquement, pendant l'émission, les ondes électromagnétiques dans le mode LSE qui sont émises depuis un circuit radio fréquence ou haute fréquence (RF) sont guidées dans l'émetteur primaire 8 via le coupleur directionnel et les ondes électromagnétiques sont émises suivant la direction perpendiculaire au plan du dessin via la lentille diélectrique 9. Lorsque les ondes électromagnétiques arrivent en incidence dans le sens opposé, le signal de réception permet à ces ondes d'être propagées dans le mode LSE dans le guide NRD dans l'unité mobile via l'émetteur primaire 8, et ce signal de réception permet à ces ondes d'être propagées dans le mode LSE dans le guide NRD dans l'unité fixe via la partie de couplage directionnel. Puis le signal de réception est émis sur le circuit RF. Un système de radar selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention est décrit par report à la figure 9. Sur la figure 9, le système de radar inclut un oscillateur commandé en tension (VCO) 20 incorporant une diode Gunn, une diode varicap et similaire, un isolateur 21 pour empêcher qu'un signal réfléchi ne soit envoyé en retour sur le VCO 20, un coupleur directionnel 22 comprenant des guides NRD pour extraire une partie du signal d'émission en tant que signal local et un circulateur 23 pour appliquer le signal d'émission sur un émetteur primaire 8 d'une antenne 24 et pour transmettre le signal de réception sur un mélangeur 25. Le mélangeur 25 combine le signal de réception avec le signal local pour émettre en sortie un signal de fréquence intermédiaire. Un amplificateur de fréquence intermédiaire ou IF 26 amplifie le signal de fréquence intermédiaire et émet en sortie le signal résultant sur un circuit de traitement de signal 27 en tant que signal IF. Le circuit de traitement de signal 27 détermine la distance jusqu'à la cible et la vitesse relative par rapport à la cible sur la base de la relation entre le signal de modulation du VCO 20 et le signal de réception. Le dispositif d'antenne représenté sur la figure 8 est employé entre le circulateur 23 et l'émetteur primaire 8. Comme décrit précédemment, la longueur de couplage L de la partie de couplage directionnel dans le dispositif d'antenne peut être plus courte que celle dans un coupleur directionnel présentant la structure classique, d'o ainsi la réalisation d'une unité mobile compacte et légère. Ceci réduit la charge imposée sur un actionneur linéaire pour entraîner l'unité mobile, et il en résulte une fiabilité améliorée. Plus l'unité mobile est légère, cette unité constituant une charge, plus l'actionneur linéaire est compact, d'o ainsi l'obtention d'un dispositif d'antenne compact, et le système de radar pris dans sa globalité devient en conséquence compact. Pour la même raison, un balayage de faisceau à plus grande vitesse est possible, et une détection de la cible ainsi qu'une détection de la distance jusqu'à la cible et de la vitesse relative par rapport à la cible peuvent être obtenues dans une période temporelle plus courte sur une plage de balayage de faisceau plus large. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, de nombreuses autres variantes et modifications ainsi que d'autres utilisations apparaîtront à l'homme de l'art. Par conséquent, la présente invention n'est pas limitée à la description spécifique qui a été présentée ici. REVENDICATIONS 1. Coupleur directionnel caractérisé en ce qu'il comprend: deux lignes diélectriques non rayonnantes dont chacune comprend une paire de surfaces conductrices planes placées sensiblement parallèlement l'une à l'autre et une bande diélectrique disposée entre elles, lesdites deux lignes diélectriques non rayonnantes étant couplées l'une à l'autre par au moins des parties des bandes diélectriques (3, 4) qui sont proches l'une de l'autre et qui s'étendent parallèlement l'une à l'autre, le mode de transmission principal des ondes électromagnétiques qui sont propagées dans les lignes diélectriques non rayonnantes à la fréquence utilisée étant un mode LSE. 2. Coupleur directionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ondes électromagnétiques à la fréquence utilisée sont propagées seulement dans le mode LSE dans les lignes diélectriques non rayonnantes. 3. Coupleur directionnel selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites deux lignes diélectriques non rayonnantes sont déplacées de façon relative l'une par rapport à l'autre suivant la direction longitudinale des bandes diélectriques (3, 4). 4. Coupleur directionnel selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les surfaces de ladite paire de surfaces conductrices planes sont divisées en un emplacement situé entre lesdites deux lignes diélectriques non rayonnantes de façon à former des surfaces de séparation, les surfaces de séparation s'étendant suivant la direction longitudinale des deux bandes diélectriques (3, 4). 5. Coupleur directionnel selon la revendication 4, caractérisé en ce que les surfaces conductrices planes disposées parallèlement l'une à l'autre comprennent des plaques conductrices (1, 2) qui supportent les bandes diélectriques (3, 4), les surfaces opposées des plaques conductrices correspondent aux surfaces de séparation desdites deux lignes diélectriques non rayonnantes et les surfaces opposées comprennent des gorges de piégeage (7) formées dedans. 6. Dispositif d'antenne caractérisé en ce qu'il comprend: un coupleur directionnel selon la revendication 3; un émetteur primaire (8) connecté à l'une des lignes diélectriques non rayonnantes dans ledit coupleur directionnel; et une lentille diélectrique (9) qui effectue une focalisation sensiblement au niveau dudit émetteur primaire (8). 7. Système de radar caractérisé en ce qu'il comprend une unité pour émettre et recevoir des ondes électromagnétiques et, connecté à lui, un dispositif d'antenne selon la revendication 6. 8. Dispositif d'antenne caractérisé en ce qu'il comprend: un coupleur directionnel selon la revendication 4; un émetteur primaire (8) connecté à l'une des lignes diélectriques non rayonnantes dans ledit coupleur directionnel; et une lentille diélectrique (9) qui effectue une focalisation sensiblement au niveau dudit émetteur primaire (8). 9. Système de radar caractérisé en ce qu'il comprend une unité pour émettre et recevoir des ondes électromagnétiques et, connecté à lui, un dispositif d'antenne selon la revendication 8. 10. Dispositif d'antenne caractérisé en ce qu'il comprend: un coupleur directionnel selon la revendication 5; un émetteur primaire (8) connecté à l'une des lignes diélectriques non rayonnantes dans ledit coupleur directionnel; et une lentille diélectrique (9) qui effectue une focalisation sensiblement au niveau dudit émetteur primaire (8). 11. Système de radar caractérisé en ce qu'il comprend une unité pour émettre et recevoir des ondes électromagnétiques et, connecté à lui, un dispositif d'antenne selon la revendication 10.