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(11) | EP 0 065 467 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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Radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement Mikrowellenantenne für Zirkularpolarisation Circularly polarised microwave antenna |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] La présente invention est relative à un radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement. Il fonctionne de préférence dans le domaine des hyperfréquences et est utilisable comme source primaire éclairant un système optique focalisant ou comme élément rayonnant d'une antenne-réseau.
[0002] La réalisation d'un radiateur d'onde à polarisation circulaire à partir de sources à polarisation rectiligne peut être faite suivant deux combinaisons. On utilise soit deux sources identiques - deux dipôles aux deux fentes - disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, soit deux sources complémentaires superposées, comme un dipôle et une fente par exemple.
[0003] Suivant un exemple de réalisation de l'art antérieur (brevet US 3 623 112), un tel radiateur d'onde est constitué par deux sources complémentaires imbriquées l'une dans l'autre. Comme le montre la fig. 1, les deux sources sont un dipôle 1 photo- gravé sur une plaque diélectrique 2 placée dans le plan longitudinal médian π d'un guide d'onde 3 (à section rectangulaire porteur) et deux guides d'ondes 4 et 5, réalisés à partir du guide d'onde 3 partagé en deux guides de hauteur réduite, par la plaque 2. Ces deux guides 4 et 5 sont excités par des plongeurs 6, reliés à une ligne d'alimentation 7 tandis que le dipôle 1 est relié à sa ligne d'alimentation 8 par un symétriseur 9.
[0004] La réalisation d'un tel radiateur d'onde est relativement compliquée, puisqu'elle nécessite entre autres l'installation des deux alimentations, l'une pour le dipôle et l'autre pour les guides d'ondes. D'autre part, les deux guides d'ondes ayant une hauteur réduite n'ont pas une très grande tenue en puissance.
[0005] Le but de la présente invention est de réaliser un radiateur d'onde électromagnétique polarisée circulairement, échappant aux inconvénients cités de l'art antérieur.
[0006] Le document FR-A-2 452 804 décrit par ailleurs un dipôle rayonnant excité par un guide d'onde extra-plat, présentant l'avantage d'un très faible encombrement, appréciable notamment dans la réalisation d'une antenne à balayage électronique. Mais le but de ce document n'est pas de réaliser une source rayonnant une onde circulaire à partir de deux sources rayonnant chacune une onde rectiligne mais de réaliser un dipôle rayonnant seul. La forme du diagramme de rayonnement, dans le plan E, de cet élément rayonnant est en particulier proche de celle donnée par un dipôle classique du type demi-onde alimenté par une ligne bifilaire. Le guide d'onde est extra-plat pour réduire considérablement l'encombrement du module ainsi constitué mais ne doit pas rayonner une onde par lui-même.
[0007] La présente invention a pour objet un radiateur d'onde électromagnétique polarisé circulairement, tel que défini dans les revendications.
[0008] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description illustrée par les figs 2 et 3 qui représentent deux exemples non limitatifs d'un radiateur d'onde polarisé circulairement.
[0009] Pour réaliser un radiateur d'onde électromagnétique dont la polarisation est circulaire, à partir de deux sources émettant des ondes à polarisation rectiligne, il faut qu'il y ait au moins deux composantes égales en amplitude, orthogonales dans l'espace et en quadrature dans le temps. La polarisation circulaire de l'onde résultante sera dite de droite ou de gauche suivant que la quadrature de phase entre les deux composantes sera en avance ou en retard.
[0010] Lorsque les deux sources émettant des ondes à polarisation rectiligne ne sont pas de même nature, mais sont complémentaires comme celles réalisant l'objet de l'invention, il est démontré d'après le principe de Babinet que les diagrammes de ces deux antennes sont théoriquement les . mêmes dans tous les plans à condition de faire correspondre le champ magnétique de l'antenne complémentaire. A grande distance ces deux sources complémentaires émettent des ondes dont les deux polarisations sont orthogonales et égales en amplitude dans toutes les directions de l'espace et en quadrature de phase.
[0011] Cette quadrature de phase est réalisée lorsque les deux centres de phase des deux antennes complémentaires sont confondus.
[0012] La fig. 2 représente un exemple de réalisation d'un radiateur d'onde à polarisation circulaire constitué de deux sources complémentaires, un guide d'onde 8 et un dipôle 9, émettant chacune une onde à polarisation rectiligne.
[0013] A partir de l'ouverture rayonnante 10 du guide d'onde 8, les lignes d'alimentation 11 des brins du dipôle 9, constituées chacune par une languette métallique, sont situées dans le prolongement des deux grands côtés du guide, symétriquement par rapport à l'axe longitudinal A de symétrie du guide. Les brins 13 du dipôle sont constitués par des bandes métalliques perpendiculaires aux lignes d'alimentation 11 en contact avec elles, situées dans le plan des grands côtés du guide d'onde. Les dimensions des lignes 11 aident à l'adaptation d'impédance entre le dipôle et le guide d'onde. t
[0014] Le dipôle 9 est excité directement par le guide d'onde 8 et la coïncidence des deux centres de phase de ces sources est rendue possible par la présence d'un bord métallique 14, placé sur le pourtour de l'ouverture rayonnante 10 du guide et perpendiculaire aux quatre côtés de ce guide. En effet le centre de phase du guide d'onde 8 se trouve dans le plan de son ouverture rayonnante 10 et le centre de phase du dipôle 9 muni de l'élément réflecteur constitué par le bord métallique 14 se trouve dans le plan de celui-ci, donc bien dans le plan de l'ouverture du guide.
[0015] Suivant un autre mode de réalisation pratique de l'invention, représenté sur la fig. 3, le guide d'onde 15 est constitué par un bloc 16 parallélépipédique de matériau diélectrique, métallisé sur ses quatre faces parallèles à l'axe longitudinal de symétrie A', sur une longueur L' inférieure à la longueur L du bloc diélectrique lui-même. Les lignes d'alimentation 17 des brins 18 du dipôle 19 sont des languettes métalliques, déposées par photogravure sur le bloc diélectrique 16, dans le prolongement des deux faces de plus grandes dimensions du guide d'onde. Quant aux brins 18 du dipôle, ils sont constitués par le prolongement des languettes constituant les lignes d'alimentation, mais disposés perpendiculairement à ceux- ci. Les dimensions du guide d'onde 15 sont telles que le niveau de la polarisation de l'onde émise par ce dernier est égal à celui de la polarisation de l'onde émise par le dipôle 19. Contrairement à la fig. 2, où la transition entre les lignes d'alimentation et les brins du dipôle est brutale, sur la fig. 3 la transition se fait très progressivement.
[0016] L'élément réflecteur 20, associé au dipôle, est constitué par un pourtour métallique, placé à 90° des côtés du guide d'onde et collé à la métallisation de celui-ci.
[0017] Dans tous les cas de réalisation, les brins du dipôle peuvent avoir une longueur égale au quart ou à la demi ou à la longueur d'onde à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement de ce dipôle.
[0018] Selon un exemple particulier de réalisation pratique d'un radiateur d'onde polarisée circulairement, selon l'invention, fonctionnant dans la bande des longueurs d'onde voisines de 10 cm, le guide d'onde à section rectangulaire a pour dimensions intérieures 72,15 mm x 28,4 mm; l'élément rayonnant est constitué par des bords métalliques de 22 mm de large placés perpendiculairement aux deux faces de plus grande dimension du guide et de 10 mm de large pour ceux placés perpendiculairement aux deux autres faces. Les lignes d'alimentation ainsi que les brins du dipôle sont en laiton, de 2 mm d'épaisseur, leurs longueurs respectives étant voisines du quart et de la demi-longueur d'onde à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement du dipôle. Dans tout ce qui précède, la section droite du guide d'onde constituant le radiateur d'onde peut être aussi bien rectangulaire que carrée, à la condition que le mode de propagation dans le guide soit le mode fondamental.
- une première source rayonnant des ondes polarisées linéairement, constituée par un guide d'onde (8) à section droite rectangulaire telle que le mode fondamental seul se propage dans le guide, avec deux grandes faces et deux petites faces, et possédant une ouverture rayonnante (10);
- une deuxième source, constituée par un dipôle (9) possédant deux brins métalliques (13) de direction opposée, couchés selon deux plans parallèles symétriques par rapport à l'axe longitudinal (A) de symétrie du guide (8) et perpendiculaires à la direction de polarisation des ondes rayonnées par le guide, ces brins (13) rayonnant des ondes polarisées linéairement selon une direction orthogonale à la direction de polarisation des ondes émises par la première source, caractérisé en ce que le dipôle (9) est réuni au guide d'onde (8) par l'intermédiaire de deux lignes d'alimentation (11) placées en deux points opposés du pourtour de l'ouverture rayonnante (10) du guide (8), symétriques par rapport à l'axe longitudinal (Δ) de symétrie du guide (8), lesdits brins (13) faisant une seule pièce avec les lignes d'alimentation (11), s'étendant dans les plans respectifs des grandes faces du guide (8) et ayant une longueur égale au quart ou à la demi ou à la longueur d'onde à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement dudit dipôle (9), et en ce qu'un élément réflecteur (14) est placé sur le pourtour de l'ouverture rayonnante (10) du guide (8), en contact électrique avec le guide (8) et les lignes d'alimentation (11) de façon à permettre la coïncidence des deux centres de phase respectifs du dipôle (9) et du guide (8) dans le plan de l'ouverture (10), les lignes d'alimentation (11) étant dimensionnées de façon à réaliser l'adaptation d'impédance entre le guide (8) et le dipôle (9).
- a first source radiating linearly polarized waves and formed by a wave guide (8) of rectangular cross-section such that only the base mode propagates in the guide, having two major faces and two minor faces and comprising a radiating aperture (10);
- a second source formed by a dipole (9) having two metal strips (13) of opposite direction lying in two parallel planes symmetrical with respect to the longitudinal axis (A) of symmetry of the guide
(8) and perpendicular to the polarization direction of the waves radiated by the guide, said strips (13) radiating waves which are linearly polarized perpendicularly to the polarization direction of the waves emitted by the first source, characterized in that the dipole (9) is connected to the waveguide (8) by way of two feed lines (11) located at two opposite points of the periphery of the radiating aperture (10) of the guide (8) symmetrical with respect to the longitudinal axis (A) of symmetry of the guide (8), said strips (13) being integral with the feed lines (11) extending in the respective planes of the major faces of the guide (8) and having a length equal to a quarter or half or the entire wavelength in the centre frequency of the operating band of said dipole (9), and in that a reflector element (14) is located on the periphery of the radiating aperture (10) of the guide (8) in electrical contact with the guide (8) and the feed lines (11) so as to permit coincidence of the two respective phase centres of the dipole (9) and the guide (8) in the plane of the aperture (10), the feed lines (11) being dimensioned so as to effect an impedance adaptation between the guide (8) and the dipole (9).- eine erste Quelle, welche linear polarisierte Wellen abstrahlt und durch einen Wellenleiter (8) von solchem rechtwinkligen Querschnitt gebildet ist, dass sich nur der Grundmode in dem Leiter ausbreitet, mit zwei grossen Flächen und zwei kleinen Flächen sowie versehen mit einer Strahler- öffnung (10);
- eine zweite Quelle, welche durch einen Dipol (9) gebildet ist, der zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Metallstreifen (13) besitzt, die in zwei parallelen und in Bezug auf die Längssymmetrieachse (A) des Leiters (8) symmetrischen sowie zur Polarisationsrichtung der durch den Leiter angestrahlten Wellen senkrechten Ebenen liegen, wobei diese Streifen (13) Wellen abstrahlen, die linear senkrecht zur Polarisationsrichtung der von der ersten Quelle ausgestrahlten Wellen polarisiert sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der Dipol (9) mit dem Wellenleiter (8) über zwei Speiseleitungen (11) verbunden ist, welche an zwei einander gegenüberliegenden Punkten des Umfanges der strahlenden Öffnung (10) des Leiters (8) angeordnet sind und symmetrisch in Bezug auf die Längssymmetrieachse (A) des Leiters (8) liegen, wobei die genannten Streifen (13) einteilig mit den Speiseleitungen (11) verbunden sind, sich in den entsprechenden Ebenen der grossen Flächen des Leiters (8) erstrecken und eine Länge aufweisen, die gleich einem Viertel, gleich der Hälfte oder gleich der ganzen Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des Betriebsbandes des genannten Dipols (9) ist, und dass ein Reflektorelement (14) auf dem Umfang der strahlenden Öffnung (10) des Leiters (8) in elektrischem Kontakt mit dem Leiter (8) und den Speiseleitungen (11) angeordnet ist, dergestalt, dass die beiden Phasenzentren des Dipols (9) und des Leiters (8) in der Ebene der Öffnung (10) zusammenfallen, wobei die Speiseleitungen (11) derart dimensioniert sind, dass eine Impedanzanpassung zwischen dem Leiter (8) und dem Dipol (9) hergestellt wird.