[0001] La présente invention concerne un filtre spatial d'ondes électromagnétiques de polarisation
circulaire fonctionnant dans le domaine des hyperfréquences. Une utilisation particulièrement
intéressante d'un tel filtre est la réalisation d'une antenne du type Cassegrain avec
une source primaire émettant des ondes en polarisation circulaire.
[0002] Un filtre de polarisation circulaire doit avoir par définition les propriétés suivantes
: être transparent pour des ondes incidentes transmises avec une polarisation circulaire
donnée et être réfléchissant pour des ondes incidentes transmises avec une polarisation
circulaire inverse.
[0003] Selon une première réalisation existant à l'heure actuelle, un filtre de polarisation
circulaire est composé de cinq réseaux de fils, représentés sur la figure 1, dont
la description et le principe de fonctionnement vont être expliqués dans ce qui suit.
[0004] Le filtre comprend cinq réseaux 1 à 5, parallèles entre eux, centrés sur un même
axe Δ et constitués de fils conducteurs parallèles. Les deux premiers réseaux 1 et
2 ainsi que les deux derniers 4 et 5 sont séparés par des âmes diélectriques 8 et
9, d'épaisseur donnée e
l. Ces âmes diélectriques servent à la fois de support pour les réseaux et de trajet
de longueur déterminée pour les ondes transmises entre ces réseaux. Pour ces quatre
réseaux 1,2,4 et 5, le pas d est voisin du quart de la longueur d'ondes à la fréquence
centrale de la bande de fonctionnement. Par rapport à un système référentiel définissant
l'angle d'incidence et la polarisation de l'onde incidente et constitué par deux axes
OX et OY orthogonaux dont l'origine ○ est située sur l'axe A et perpendiculaires à
ce dernier, les fils 6 de ces quatre réseaux sont parallèles à une même direction
faisant un angle de 45° avec la direction des fils du réseau 3. Ces réseaux présentent
un coefficient de réflexion selfique pour la composante du champ parallèle aux fils
:

j étant le nombre imaginaire tel que j
2 = - 1 et r
I = 0 pour la composante du champ perpendiculaire aux fils.
[0005] Dans le cas particulier de la représentation graphique de la figure 1, les fils 6
sont parallèles à une direction faisant un angle de 45° avec les axes OX et OY.
[0006] Le troisième réseau 3 est parallèle aux précédents et situé entre les réseaux 2 et
4. Le pas d
2 des fils métalliques parallèles 7 qui le constituent et qui sont parallèles à la
direction de l'axe de référence OY est très inférieur à À /4, de sorte que ce réseau
3 présente un coefficient de réflexion r
2 = - 1 pour la composante du champ parallèle aux fils 7 et r
2 = 0 pour la composante du champ perpendiculaire aux fils.
[0007] Le premier ensemble constitué des deux premiers réseaux 1 et 2 séparés par l'âme
diélectrique 8 joue le rôle d'un polariseur circulaire transformant la polarisation
circulaire des ondes incidentes en polarisation rectiligne. Cette polarisation rectiligne
est orientée à 45° par rapport aux fils 6. Le réseau central 3 à pas serré joue le
rôle de filtre de polarisation rectiligne, transparent pour une polarisation rectiligne
perpendiculaire à la direction des fils 7 et totalement réflechissant pour une polarisation
rectiligne parallèle à leur direction. Enfin, le deuxième ensemble constitué par les
deux derniers réseaux 4 et 5 séparés par l'âme diélectrique 9 sert de polariseur,
transformant la polarisation rectiligne des ondes transmises par le filtre précédent
en polarisation circulaire.
[0008] Le fonctionnement du filtre de polarisation circulaire qui vient d'être décrit est
par exemple le suivant.
[0009] On obtiendra, en sortie du premier polariseur circulaire, une polarisation rectiligne
de direction parallèle à l'axe OY pour une polarisation circulaire gauche incidente
par exemple et une polarisation rectiligne de direction parallèle a l'axe OX pour
une polarisation circulaire droite incidente. Puis, l'onde incidente dont le sens
de polarisation circulaire est tel que le premier polariseur la transforme en une
onde à polarisation rectiligne de direction parallèle aux fils 7 du filtre de polarisation
rectiligne est totalement réfléchie par lui et traverse en sens inverse le premier
polariseur qui la retransforme en onde à polarisation circulaire de même sens. Par
contre, l'onde incidente de polarisation circulaire inverse est transmise par le filtre
avec une polarisation rectiligne de direction perpendiculaire aux fils 7 du filtre.
Elle est enfin transformée à nouveau par le second polariseur en onde à polarisation
circulaire droite.
[0010] Ainsi, suivant l'orientation des fils 7 du réseau central 3 à pas serré, le filtre
global est transparent uniquement pour une polarisation circulaire gauche ou droite.
[0011] Une seconde réalisation actuelle d'un filtre de polarisation circulaire est décrite
dans le brevet français déposé le 30 Décembre 1966 au nom de la Demanderesse et publié
sous le numéro 1 512 598. Ce filtre, représenté sur la figure 2 est formé d'un réseau
10 d'éléments résonnants 11, chaque élément étant formé d'un fil métallique coudé
en trois tronçons 12, 13 et 14 perpendiculaires entre eux, en forme de "manivelles".
[0012] Ces deux réalisations présentent l'inconvénient d'être difficiles à réaliser, la
première en raison du nombre d'éléments à réaliser et à assembler conduisant à une
solution lourde du point de vue mécanique, la seconde en raison du réseau de fils
à trois dimensions.
[0013] Le filtre de polarisation circulaire, objet de l'invention, vise à résoudre ce problème.
Pour cela, il comprend deux réseaux conducteurs parallèles et un troisième réseau
conducteur central, parallèle aux deux premiers réseaux placé entre eux et séparé
de chacun d'eux par une âme diélectrique totalement réfléchissant pour une polarisation
rectingne de direction donnée et présentant un coefficient de réflexion non nul pour
une polarisation rectiligne de direction perpendiculaire à la précédente.
[0014] Selon une caractéristique de l'invention, le troisième réseau central est composé
de deux réseaux de fils conducteurs imbriqués, l'un étant constitué de fils parallèles
dont la direction fait un angle de 45° avec celle des fils de deux premiers réseaux
et dont le pas est voisin du quart de la longueur d'onde λ à la fréquence centrale
de la bande de fonctionnement et l'autre étant constitué de fils parallèles dont la
direction est orthogonale à la précédente et dont le pas est très inférieur à λ/4.
[0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description
qui suit, illustrée par les figures qui outre les figures 1 et 2 déjà décrites représentant
deux réalisations de filtre selon l'art antérieur, représentent :
- les figures 3 et 4 : deux variantes de réalisation d'un filtre de polarisation circulaire
selon l'invention ;
- la figure 5 : une antenne Cassegrain utilisant un filtre de polarisation selon l'invention.
[0016] Avant de décrire le filtre de polarisation circulaire selon l'invention il faut revenir
au filtre de l'art antérieur, comprenant cinq réseaux conducteurs. On montre mathématiquement
que l'ensemble constitué par les trois réseaux du centre, 2, 3 et 4 présente les deux
propriétés radioélectriques suivantes :
- il est totalement réfléchissant pour une pplarisation rectiligne de direction parallèle
aux fils 7 du réseau central 3 à fils serrés,
- il présente un coefficient de réflexion non nul pour une polarisation rectiligne
de direction perpendiculaire aux fils 7 du réseau 3. Ce coefficient de réflexion est
dû à la présence des réseaux 2 et 4 et égal à r
[0017] La solution proposée par l'invention consiste à remplacer l'ensemble de ces trois
réseaux conducteurs par un réseau unique ayant les mêmes propriétés radioélectriques.
[0018] Selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, le filtre de polarisation
circulaire selon l'invention comprend trois réseaux conducteurs parallèles 15, 16
et 17 et deux âmes diélectriques 18 et 19.
[0019] Comme précédemment, on définit un système référentiel de trois axes orthogonaux Δ'
et OX' et OY' et d'origine O.
[0020] Les deux réseaux 15 et 17 sont constitués de fils conducteurs 20 parallèles à une
même direction . Le pas de ces réseaux 15 et 17 est voisin de λ /4. Le réseau central
16 est placé entre ces deux réseaux extrêmes et en est séparé de part et d'autre par
les deux âmes diélectriques d'épaisseur e2. Ce réseau central, qui a les propriétés
radioélectriques précédemment décrites, peut être réalisé par exemple à partir de
deux réseaux 21 et 22 imbriqués de fils conducteurs parallèles. L'un d'eux 21 est
un réseau de fils parallèles 23 dont le pas d
4 est voisin de À /4 et dont la direction est orthogonale à celle des fils parallèles
24 de l'autre réseau 22. Ce dernier est à pas d
5 très sérré, inférieur à λ/4. Les fils 20 des deux réseaux 15 et 17 ont une direction
faisant un angle α de 45° avec celles des fils 23 et 24 des deux réseaux imbriqués
respectifs 21 et 22.
[0021] En réalité, il est très difficile pratiquement de réaliser un tel réseau central
16 constitué de deux réseaux de fils imbriqués en évitant tout couplage entre eux.
Pour pallier cette difficulté, ce réseau central 16 peut être réalisé de façon préférentielle
à partir d'un circuit imprimé double face, chacun des deux réseaux 21 et 22 étant
déposé sur une des deux faces, opposées l'une à l'autre par photogravure par exemple,
leurs fils 23 et 24 respectifs étant perpendiculaires mais sans contact entre eux.
[0022] Sur la figure 4 est représentée une variante de réalisation d'un réseau central 16
ayant les deux propriétés radioélectriques décrites auparavant. C'est un réseau conducteur
de fentes résonnantes 25 en forme de croix, dont les dimensions et l'espacement sont
déterminés pour obtenir ces propriétés. Leurs dimensions sont telles que ces fentes
sont équivalentes aux deux réseaux orthogonaux imbriqués de fils parallèles. Les espacements
d
6 et d
7 entre les croix 25 adja- cernes sont respectivement de l'ordre de λ /2 pour d
6 et très inférieur à λ/4 pour d
7'
[0023] Selon une autre variante de réalisation, le réseau central conducteur 16 peut être
percé d'antennes de forme particuliere, ayant toujours les mêmes propriétés radioélectriques.
[0024] En ce qui concerne les conditions de fonctionnement, ce filtre fonctionne correctement
en présence d'ondes planes pour des dimensions d'au moins 5 λ. Il est sélectif en
fréquence - quelques pour cent - et en incidence.
[0025] Une application particulièrement intéressante de ce filtre est la réalisation d'une
antenne Cassegrain dont la source primaire rayonne des ondes selon une polarisation
circulaire. Sur la figure 5 est représentée schématiquement une telle antenne comprenant
un réflecteur principal 26, un réflecteur auxiliaire 27 et une source d'ondes en polarisation
circulaire 28. Le réflecteur auxiliaire 27 est constitué par un filtre de polarisation
circulaire selon l'invention, réfléchissant totalement la polarisation des ondes incidentes
émises par la source 28 mais transparent pour la polarisation inverse réfléchie par
le réflecteur principal 26.
1. Filtre spatial d'ondes électromagnétiques de polarisation circulaire comprenant
deux réseaux conducteurs paralleles (15 et 17), caractérisé en ce qu'il comprend un
troisième réseau conducteur central (16), parallèle aux deux premiers réseaux (15
et 17), placé entre eux et séparé de chacun de ces deux réseaux extrêmes par une âme
diélectrique (18 et 19), totalement réfléchissant pour une polarisation rectiligne
de direction donnée et présentant un coefficient de réflexion non nul pour une polarisation
rectiligne de direction perpendiculaire à la précédente.
2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux réseaux extrêmes
(15 et 17) sont chacun constitués de fils conducteurs (20) parallèles à une même direction
et de pas (d3) voisin du quart de la longueur d'onde λ à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement
du filtre et en ce que le réseau central (16) est réalisé à partir de deux réseaux
(21 et 22) imbriqués de fils conducteurs, l'un d'eux (21) étant constitué de fils
parallèles (23) de pas (d4) voisin de A /4 et de direction orthogonale à celle des fils parallèles (24) constituant
l'autre réseau (22), de pas (d5) serré inférieur à λ/4, la direction des fils (20)
des deux réseaux extrêmes (15 et 17) faisant un angle de 450 avec celles des fils (23 et 24) des deux réseaux imbriqués respectifs (21 et 22)
3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réseau central (16) est
réalisé à partir d'un circuit imprimé double face, chacun des deux réseaux (21 et
22) le constituant étant déposé sur une des deux faces opposées l'une à l'autre, de
ce circuit imprimé.
4. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau central (16) est
composé de fentes résonnantes (25) en forme de croix de dimensions déterminées et
dont les espacements (d6 et d7) entre fentes adjacentes sont respectivement de l'ordre de λ/2 et très inférieur
à λ/4.
5. Antenne du type Cassegrain susceptible d'être éclairée par une source primaire
d'ondes électromagnétiques de polarisation circulaire et comprenant un réflecteur
principal (26) et un réflecteur auxiliaire (27), caractérisé en ce que le réflecteur
auxiliaire (27) est constitué par un filtre d'ondes électromagnétiques selon l'une
des revendications 1 à 5.