EP0017530A1 - Radiating source constituted by a dipole excited by a waveguide, and its use in an electronic scanning antenna - Google Patents
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Definitions
- the present invention aims to remedy these drawbacks and relates to a radiating source constituted by a dipole excited by an extra-flat waveguide.
- One of the advantages of the invention is the reduction in the size of the device constituted by the dipole and the waveguide and which is not increased by the phase shifter which is associated with it to make a module which can be used in an antenna with electronic scanning. Another advantage is the lower cost of equipment and technology.
- FIG. 2 represents a radiating source according to the invention. It is constituted by a dielectric strip 7 of rectangular parallelepiped shape of length L1, of width L2 and height L3 determined, of longitudinal mediating plane ⁇ and of longitudinal median axis A.
Abstract
Source rayonnants constituée par un dipôle excité par un guide d'onde extraplat. Le guide d'onde (8) est de section rectangulaire, constitué par une lame diélectrique (7) de forme parallélépipédique rectangle, d'axe longitudinal (Δ), dont les quatre faces symétriques par rapport à l'axe (Δ) et opposées deux à deux sont recouvertes chacune d'une plaque métallique. Les deux faces parallèles au plan médiateur longitudinal se prolongent chacune, vers l'extrémité de la lame diélectrique, par une languette métallique (11, 12) aboutissant aux brins (15, 16; 13, 14) du dipôle. Les brins du dipôle peuvent être parallèles ou perpendiculaires à la direction de polarisation de l'onde électrique rayonnée par le guide d'onde. Utilisation dans les antennes à balayage électronique.Radiant source constituted by a dipole excited by an extra-flat waveguide. The waveguide (8) is of rectangular section, constituted by a dielectric strip (7) of rectangular parallelepiped shape, of longitudinal axis (Δ), the four faces of which are symmetrical with respect to the axis (Δ) and opposite two by two are each covered with a metal plate. The two faces parallel to the longitudinal mediator plane each extend towards the end of the dielectric strip, by a metal tab (11, 12) leading to the strands (15, 16; 13, 14) of the dipole. The strands of the dipole can be parallel or perpendicular to the direction of polarization of the electric wave radiated by the waveguide. Use in electronic scanning antennas.
Description
La présente invention concerne une source rayonnante constituée par un dipôle excité par un guide d'onde de section rectangulaire, plus particulièrement utilisée dans les antennes à balayage électronique. Elle vise également, à titre d'application particulière, à la réalisation d'une antenne à balayage électronique.The present invention relates to a radiating source constituted by a dipole excited by a waveguide of rectangular section, more particularly used in antennas with electronic scanning. It also aims, as a particular application, for the production of an electronic scanning antenna.
La partie rayonnante d'une antenne à balayage électronique requiert un grand nombre d'éléments répétitifs dits modules, composés chacun d'une source élémentaire et d'un déphaseur associé pour constituer le réseau à déphasage.The radiating part of an electronic scanning antenna requires a large number of repetitive elements called modules, each composed of an elementary source and an associated phase-shifter to constitute the phase-shift network.
Selon une réalisation antérieure, une telle source élémentaire est constituée d'un dipôle porté par une plaque métallique introduite à l'extrémité pincée d'un guide d'onde par lequel il est excité. Cette réalisation a comme inconvénient de présenter un grand encombrement dû aux dimensions du guide d'onde et à la disposition du dipôle sur une plaque métallique. Un autre inconvénient vient de la nécessité d'opérations d'usinage et de montage aboutissant à des difficultés de réalisation industrielle, à une reproductibilité incertaine et à un coût relativement élevé.According to a previous embodiment, such an elementary source consists of a dipole carried by a metal plate introduced at the pinched end of a waveguide by which it is excited. This embodiment has the disadvantage of having a large footprint due to the dimensions of the waveguide and the arrangement of the dipole on a metal plate. Another drawback comes from the need for machining and assembly operations leading to difficulties in industrial production, to uncertain reproducibility and at relatively high cost.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et a pour objet une source rayonnante constituée par un dipôle excité par un guide d'onde extra-plat.The present invention aims to remedy these drawbacks and relates to a radiating source constituted by a dipole excited by an extra-flat waveguide.
Une telle réalisation répondant en particulier au critère de reproductibilité aisée, permettra de réaliser la partie rayonnante d'une antenne à balayage électronique.Such an embodiment meeting in particular the criterion of easy reproducibility, will make it possible to produce the radiating part of an antenna with electronic scanning.
Selon une caractéristique de l'invention, le guide d'onde excitant le dipôle est constitué d'une lame diélectrique de forme parallélépipédique rectangle, d'axe longitudinal A, dont les quatre faces symétriques par rapport à l'axe à et opposées deux à deux sont recouvertes chacune d'une plaque métallique. Les deux faces de plus grandes dimensions se prolongent chacune, vers l'extrémité de la lame diélectrique par une languette métallique aboutissant aux brins du dipôle.According to a characteristic of the invention, the waveguide exciting the dipole consists of a dielectric strip of rectangular parallelepiped shape, of longitudinal axis A, the four faces of which are symmetrical with respect to the axis to and opposite two to two are each covered with a metal plate. The two sides of larger dimensions each extend towards the end of the dielectric strip by a metal tab leading to the strands of the dipole.
Un des avantages de l'invention est la réduction de l'encombrement du dispositif constitué par le dipôle et le guide d'onde et qui n'est pas augmenté par le déphaseur qu'on lui associe pour faire un module utilisable dans une antenne à balayage électronique. Un autre avantage est la diminution du coût en matériel et en technologie.One of the advantages of the invention is the reduction in the size of the device constituted by the dipole and the waveguide and which is not increased by the phase shifter which is associated with it to make a module which can be used in an antenna with electronic scanning. Another advantage is the lower cost of equipment and technology.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, illustrée par les figures suivantes qui représentent :
- - la figure 1, une source rayonnante constituée par un dipôle excité par un guide d'onde, selon une réalisation de l'art antérieur ;
- - la figure 2, un type de réalisation d'un dipôle excité par un guide d'onde selon l'invention ;
- - les figures 3 à 6, quatre autres types de réalisation d'un dipôle excité par un guide d'onde selon l'invention ;
- - la figure 7, une antenne à balayage électronique comportant des sources rayonnantes élémentaires selon l'invention.
- - Figure 1, a radiating source consisting of a dipole excited by a waveguide, according to an embodiment of the prior art;
- - Figure 2, a type of embodiment of a dipole excited by a waveguide according to the invention;
- - Figures 3 to 6, four other types of embodiment of a dipole excited by a waveguide according to the invention;
- - Figure 7, an electronic scanning antenna comprising elementary radiating sources according to the invention.
Les éléments portant les mêmes indices dans les différentes figures réalisent les mêmes fonctions et ne sont décrits qu'une fois.The elements bearing the same indices in the different figures perform the same functions and are only described once.
Il est beaucoup plus simple d'alimenter un dipôle par un guide d'onde rectangulaire que par une ligne coaxiale, le champ électrique produit dans une ligne coaxiale étant radial contrairement au champ électrique produit dans un guide d'onde rectangulaire.It is much simpler to supply a dipole with a rectangular waveguide than with a coaxial line, the electric field produced in a coaxial line being radial unlike the electric field produced in a rectangular waveguide.
La figure 1 montre une source rayonnante constituée par un dipôle 1 excité par un guide d'onde 2. Le dipôle est monté sur une plaque métallique 3 qui s'emboîte dans l'ouverture 6 du. guide d'onde 2, suivant le plan médiateur longitudinal de celui-ci. Les brins 4 du dipôle sont parallèles à la direction de polarisation du champ électrique E se propageant dans le guide 2 suivant le mode TE.Ipar exemple. La plaque métallique 3 étant introduite selon le plan longitudinal du guide d'onde 2, les deux brins 4 du dipôle 1 sont excités de la même manière. L'adaptation d'impédance entre le dipôle 1 et le guide d'onde 2 se fait en pinçant l'extrémité 5 du guide et en réglant l'enfoncement- du dipôle 1 par rapport à l'ouverture 6 du guide.Figure 1 shows a radiating source consisting of a dipole 1 excited by a
La figure 2 représente une source rayonnante selon l'invention. Elle est constituée par une lame diélectrique 7 de forme parallélépipédique rectangle de longueur Ll, de largeur L2 et de hauteur L3 déterminées, de plan longitudinal médiateur π et d'axe médian longitudinal A.FIG. 2 represents a radiating source according to the invention. It is constituted by a dielectric strip 7 of rectangular parallelepiped shape of length L1, of width L2 and height L3 determined, of longitudinal mediating plane π and of longitudinal median axis A.
Le guide d'onde 8 est réalisé à partir d'une longueur déterminée L inférieure à LI de la lame diélectrique 7 dont les faces opposées parallèles au plan π et les faces opposées perpendiculaires aux précédentes et parallèles à l'axe Δ sont recouvertes chacune d'une plaque métallique de longueur déterminée inférieure à Ll. Les deux plaques 9 et 10 métalliques parallèles au plan T se prolongent chacune respectivement par une languette métallique 11 et 12 aboutissant aux brins 13 et 14 du dipôle. La largeur des languettes 11 et 12 décroît du guide d'onde 8 vers les brins 13 et 14 du dipôle, réalisant ainsi avec la longueur de ces mêmes languettes l'adaptation d'impédance entre le guide et le dipôle. Sur cette figure les brins 13 et 14 du dipôle sont couchés à l'extrémité de la lame diélectrique 7 perpendiculairement à la direction de polarisation du champ électrique E dans le guide 8. Ces brins 13 et 14 sont constitués chacun par une bande métallique perpendiculaire aux languettes adaptatives et en contact avec leurs extrémités. La largeur de ces bandes métalliques aident aussi à l'adaptation d'impédance entre le dipôle et le guide d'onde. Le fait que la direction des brins 13 et 14 soit perpendiculaire à la direction de polarisation de l'onde électrique émise par le guide d'onde 8 provoque l'apparition d'une onde à polarisation croisée. Dans certains cas d'antennes, le résidu de polarisation croisée peut servir à l'amélioration de la détection. Le guide d'onde 8, les languettes 11 et 12 et les brins 13 et 14 du dipôle peuvent être obtenus par métallisation ou photogravure.The
La figure 3 représente un autre type de réalisation d'une source primaire rayonnante selon l'invention. Là, les brins 15 et 16 du dipôle sont parallèles à la direction de polarisation du champ électrique crayonné par le guide d'onde. Comme précédemment, le guide d'onde 8 et les languettes 11 et 12 peuvent être réalisées par des plaques métalliques ou par photogravure, mais les brins 15 et 16 sont des languettes métalliques assurant une certaine tenue mécanique.FIG. 3 shows another type of embodiment of a primary radiating source according to the invention. There, the
Cette source rayonnante peut servir de source élémentaire d'une antenne à balayage électronique. Dans ce cas, elle est connectée à la sortie d'un ou plusieurs déphaseurs à diodes réalisant le réseau à déphasage de l'antenne. Sur la figure 3, les déphaseurs 17, 18 et 19 déphasant respectivement de 3λ/4, λ/2 et λ/4, sont constitués chacun par une diode 20 placée dans un trou 21 pratiqué dans toute l'épaisseur L3 de la lame diélectrique 7. Cette diode 20 est reliée d'un côté directement à la plaque métallique recouvrant une des deux faces parallèles au plan médiateur et de l'autre côté à un piège en triplaque disposé sur l'autre face parallèle au plan de telle sorte qu'en hyperfréquence, la diode est reliée des deux côtés à la masse.This radiating source can serve as an elementary source of an electronic scanning antenna. In this case, it is connected to the output of one or more diode phase shifters providing the phase shift network of the antenna. In FIG. 3, the
Un circuit imprimé 22 est connecté aux déphaseurs pour les alimenter et les commander. La hauteur L3 de la lame diélectrique 7 est égale à l'épaisseur des diodes 20 des déphaseurs.A printed circuit 22 is connected to the phase shifters to supply them and control them. The height L3 of the dielectric strip 7 is equal to the thickness of the
La figure 4 montre un autre exemple de réalisation d'une source rayonnante selon l'invention, dans laquelle les brins du dipôle ont une meilleure tenue mécanique que dans la figure précédente. On dispose sur la languette adaptative 11 ou 12 une plaquette de substrat diélectrique 23 de forme parallélépipédique rectangle et de même largeur que la languette adaptative 11 ou 12, de telle sorte que ses grands côtés 24 et 25 soient perpendiculaires au plan médiateur longitudinal lT et telle que le petit côté perpendiculaire au plan π situé à l'extrémité de la lame diélectrique 7 est métallisé pour constituer les brins 26 et 27 du dipôle.FIG. 4 shows another exemplary embodiment of a radiating source according to the invention, in which the strands of the dipole have better mechanical strength than in the previous figure. There is on the
Une autre réalisation des brins du dipôle est représentée sur la figure 5. Les brins 28 et 29 sont constitués par des lames métalliques usinées en forme de Té, alors que sur la figure 6, les brins 30 et 31 ont la forme de U.Another embodiment of the dipole strands is shown in the Figure 5. The
La figure 7 représente une antenne à balayage électronique où les sources élémentaires sont réalisées conformément à l'invention. Tous les dipôles 32 sont orientés suivant la même direction qui est celle de la polarisation de l'antenne. A une distance égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement λ/4, on place des parties réflectrices, constituant le réflecteur de l'antenne. Pour des raisons de tenue mécanique et de facilité d'assemblage, chaque rangée de dipôles 32, d'axe longitudinal perpendiculaire à la direction des brins des dipôles, est entourée d'un côté par une plaque métallique 33 de longueur égale à la hauteur de la rangée et d'un autre côté par des petites plaques métalliques 34 de longueur égale à la distance séparant deux dipôles. La forme de l'antenne peut être quelconque, plane ou parabolique par exemple.FIG. 7 represents an antenna with electronic scanning where the elementary sources are produced in accordance with the invention. All the
On a ainsi décrit sous la forme de deux réalisations possibles une source rayonnante constituée par un dipôle alimenté par un guide d'onde extra-plat, de dimensions très réduites par rapport à celles de l'art antérieur. Ne nécessitant pas de matériel très coûteux ni de difficultés technologiques trop grandes, le coût global d'une telle source est relativement faible.There has thus been described in the form of two possible embodiments a radiating source constituted by a dipole supplied by an extra-flat waveguide, of dimensions very reduced compared to those of the prior art. Neither requiring very expensive equipment nor too great technological difficulties, the overall cost of such a source is relatively low.
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