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EP0831550B1 - Antenne-réseau polyvalente - Google Patents

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Info

Publication number
EP0831550B1
EP0831550B1 EP97402152A EP97402152A EP0831550B1 EP 0831550 B1 EP0831550 B1 EP 0831550B1 EP 97402152 A EP97402152 A EP 97402152A EP 97402152 A EP97402152 A EP 97402152A EP 0831550 B1 EP0831550 B1 EP 0831550B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
free edge
recess
notch
passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97402152A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0831550A1 (fr
Inventor
Patrick Pons
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales Systemes Aeroportes SA
Original Assignee
Thales Systemes Aeroportes SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales Systemes Aeroportes SA filed Critical Thales Systemes Aeroportes SA
Publication of EP0831550A1 publication Critical patent/EP0831550A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0831550B1 publication Critical patent/EP0831550B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085—Slot-line radiating ends
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials

Definitions

  • the invention relates to high performance antennas.
  • these antennas are arranged in a network of large dimensions, capable of electronic scanning on angular coverage up to +/- 40 °, if not more.
  • the individual radiating elements of the network are small dimensions relative to the working wavelength. The nature of the radiating elements differs according to the field of frequency and / or application being considered.
  • Narrowband applications (+/- 10% around a center frequency) favor gain and the absence of secondary lobes. They use radiant elements resonant, of the pavé or dipole type, seeking to provide an angular coverage compatible with the extent desired sweep.
  • the first concern is to best cover the desired band, there also with angular coverage compatible with the range desired sweep, usually at the expense of gain and the absence of side lobes.
  • the present invention aims to provide elements of solution to this problem.
  • the radiating device proposed is of the type comprising a support, a flat dielectric substrate, mounted perpendicularly to the support, to define, at a distance from the support, a free edge parallel to this, with at least one of the two large faces of the substrate, a matching metallization a recess which widens to the free edge, while the substrate thus forms a radiating structure, where the profile of the recess form adaptation between an area of coupling with a microwave power supply, and a zone broadband radiative near the free edge.
  • the profile of the recess is chosen to have a phase center substantially fixed, in a narrow frequency band, spanning approximately 10% around a central frequency chosen, and this substantially across the entire coverage angular; and the support comprises a ground plane, hollowed out according to a passage suitable for housing the substrate, the distance between this passage and the free edge of the substrate being chosen for optimize the radiative efficiency in said narrow band.
  • the two large faces of the substrate are provided with two metallizations with similar recesses shape, in homologous positions, which provides a profile in notch.
  • the notch is of the so-called "MONSER" type, having a two-stage profile for adaptation to free space.
  • the distance between the passage of the ground plane and the free edge of the substrate is close to half the length wave in air at the center frequency of the band narrow.
  • the lateral spacing between the longitudinal edge of the passage of the ground plane and the large face of the substrate which is opposite is adjusted for get a low standing wave rate while expanding the bandwidth in the presence of the ground plane.
  • the radiating elements of the array antennas used in radar or telecommunications are resonant: paved microstrip ("patches"); dipoles.
  • patterns paved microstrip
  • dipoles We know ways to expand to some extent their working band or to make them multi-frequency. But, if we are looking for broadband characteristics going beyond an octave, pavers and dipoles show a very significant degradation and prohibitive of their radioelectric characteristics.
  • radiating elements are either of a type which has radiative properties independent of the frequency ("spiral” or “log-periodic” type elements), either of a type which works by progressive waves (elements of type "VIVALDI", or of type "notch").
  • Figure 1 illustrates the block diagram of an element radiating into an exponential profile notch (described in particular in the article "A BROADBAND STRIPLINE ANTENNA", L.R. LEWIS, M. FASSETT, J. HUNT, IEEE Symposium on Antenna Propagation, 1974, pp 335-337).
  • a dielectric substrate SU is metallized on its two large faces, in M1 and M2, except in two recesses E1 and E2, counterparts, which exponentially flare towards a free edge BL, perpendicular to the large faces.
  • a CZ coupling zone At the rear, i.e. at the level of the narrow part of the recesses, these are coupled in a CZ coupling zone to a LA supply line, arriving in tri-plate mode ("stripline") between metallizations M1 and M2, with a propagation in TEM mode.
  • stripline tri-plate mode
  • a slit Between the opposite edges of the same recess is defined a slit, which widens.
  • the radiant properties are due mainly to propagation in progressive waves (waves surface) along this slit which widens towards the edge free, as well as the discontinuity of the recess at the level free edge.
  • VIVALDI type elements resemble notch profiles, but only include one hollowed out metallization, next to the power line.
  • Figure 2 shows how R10 radiating elements ... R19, ... R70 to R79 can be mounted on a support base BA to constitute a network antenna.
  • Figure 3 illustrates the proposed radiating element, under the form of a MONSER notch.
  • a reference wavelength ⁇ which can be that of the center frequency of the band close to get.
  • This substrate may in particular be made of teflon glass of the DUROID 5880 type (registered trademark).
  • the supply line LA is for example printed between the two layers of the SU substrate. It forms with metallizations M1 and M2 a triplate system ("stripline”), subject to TEM type microwave propagation ("transverse electric mode "). Its LA9 end part couples to the slot narrow, like a tri-plate / slot transition. This transition is adjusted to obtain currents in phase opposition between the two edges of the narrow slot, in the coupling area.
  • An individual radiating element can be held in position chosen, in principle symmetrically, with respect to the passage of the ground plane. This positioning can be obtained using GU guide longitudinal wings mounted on its connector rear CR ( Figure 4A). As shown in Figure 4B, at from the notch, the LA supply line curves to join longitudinally the CR1 core of the connector, where we also see holes CR8 for the fixing screws of the CR connector.
  • Figure 5 schematically illustrates the assembly, on both sides on the other side of the PM ground plane. On this one leans a support, for example metallic, for the CR connector.
  • Figure 7 illustrates part of a network thus obtained.
  • the real network can have a much higher number of elements, in particular several hundred.
  • this network operates in a 10% band around the center frequency (corresponding at ⁇ ), with an angular coverage of +/- 60 °, and this without meet side lobes due to the network.
  • This answers well to narrow band needs, in one embodiment relatively simple and economical.
  • the network antenna also has the advantage of having a bandwidth greater than one octave. This makes it clean operate in other narrowband modes, including multi-frequency.
  • the notch has a center substantially fixed phase, substantially at the edge free, in a narrow frequency band, extending over around 10% around a selected central frequency, and this substantially over the entire angular coverage.
  • the distance between the passage and the free edge of the substrate can be chosen to optimize the radiative efficiency in said narrow band, and thus compensate for the harmful effects of the presence of the ground plane.
  • the distance d 0 between the passage PT of the ground plane and the free edge BL of the substrate is close to the half-wavelength in air at the central frequency of the narrow band.
  • d 0 is about 0.44 ⁇ .
  • different values may also be suitable. This was observed with the MONSER notch. It is estimated that similar adaptations can be made with a POVINELLI notch (figure 8) or a notch with exponential profile (figure 9). Such adaptations are also possible with VIVALDI elements, which, under certain reservations, can be considered as half-notches.
  • the lateral spacing between the longitudinal edges of the passage PT of the ground plane and each large face of the substrate can be adjusted to obtain a low standing wave rate, while broadening the bandwidth in the presence of the ground plan.
  • the element described has, on a strip more as wide as an octave, an active reflection coefficient of 10 dB, which corresponds to an active standing wave rate (TOS) of 2/1.
  • the radiation diagram has a 90 ° opening. So we can also use it widely strip, with an angular coverage of +/- 45 °, for sidelobes at least 10 dB below the level of the main lobe.
  • Depointing electronic scanning can be done by delay lines, for this application. Broadband performance can be improved, if the radiating elements located around the network antenna is not supplied in this mode.
  • the substrate of the radiating element can be extended towards the rear, to serve as a printed circuit supporting electronic scanning devices, active or passive, and / or amplification elements.
  • the invention suitable for active radiant modules.
  • each radiating element i.e. on the side of its free edge.
  • the radiating elements can arrange the radiating elements in cross, either two at each position, or by crossing from one position to the adjacent position.
  • the radiating element is likely to operate between 1 and 50 GHz, approximately.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

L'invention concerne les antennes de hautes performances.
En règle générale, ces antennes sont agencées en un réseau de grandes dimensions, capable d'un balayage électronique sur une couverture angulaire allant jusqu'à +/-40°, sinon plus. Les éléments rayonnants individuels du réseau sont de petites dimensions par rapport à la longueur d'onde de travail. La nature des éléments rayonnants diffère selon le domaine de fréquence et/ou l'application que l'on considère.
Les applications à bande étroite (+/- 10% autour d'une fréquence centrale) privilégient le gain et l'absence de lobes secondaires. Elles font appel à des éléments rayonnants résonnants, de type pavé ou dipôle, en cherchant à leur conférer une couverture angulaire compatible avec l'étendue de balayage souhaitée.
Dans les applications à large bande (au delà d'une octave), le souci premier est de couvrir au mieux la bande voulue, là aussi avec une couverture angulaire compatible avec l'étendue de balayage souhaitée, généralement au détriment du gain et de l'absence de lobes secondaires.
Il y a donc antinomie entre ces deux grandes classes d'applications. En d'autres termes, malgré différentes tentatives, il n'a pas été possible jusqu'à présent d'obtenir des éléments rayonnants qui puissent donner véritablement satisfaction pour des applications en bande étroite, tout en étant également capables d'un fonctionnement en large bande, de manière continue et/ou en mode multi-fréquence.
La présente invention a pour but d'apporter des éléments de solution à ce problème.
Le dispositif rayonnant proposé est du type comprenant un support, un substrat diélectrique plat, monté perpendiculairement au support, pour définir, à distance du support, un bord libre parallèle à celui-ci, avec sur au moins l'une des deux grandes faces du substrat, une métallisation assortie d'un évidement qui s'évase jusqu'au bord libre, tandis que le substrat forme ainsi une structure rayonnante, où le profil de l'évidement forme adaptation entre une zone de couplage avec une alimentation hyperfréquence, et une zone radiative à large bande au voisinage du bord libre.
Selon une définition générale de l'invention, le profil de l'évidement est choisi pour posséder un centre de phase sensiblement fixe, dans une bande de fréquence étroite, s'étendant sur environ 10% autour d'une fréquence centrale choisie, et ce sensiblement sur l'ensemble de la couverture angulaire ; et le support comprend un plan-masse, évidé selon un passage propre à loger le substrat, la distance entre ce passage et le bord libre du substrat étant choisie pour optimiser le rendement radiatif dans ladite bande étroite.
Très avantageusement, les deux grandes faces du substrat sont munies de deux métallisations avec des évidements de même forme, en positions homologues, ce qui fournit un profil en encoche. Dans un mode de réalisation particulier actuellement préféré, l'encoche est du type dit "MONSER", possédant un profil à deux étages d'adaptation à l'espace libre.
De préférence, la distance entre le passage du plan-masse et le bord libre du substrat est voisine de la demi-longueur d'onde dans l'air à la fréquence centrale de la bande étroite.
Selon un autre aspect de l'invention, l'écartement latéral entre le bord longitudinal du passage du plan-masse et la grande face du substrat qui est en regard est ajusté pour obtenir un faible taux d'ondes stationnaires tout en élargissant la bande passante en présence du plan-masse.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels:
  • la figure 1 illustre schématiquement un premier type d'élément rayonnant, de profil dit "exponentiel" ;
  • la figure 2 illustre schématiquement le montage d'un élément rayonnant en une antenne-réseau ;
  • la figure 3 illustre partiellement, en proportions exactes, un mode de réalisation préférentiel d'un élément rayonnant selon la présente invention ;
  • les figures 4A et 4B illustrent l'élément rayonnant de la figure 3, complet, respectivement avec et sans connecteur ;
  • la figure 5 illustre schématiquement le montage de l'élément rayonnant des figures 3 et 4 sur un plan-masse ;
  • la figure 6 illustre la maille du montage en réseau de l'élément rayonnant selon l'invention ;
  • la figure 7 illustre une partie d'une antenne-réseau selon l'invention ; et
  • les figures 8 et 9 illustrent deux autres éléments rayonnants utilisables pour d'autres modes de réalisation.
Les dessins annexés comprennent des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention.
Les éléments rayonnants des antennes-réseau utilisées en radar ou en télécommunications sont de type résonnant: pavés microruban ("patches"); dipôles. On connaít des moyens d'élargir dans une certaine mesure leur bande de travail ou de les rendre multi-fréquences. Mais, si l'on cherche des caractéristiques large-bande allant au delà d'une octave, les pavés et dipôles manifestent une dégradation très importante et rédhibitoire de leurs caractéristiques radioélectriques.
D'autres applications font usage d'antennes-réseau à large bande. Leurs éléments rayonnants sont soit d'un type qui possède des propriétés radiatives indépendantes de la fréquence (éléments de type "spirale" ou de type "log-périodique"), soit d'un type qui travaille par ondes progressives (éléments de type "VIVALDI", ou de type "encoche").
Ces éléments sont difficilement utilisables en bande étroite, soit à cause de leur faible rendement (spirale), soit en raison de leur taille excessive (log-périodique), soit du fait de difficultés rencontrées lorsqu'on veut placer à l'arrière un plan-masse, au lieu de l'absorbant hyperfréquence habituel (VIVALDI, encoche).
En cherchant à améliorer globalement les performances et possibilités des antennes à balayage électronique en bande étroite, la Demanderesse a trouvé le moyen de construire de tels aériens à partir d'éléments rayonnants qui sont au départ à large bande.
La figure 1 illustre le schéma de principe d'un élément rayonnant en encoche de profil exponentiel (décrit notamment dans l'article "A BROADBAND STRIPLINE ANTENNA", L.R. LEWIS, M. FASSETT, J. HUNT, IEEE Symposium on Antenna Propagation, 1974, pp 335-337).
Un substrat diélectrique SU est métallisé sur ses deux grandes faces, en M1 et M2, sauf en deux évidements E1 et E2, homologues, qui s'évasent en exponentielle vers un bord libre BL, perpendiculaire aux grandes faces.
A l'arrière, c'est à dire au niveau de la partie étroite des évidements, ceux-ci sont couplés dans une zone de couplage CZ à une ligne d'alimentation LA, arrivant en mode tri-plaque ("stripline") entre les métallisations M1 et M2, avec une propagation en mode TEM.
Entre les bords opposés d'un même évidement est définie une fente, qui s'élargit. Les propriétés rayonnantes sont dues principalement à une propagation en ondes progressives (ondes de surface) le long de cette fente qui s'élargit vers le bord libre, ainsi qu'à la discontinuité de l'évidement au niveau du bord libre.
On connaít aussi des profils d'encoche un peu différents:
  • encoche de MONSER (brevet US 3 836 976 ; "DESIGN CONSIDERA-TIONS FOR BROADBANDING PHASED ARRAY ELEMENTS BEYOND TWO OCTAVES", G.MONSER, Military Microwave Conferences, pp 392-396, Brighton, England, 1986) ;
  • encoche de POVINELLI ("DESIGN AND PERFORMANCE OF WIDEBAND DUAL POLARIZED STRIPLINE NOTCH ARRAYS", M.J. POVINELLI, J.A. JOHNSON, IEEE Symposium on antennas and propagation, 1988, pp 200-203).
Les éléments de type VIVALDI ressemblent aux profils d'encoche, mais ne comprennent qu'une seule métallisation évidée, en regard de la ligne d'alimentation.
La Figure 2 montre comment des éléments rayonnants R10 ... R19, ... R70 à R79 peuvent être montés sur une base support BA pour constituer une antenne-réseau.
Quoique ces éléments ne soient pas modélisables actuellement, on arrive dans une certaine mesure à les ajuster pour les faire travailler en large-bande, avec des variations de gain en fonction de la fréquence et de l'angle de rayonnement qui, pour être importantes, n'en demeurent pas moins acceptables là où la large bande est l'impératif essentiel.
Par contre, pour bien fonctionner, ces éléments doivent être adossés sur un absorbant hyperfréquence, ici, le support BA. Cette nécessité pose problème lorsqu'on veut y placer le plan-masse requis (entre autres) pour les applications en bande étroite, du moins à distance suffisamment proche pour qu'il soit effectif.
En effectuant des essais sur de telles encoches, la Demanderesse a trouvé le moyen de résoudre ces difficultés.
La figure 3 illustre l'élément rayonnant proposé, sous la forme d'une encoche de MONSER. Comme il a été observé que les propriétés de l'élément rayonnant sont conservées avec une homothétie tri-dimensionnelle de facteur 2 (au moins), les dimensions sont rapportées à une longueur d'onde de référence λ, qui peut être celle de la fréquence centrale de la bande étroite à obtenir.
L'élément rayonnant comprend sur un substrat diélectrique SU, constitué de deux couches superposées ayant chacune une épaisseur e0 = 0.026 λ. Ce substrat peut être notamment en verre-téflon du type DUROïD 5880 (Marque déposée).
Le substrat plat (en principe plan), ici de forme rectangulaire, possède un bord libre BL, en l'espèce perpendiculaire à ses deux grandes faces, dont la longueur (plus grande dimension) est ici a0 = 0.57 λ.
Sur les deux grandes faces sont prévues des métallisations M1 et M2. Ces métallisations ont deux évidements respectifs superposables, symétriques par rapport à la médiatrice du bord libre (dans l'exemple représenté). De façon générale, ces évidements s'évasent jusqu'au bord libre BL. Dans le mode de réalisation décrit, il s'agit d'un profil étagé à deux niveaux, dimensionné comme suit:
  • fente large, près du bord libre BL, de largeur a1 = 0.213 λ, et de profondeur (longueur) p1 = 0.213 λ, égale à sa largeur ;
  • fente rétrécie, à l'opposé du bord libre BL, de largeur égale à un peu moins du tiers de la précédente, soit a2 = 0.066 λ.
  • la profondeur ou longueur totale de l'évidement est p2 = 0.343 λ.
On notera que cette forme d'encoche se distingue de celle du brevet US 3 836 976, notamment sur les points suivants:
  • forme plus "carrée" de la partie de l'évidement qui forme la fente large (ici, a1 = p1), et
  • faible profondeur p2 - p1 de la fente étroite au fond de l'évidement.
La ligne d'alimentation LA est par exemple imprimée entre les deux couches du substrat SU. Elle forme avec les métallisations M1 et M2 un système tri-plaque ("stripline"), sujet à une propagation hyperfréquence de type TEM ("transverse electric mode"). Sa partie terminale LA9 se couple à la fente étroite, à la manière d'une transition tri-plaque/fente. Cette transition est ajustée pour obtenir des courants en opposition de phase entre les deux bords de la fente étroite, dans la zone de couplage.
Sur la figure 3, le support BA est devenu un plan-masse conducteur et réflecteur PM. Le plan-masse peut être incurvé, dans la limite compatible avec le fonctionnement hyperfréquence. Ce plan-masse est muni de passages traversants PT, de forme générale rectangulaire (ici avec des extrémités arrondies, pour faciliter l'usinage). Les dimensions d'un passage sont, dans l'exemple illustré :
  • longueur f1 = 0.636 λ, et
  • largeur f0 = 0,073 λ.
Un élément rayonnant individuel peut être tenu en position choisie, en principe symétriquement, par rapport au passage du plan-masse. Ce positionnement peut être obtenu à l'aide d'ailes longitudinales de guidage GU montées sur son connecteur arrière CR (Figure 4A). Comme le montre la figure 4B, à partir de l'encoche, la ligne d'alimentation LA s'incurve pour rejoindre longitudinalement l'âme CR1 du connecteur, où l'on voit également des trous CR8 pour les vis de fixation du connecteur CR.
La figure 5 illustre schématiquement le montage, de part et d'autre du plan-masse PM. Sur celui-ci est adossé un support, par exemple métallique, pour le connecteur CR.
La largeur de l'antenne est dans cet exemple a0 = 0,57 λ. La figure 6 montre qu'il est possible de construire un réseau de maille équilatérale, avec un pas vertical pv = 0,536 λ, et un pas horizontal ph = 0,619 λ. Et la figure 7 illustre une partie d'un réseau ainsi obtenu. Bien entendu, le réseau réel peut avoir un nombre d'éléments bien supérieur, notamment plusieurs centaines.
La Demanderesse a observé que ce réseau fonctionne dans une bande de 10% autour de la fréquence centrale (correspondant à λ), avec une couverture angulaire de +/- 60°, et ce sans rencontrer de lobes secondaires dus au réseau. Ceci répond bien aux besoins de bande étroite, dans une réalisation relativement simple et économique.
L'antenne réseau présente en outre l'avantage de posséder une bande passante supérieure à une octave. Ceci la rend propre à fonctionner en d'autres modes de bande étroite, notamment multi-fréquences.
En l'état actuel de ses travaux, la Demanderesse estime que les performances obtenues s'expliquent de la manière indiquée ci-après.
Il a été observé tout d'abord que l'encoche possède un centre de phase sensiblement fixe, sensiblement au niveau du bord libre, dans une bande de fréquence étroite, s'étendant sur environ 10% autour d'une fréquence centrale choisie, et ce sensiblement sur l'ensemble de la couverture angulaire.
En plaçant un plan-masse près de la partie rayonnante d'une encoche, au lieu de l'absorbant habituel, on s'attend à dégrader sensiblement les performances, et par là, à ce que l'encoche convienne encore moins pour des applications en bande étroite, en particulier celles où la phase compte beaucoup.
Toutefois, il s'est avéré que la distance entre le passage et le bord libre du substrat peut être choisie pour optimiser le rendement radiatif dans ladite bande étroite, et compenser ainsi les effets néfastes de la présence du plan-masse. De préférence, la distance d0 entre le passage PT du plan-masse et le bord libre BL du substrat est voisine de la demi-longueur d'onde dans l'air à la fréquence centrale de la bande étroite. Sur la figure 3, d0 est d'environ 0,44 λ. Cependant, des valeurs différentes peuvent également convenir. Ceci a été observé avec l'encoche de MONSER. Il est estimé que des adaptations analogues peuvent être faites avec une encoche de POVINELLI (figure 8) ou une encoche de profil exponentiel (figure 9). De telles adaptations sont également envisageables avec les éléments VIVALDI, qui, sous certaines réserves, peuvent être considérés comme des demi-encoches.
De plus, l'écartement latéral entre les bords longitudinaux du passage PT du plan-masse et chaque grande face du substrat peut être ajusté pour obtenir un faible taux d'ondes stationnaires, tout en élargissant la bande passante en présence du plan-masse. L'élément décrit possède, sur une bande plus large qu'une octave, un coefficient de réflexion actif de 10 dB, ce qui correspond à un taux d'ondes stationnaires actif (TOS) de 2/1. Le diagramme de rayonnement possède une ouverture de 90°. On peut donc aussi l'utiliser en large bande, avec une couverture angulaire de +/- 45°, pour des lobes secondaires situés à au moins 10 dB sous le niveau du lobe principal. Le dépointage du balayage électronique peut être effectué par des lignes à retard, pour cette application. Les performances en large bande peuvent être améliorées, si les éléments rayonnants situés au pourtour de l'antenne réseau ne sont pas alimentés dans ce mode.
Le substrat de l'élément rayonnant peut être prolongé vers l'arrière, pour servir de circuit imprimé supportant des organes de balayage électronique, actifs ou passifs, et/ou des éléments d'amplification. En d'autres termes, l'invention convient bien pour des modules rayonnants actifs.
Pour certaines applications, nécessitant une polarisation circulaire, on peut placer un polariseur à ligne à méandres devant chaque élément rayonnant, c'est-à-dire du côté de son bord libre.
Pour d'autres applications, nécessitant une diversité de polarisation, on peut disposer les éléments rayonnants en croix, soit à raison de deux en chaque position, soit en les croisant d'une position à la position adjacente.
Par un choix convenable des dimensions, l'élément rayonnant est susceptible de fonctionner entre 1 et 50 GHz, environ.

Claims (12)

  1. Dispositif rayonnant, comprenant:
    un support (PM),
    un substrat diélectrique plat (SU), monté perpendiculairement au support, pour définir, à distance du support, un bord libre (BL) parallèle à celui-ci,
    sur au moins l'une des deux grandes faces du substrat, une métallisation (M1,M2) assortie d'un évidement (E1,E2) qui s'évase jusqu'au bord libre,
    le substrat formant ainsi une structure rayonnante, où le profil de l'évidement forme adaptation entre une zone de couplage avec une alimentation hyperfréquence, et une zone radiative à large bande au voisinage du bord libre,
    caractérisé en ce que le profil de l'évidement (E1,E2) est choisi pour posséder un centre de phase sensiblement fixe, dans une bande de fréquence étroite, s'étendant sur environ 10% autour d'une fréquence centrale choisie, et ce sensiblement sur l'ensemble de la couverture angulaire,
    et en ce que le support comprend un plan-masse (PM), évidé selon un passage (PT) propre à loger le substrat, la distance entre ce passage et le bord libre (BL) du substrat étant choisie pour optimiser le rendement radiatif dans ladite bande étroite.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux grandes faces du substrat sont munies de deux métallisations (M1,M2) avec des évidements (E1,E2) de même forme, en positions homologues, ce qui fournit un profil en encoche.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dimension de l'évidement (E1,E2) perpendiculairement au bord libre est au plus à peu près égale à la longueur du bord libre (BL).
  4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'évidement est du type dit encoche de "MONSER", possédant un profil à deux étages d'adaptation à l'espace libre.
  5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre le passage (PT) du plan-masse et le bord libre (BL) du substrat est voisine de la demi-longueur d'onde dans l'air à la fréquence centrale de la bande étroite.
  6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écartement latéral entre le bord longitudinal du passage (PT) du plan-masse et la grande face du substrat qui est en regard est ajusté pour obtenir un faible taux d'ondes stationnaires tout en élargissant la bande passante en présence du plan-masse.
  7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne-ruban de couplage (LA) formant structure tri-plaque avec la métallisation (M1,M2) du substrat, et formant transition tri-plaque/fente avec l'évidement (E1,E2), au voisinage de son extrémité distante du bord libre du substrat.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la ligne-ruban de couplage (LA) opère en mode TEM.
  9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un organe polariseur, tel qu'un polariseur à ligne en méandre, placé devant le bord libre de l'élément rayonnant.
  10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de substrats à encoche formant un réseau bidimensionnel, sur un même plan-masse, usiné de passages en fentes homologues de ces substrats (Fig. 7).
  11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les substrats à encoche sont croisés en vue d'une diversité de polarisation.
  12. Dispositif selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de balayage électronique selon une direction au moins.
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