FR2488058A1

FR2488058A1 - RADIANT SOURCE COMPACT BI-BAND OPERATING IN THE FIELD OF HYPERFREQUENCIES

Info

Publication number: FR2488058A1
Application number: FR8016712A
Authority: FR
Inventors: Albert Dupressoir
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1982-02-05
Also published as: FR2488058B1; EP0045254A1; DE3172526D1; EP0045254B1

Abstract

SOURCE COMPACTE BI-BANDE FONCTIONNANT DANS LE DOMAINE DES HYPERFREQUENCES, COMPORTANT DEUX ENSEMBLES CONSTITUES CHACUN PAR UN SYSTEME DE DIPOLES RAYONNANTS 6 ET 8-9 ET PAR UN DISPOSITIF REFLECTEUR 7 ET 10, LES POLARISATIONS DES ONDES RAYONNEES RESPECTIVEMENT PAR LES DEUX ENSEMBLES ETANT CROISEES L'UNE PAR RAPPORT A L'AUTRE ET LA POSITION RELATIVE DE CES DEUX ENSEMBLES L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE ETANT TELLE QUE LEURS CENTRES DE PHASE SONT CONFONDUS. APPLICATION AUX ANTENNES A BALAYAGE ELECTRONIQUE ET AUX SOURCES PRIMAIRES ECLAIRANT UN SYSTEME OPTIQUE FOCALISANT.COMPACT DUAL BAND SOURCE OPERATING IN THE HYPERFREQUENCY FIELD, COMPRISING TWO UNITS EACH CONSISTING OF A SYSTEM OF RADIANT DIPOLES 6 AND 8-9 AND BY A REFLECTOR DEVICE 7 AND 10, THE POLARIZATIONS OF THE RADIUS WAVES RESPECTIVELY RESPECTED BY THE TWO 'IN RELATION TO THE OTHER AND THE RELATIVE POSITION OF THESE TWO SETS WITH RESPECT TO THE OTHER BEING SUCH THAT THEIR PHASE CENTERS ARE MIXED. APPLICATION TO ELECTRONIC SCAN ANTENNAS AND PRIMARY SOURCES LIGHTING A FOCUSING OPTICAL SYSTEM.

Description

La présente invention concerne une source rayonnante bi-The present invention relates to a radiating source

bande compacte fonctionnant dans le domaine des hyperfréquences. compact band operating in the microwave field.

Elle est utilisable comme source primaire éclairant un système optique focalisant ou comme élément rayonnant directement, seul ou en tant qu'élément d'une antenne réseau à balayage électronique. Auparavant, une source rayonnante fonctionnant dans deux bandes de fréquences distinctes était constituée par deux sources élémentaires distinctes fonctionnant chacune dans une bande mais associées toutes les deux un même réflecteur réalisé en forme de dièdre, comme cela est représenté sur la figure 1. On y voit en effet un dipôle 1 dont la direction des brins est parallèle à l'arête 2 du réflecteur dièdre 3 commun, et deux autres dipôles 4 et 5, situés de part et d'autre du dipôle 1 pour des raisons de symétrie et dont la It is usable as a primary source illuminating a focusing optical system or as a radiating element directly, alone or as part of a scanning array antenna. Previously, a radiant source operating in two distinct frequency bands was constituted by two distinct elementary sources each operating in a band but both associated with the same reflector in the form of a dihedral, as shown in FIG. indeed a dipole 1 whose direction of the strands is parallel to the edge 2 of the dihedral reflector 3 common, and two other dipoles 4 and 5, located on either side of the dipole 1 for reasons of symmetry and whose

direction des brins est perpendiculaire à celle des brins du dipôle 1. direction of the strands is perpendicular to that of the strands of the dipole 1.

Le dipôle 1 d'une part et les deux dipôles 4 et 5 d'autre part ont des polarisations croisées l'une par rapport à l'autre et l'on conçoit aisément que lorsqu'une telle source rayonnante bi-bande doit éclairer un système optique focalisant, un réflecteur parabolique par exemple, les centres de phase des deux ensembles, constitués l'un par le dipôle 1 et le réflecteur 3 et l'autre par les dipôles 4 et 5 et le réflecteur 3, ne peuvent être confondus tous les deux avec le foyer de ce système optique. Dans ce cas, les phénomènes d'aberration ne permettent pas d'obtenir, d'une telle source bi-bande, le meilleur The dipole 1 on the one hand and the two dipoles 4 and 5 on the other hand have cross polarizations with respect to each other and it is readily conceivable that when such a dual-band radiating source is to illuminate a focusing optical system, a parabolic reflector for example, the phase centers of the two sets, consisting of one by the dipole 1 and the reflector 3 and the other by the dipoles 4 and 5 and the reflector 3, can not be confused all both with the focus of this optical system. In this case, the phenomena of aberration do not make it possible to obtain, from such a dual-band source, the best

rayonnement possible.possible radiation.

Le but de l'invention est de remédier à de tels inconvénients et de réaliser une source rayonnante compacte, fonctionnant dans deux The object of the invention is to overcome such disadvantages and to achieve a compact radiating source, operating in two

bandes de fréquences distinctes.separate frequency bands.

Selon une caractéristique de l'invention, cette source rayon- According to one characteristic of the invention, this ray source

nante bi-bande compacte fonctionnant dans le domaine des hyper- compact dual band operating in the field of hyper-

fréquences, comporte deux ensembles rayonnants source-réflecteur, le premier ensemble étant constitué par un système de dipôles accordés sur la bande de fréquence dont la fréquence centrale est la frequencies, comprises two source-reflector radiating assemblies, the first set being constituted by a system of dipoles tuned on the frequency band whose central frequency is the

plus élevée des deux et rayonnant une onde de polarisation déter- the higher of the two and radiating a polarization wave deter-

minée, associé à un dispositif réflecteur semi-transparent, le second ensemble étant constitué par un système de dipôles rayonnant une onde de polarisation croisée par rapport à la précédente associé à un dispositif totalement réflecteur, la position relative de ces deux ensembles l'un par rapport à l'autre étant telle que leurs centres de phase sont confondus. Le fait que les deux centres de phase des deux ensembles rayonnants source-réflecteur soient confondus apporte une meilleure coupled with a semi-transparent reflective device, the second assembly being constituted by a dipole system radiating a cross-polarization wave with respect to the previous one associated with a totally reflective device, the relative position of these two sets, one for each relationship to the other being such that their phase centers are merged. The fact that the two phase centers of the two source-reflective radiating sets are merged gives a better

focalisation de la source et par conséquent de meilleurs carac- focus of the source and therefore better characteris-

téristiques de rayonnement.radiation characteristics.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- Other features and advantages of the invention are

raîtront dans la description qui suit, illustrée par les figures 2, 3, 4 in the description which follows, illustrated by FIGS. 2, 3, 4

et 5 qui, outre la figure 1 déjà décrite, représentent des exemples de réalisation non limitatifs d'une source rayonnante bi-bande selon l'invention. La figure 2 représente une source rayonnante bi-bande qui comporte deux ensembles rayonnants distincts; le premier est constitué par un dipôle 6, accordé sur la bande dont la fréquence and which, in addition to FIG. 1 already described, represent nonlimiting exemplary embodiments of a dual-band radiating source according to the invention. Figure 2 shows a dual-band radiating source which has two distinct radiating assemblies; the first is constituted by a dipole 6, tuned to the band whose frequency

centrale est la plus élevée, associé à un dispositif réflecteur 7 semi- the highest level, combined with a semi-reflective device 7

transparent et le second ensemble est constitué par deux dipôles 8 et 9 associés à un second dispositif réflecteur 10. Le dipôle 6 rayonne une onde de polarisation déterminée, pour laquelle le dispositif réflecteur 7 est transparent mais qui est réfléchie par le réflecteur 10. Par contre les dipôles 8 et 9 rayonnent une onde dont la polarisation est croisée par rapport à la précédente, de sorte que le réflecteur 7 la réfléchit totalement. En réglant la position relative de ces deux ensembles c'est-àdire en réglant aussi bien la distance D entre les deux réflecteurs 7 et 10 que la distance d entre les brins des dipôles 6 d'une part et 8 et 9 d'autre part, on peut faire transparent and the second set consists of two dipoles 8 and 9 associated with a second reflector device 10. The dipole 6 radiates a determined polarization wave, for which the reflector device 7 is transparent but which is reflected by the reflector 10. By cons the dipoles 8 and 9 radiate a wave whose polarization is crossed with respect to the previous one, so that the reflector 7 reflects it completely. By adjusting the relative position of these two sets that is to say by adjusting both the distance D between the two reflectors 7 and 10 that the distance d between the strands of the dipoles 6 on the one hand and 8 and 9 on the other hand , we can do

coincider leurs centres de phase de façon à obtenir les carac- to coincide with their phase centers so as to obtain the characteristics

téristiques de rayonnement optimales. optimal radiation characteristics.

Comme le montre la figure 2, le réflecteur semi-transparent 7 est constitué par un réseau de fils métalliques parallèles 11, dont la direction est perpendiculaire à celle des brins 12. du dipôle 6 donc à la polarisation de l'onde qu'il émet. Le réflecteur 10 est constitué par un réseau de fils 13 métalliques parallèles dont la direction est parallèle à celle des brins 12 du dipôle 6 pour réfléchir totalement l'onde émise par ce dernier. Mais ce réflecteur 10 peut aussi être réalisé par un réseau de fils métalliques croisés ou par une surface à métallisation continue. Pour fixer cette source bi-bande ainsi constituée, sur un support métallique par exemple dans le but de réaliser une antenne à balayage électronique, le réflecteur 10 est très structuré et le As shown in FIG. 2, the semi-transparent reflector 7 is constituted by a network of parallel metallic wires 11 whose direction is perpendicular to that of the strands 12 of the dipole 6, therefore to the polarization of the wave that it emits. . The reflector 10 is constituted by a network of parallel metal wires 13 whose direction is parallel to that of the strands 12 of the dipole 6 to fully reflect the wave emitted by the latter. But this reflector 10 can also be made by a network of crossed metal son or a continuous metallization surface. In order to fix this bi-band source thus constituted, on a metal support for example in order to produce an electronic scanning antenna, the reflector 10 is very structured and the

réseau de fils 13 est réalisé sur une plaquette de matériau diélec- wire network 13 is formed on a plate of dielectric material

trique. Cette dernière porte des inserts 14 métalliques servant à la fixation de la source, sert de plan- de pose aux dipôles et supporte le cudgel. The latter carries metal inserts 14 for fixing the source, serves as a landing surface for the dipoles and supports the

dispositif diviseur de puissance intégré dans son volume arrière. power divider device integrated in its rear volume.

Dans le cas de la figure 2, le réflecteur semi-transparent 7 laisse passer l'onde rayonnée par le dipôle 6 auquel il est associé; mais dans un autre exemple de réalisation, il sera au contraire totalement réflecteur pour cette onde et laissera passer l'onde émise par les autres dip8les et dont la polarisation est croisée par rapport à la première. Par contre, dans tous les cas, le réflecteur semi-transparent doit être associé au système de dipôles rayonnants accordés sur la bande de fréquences dont la fréquence centrale est In the case of FIG. 2, the semi-transparent reflector 7 lets the radiated wave pass through the dipole 6 with which it is associated; but in another embodiment, it will instead be totally reflective for this wave and let pass the wave emitted by the other dip8les and whose polarization is crossed with respect to the first. On the other hand, in all cases, the semi-transparent reflector must be associated with the system of radiating dipoles tuned to the frequency band whose central frequency is

la plus élevée.the highest.

Sur la figure 3, le dispositif réflecteur semi-transparent est réalisé en forme de dièdre 15, constitué par deux plans 16 et 17 possédant une arête commune 18. Pour des raisons de rayonnement optimal, le dipôle associé à ce réflecteur-en forme de dièdre est tel que la direction de ses brins est parallèle à l'arête du dièdre. Ainsi, In FIG. 3, the semi-transparent reflector device is made in the form of a dihedron 15, constituted by two planes 16 and 17 having a common edge 18. For reasons of optimal radiation, the dipole associated with this reflector-shaped dihedron is such that the direction of its strands is parallel to the edge of the dihedron. So,

sur la figure 3, c'est le dipôle 19 qui est associé au réflecteur semi- in FIG. 3, the dipole 19 is associated with the semi-reflector

transparent 15, ses brins 20 étant parallèles à l'arête 18 du dièdre 15. Les fils 21 du réflecteur 15 étant orthogonaux à la direction des brins 20 du dipôle 19, l'onde émise par celui-ci passe à travers le dièdre sans réflection, avant de se réfléchir sur le dispositif réflecteur 22, qui est constitué par un réseau de fils parallèles 23 de direction parallèle à celle des brins 20. Comme précédemment, la position relative des deux ensembles rayonnants source-réflecteur permet de faire coïncider leurs deux centres de phase pour obtenir transparent 15, its strands 20 being parallel to the edge 18 of the dihedron 15. The son 21 of the reflector 15 being orthogonal to the direction of the strands 20 of the dipole 19, the wave emitted by it passes through the dihedral without reflection before being reflected on the reflector device 22, which consists of a network of parallel wires 23 of direction parallel to that of the strands 20. As previously, the relative position of the two source-reflector radiating assemblies makes it possible to make their two centers coincide. live to get

les meilleurs conditions de rayonnement de la source. the best radiation conditions of the source.

Pour des raisons de tenue mécanique le volume englobant les deux ensembles source-réflecteur c'est-à-dire compris entre le réflecteur 22, le plan passant par les arêtes extérieures 24 et 25 du dièdre 15 et parallèle au plan 22 et les quatre plans perpendiculaires entre eux et au plan 22 peut être rempli de mousse de polyuréthane a faible densité. On peut également ajouter un radome diélectrique For reasons of mechanical strength the volume encompassing the two sets source-reflector that is to say between the reflector 22, the plane passing through the outer edges 24 and 25 of the dihedron 15 and parallel to the plane 22 and the four planes perpendicular to each other and to the plane 22 may be filled with low density polyurethane foam. We can also add a dielectric radome

autour de cette source pour en assurer en plus l'étanchéité. around this source to ensure more tightness.

Une application particulière du mode de réalisation décrit sur la figure 3 a été réalisé pour une source rayonnante devant fonctionner dans deux bandes de fréquences distinctes centrées sur 1000 MHz et 1250 MHz. Le réseau de fils métalliques parallèles 21, constituant le réflecteur semitransparent 15 en forme de dièdre, est obtenu par le procédé de photogravure utilisé dans la technologie de fabrication des circuits imprimés. La distance entre l'arêtel8 du dièdre et les brins 20 du dipôle 19 est égale à 0,6 À,,\ étant la longueur d'onde à la fréquence centrale 1250 MHz et l'angle du dièdre est égal à 90 . Les deux autres dip8les 30 et 31 sont alimentés en phase ou en opposition de phase par l'intermédiaire d'un répartiteur d'énergie du type "anneau hybride 6 A/4". Le réflecteur plan 22 est constitué par une plaque de diélectrique métallisé et la distance qui le sépare des brins des dipôles 30 et 31 est égale à 0,25 A particular application of the embodiment described in FIG. 3 has been made for a radiating source to operate in two distinct frequency bands centered on 1000 MHz and 1250 MHz. The parallel wire network 21, constituting the dihedral semitransparent reflector 15, is obtained by the photogravure process used in printed circuit manufacturing technology. The distance between the edge 8 of the dihedral and the strands 20 of the dipole 19 is equal to 0.6 λ 1, λ being the wavelength at the center frequency 1250 MHz and the angle of the dihedral is equal to 90. The other two dipoles 30 and 31 are supplied in phase or in phase opposition via a "hybrid ring 6 A / 4" type power distributor. The planar reflector 22 is constituted by a metallized dielectric plate and the distance which separates it from the strands of the dipoles 30 and 31 is equal to 0.25

>,'Ä' étant la longueur d'onde à la fréquence centrale 1000MHz. >, 'Ä' being the wavelength at the center frequency 1000MHz.

Sur la figure 4 est représenté un autre exemple de réalisation de l'invention, dans lequel les deux systèmes de dipôles rayonnants ne sont constitués que par un seul dipôle 26 et 27 de chacune des FIG. 4 shows another embodiment of the invention, in which the two radiating dipole systems consist only of one single dipole 26 and 27 of each

deux polarisations. Pour respecter la symétrie de la source, néces- two polarizations. To respect the symmetry of the source, neces-

saire pour faire coïncider les deux centres de phase, ces deux dipôles doivent être centrés. Pour cela, ils sont montés sur un seul pied 28 commun aux deux mais sont alimentés par deux lignes coaxiales 37 et 38 distinctes, reliées chacune à l'un des brins 39 et 40 des deux dipôles. Là encore, la forme des réflecteurs est quelconque, autrement dit le réflecteur semi transparent 29 peut être en forme de dièdre ou plan tout comme le réflecteur 300, les remarques To make the two phase centers coincide, these two dipoles must be centered. For this, they are mounted on a single foot 28 common to both but are fed by two separate coaxial lines 37 and 38, each connected to one of the strands 39 and 40 of the two dipoles. Again, the shape of the reflectors is arbitrary, that is to say the semi-transparent reflector 29 may be in the form of dihedron or plane just like the reflector 300, the remarks

concernant leur position relative étant les mêmes que précé- their relative position being the same as above

demment. Sur la figure 5 est envisagé le cas o les deux dispositifs réflecteurs 290 et 301 sont réalisés en forme de dièdres. Comme cela a été expliqué auparavant, les deux systèmes de dipôles ayant leurs brins perpendiculaires les uns par rapport aux autres, les dièdres sont disposés de sorte que les arêtes 310 et 32 formées respectivement par l'intersection des plans (33 et 34) et (35 et 36), ously. Figure 5 is considered the case where the two reflector devices 290 and 301 are made in the form of dihedral. As has been explained before, the two dipole systems having their strands perpendicular to each other, the dihedrals are arranged so that the edges 310 and 32 respectively formed by the intersection of the planes (33 and 34) and ( 35 and 36),

sont perpendiculaires.are perpendicular.

Enfin la figure 6 représente un autre exemple de réalisation de l'invention, dans lequel le réflecteur 41 en forme de dièdre est placé Finally, FIG. 6 represents another embodiment of the invention, in which the reflector 41 in the form of a dihedral is placed

de sorte que son arête 42 est située derrière le réflecteur plan 43. so that its edge 42 is located behind the plane reflector 43.

Au réflecteur 41 est associé un dipôle 44 dont les brins sont parallèles à l'arête 42 et au réflecteur plan 43 sont associés deux dipôles 45 et 46 de polarisation croisée par rapport à celle du dipôle 44. La partie du réflecteur plan 43 située en avant de l'arête 42 doit obligatoirement être semi-transparente pour laisser passer l'onde émise par un des deux systèmes de dipôles rayonnants, c'est-à-dire par le dipôle 44 dans le cas précis de cette figure. L'autre partie de ce réflecteur, comme le réflecteur dièdre 41 lui-même peuvent être constitués par des plaques métalliques pleines ou par des réseaux At the reflector 41 is associated a dipole 44 whose strands are parallel to the edge 42 and the plane reflector 43 are associated two dipoles 45 and 46 of cross polarization with respect to that of the dipole 44. The portion of the plane reflector 43 located forward of the edge 42 must necessarily be semi-transparent to let the wave emitted by one of the two systems of radiating dipoles, that is to say by the dipole 44 in the specific case of this figure. The other part of this reflector, like the dihedral reflector 41 itself, can consist of solid metal plates or networks

polariseurs selon le but recherché. polarizers according to the desired purpose.

Dans tous ces cas de réalisation décrits, les systèmes pola- In all these cases of realization described, the Polish systems

riseurs constitués par des réseaux de fils métalliques peuvent être photogravés sur des plaquettes de matériau diélectrique. On peut également remplacer ces réseaux de fils par des lames métalliques parallèles plus rigides. Les remarques concernant la position relative des deux ensembles rayonnants source-réflecteur, leur réalisation pratique et l'ajout de mousse de polyuriéthane comme celui d'un risers constituted by metal wire networks can be photoengraved on wafers of dielectric material. These wire networks can also be replaced by stiffer parallel metal blades. The remarks concerning the relative position of the two source-reflector radiator assemblies, their practical realization and the addition of polyurethane foam as that of a

radome sont valables également par tous ces cas. radome are also valid in all these cases.

On a ainsi décrit une source rayonnante bi-bande compacte, qui peut être utilisée comme élément rayonnant directement seul ou bien en tant qu'élément d'une antenne à balayage électronique. Mais cette source peut aussi éclairer un système optique focalisant, dont Thus, a compact dual-band radiating source has been described which can be used as a radiating element directly alone or as part of a scanning electron antenna. But this source can also illuminate a focusing optical system,

la position par rapport aux deux ensembles rayonnants source- the position with respect to the two radiant sets source-

réflecteur qui la constituent est telle que le foyer de ce système optique est confondu avec leurs deux centres de phase. The reflector which constitutes it is such that the focus of this optical system coincides with their two phase centers.

Claims

A compact dual-band radiating source operating in the microwave range, characterized in that it comprises two source-reflector radiating assemblies, the first set being constituted by a system of dipoles (6) tuned to the frequency band whose center frequency is the highest of the two center frequencies of the two bands and radiating a determined polarization wave, associated with a semi-transparent reflector (7), the second set being constituted by a system of dipoles (8 and 9) radiating a wave cross-polarization relative to the previous one associated with a totally reflective device (10), the relative position of these two sets relative to each other

being such that their phase centers are merged.

2. A dual-band radiating source according to claim 1, characterized

characterized in that the semi-transparent reflective device passes the radiated wave through the dipole system with which it is associated and totally reflects the radiated wave by the second dipole system.

The dual-band radiating source according to claim 1, wherein

characterized in that the semi-transparent reflective device passes the wave radiated by the second dipole system and totally reflects the radiated wave by the dipole system with which it is associated.

4. A dual-band radiating source according to claim 1, characterized

characterized in that the semi-transparent reflective device (7) is constituted by a network of parallel metallic wires (11) whose direction is perpendicular to that of the polarization of the wave for

which is transparent.

5. A dual-band radiating source according to claim 1, characterized

characterized in that the totally reflective device (10) is constituted by a network of parallel metallic wires (13) whose direction is parallel to the polarization of the wave which it reflects, or by a network of crossed wires or by a surface to

continuous metallization.

6. A dual-band radiating source according to claim 1, characterized

characterized in that the semi-transparent reflective device (7) is plane.

7. Bi-band radiating source according to the re-invention 1, characteristics

erised in that the semi-transparent reflective device (15) is made in the form of a dihedral and in that the dipole or dipoles (19) associated with it are such that the direction of their strands (20) is

parallel to the edge (18) of the dihedron (15).

8. Bi-band radiator according to claim 1, characterized

characterized in that the reflector device (10) is plane.

9. Bi-band radiator according to claim 1, characterized

characterized in that the reflector device (301) is in the form of a dihedron and in that the dipole or dipoles associated with it are such

that the direction of their strands is parallel to the edge of the dihedron.

10. Bi-band radiating source according to one of the claims

1 to 9, characterized in that the volume encompassing the two radiating dipole systems and the two reflector devices is filled

of low density polyurethane foam.

11. Bi-band radiating source according to one of the claims

1 to 10, characterized in that a dielectric radome is placed

around the source.

12. An electronic scanning antenna comprising an array of radiating elements each consisting of a compact source

dual band according to one of claims 1 to 9.

13. Primary source illuminating a focusing optical system, consisting of a dual-band radiating source according to one of the

Claims 1 to 9, characterized in that the position of the source

compared to the optical system is such that the two phase centers of the two sets radiating source-reflector which the

constitute the focus of the optical system.