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Patent 1338792 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 1338792
(21) Application Number: 541311
(54) English Title: MICROWAVE PHASE SHIFTER INCORPORATING A MICROSTRIP AND A SUSPENDED DIELECTRIC AND ITS APPLICATION TO LOBE SWEEPING NETWORK ANTENNAS
(54) French Title: DEPHASEUR HYPERFREQUENCE A MICRORUBAN ET DIELECTRIQUE SUSPENDU, ET APPLICATION A DES RESEAUX D'ANTENNES A BALAYAGE DE LOBE
Status: Deemed expired
Bibliographic Data
(52) Canadian Patent Classification (CPC):
  • 333/32
(51) International Patent Classification (IPC):
  • H03H 7/20 (2006.01)
  • H01P 1/18 (2006.01)
  • H01Q 3/36 (2006.01)
(72) Inventors :
  • CHAN-SON-LINT, BERNARD (France)
  • POUIT, CHRISTIAN JACQUES (France)
(73) Owners :
  • OFFICE NATIONAL D'ETUDES ET DE RECHERCHES AEROSPATIALES (France)
(71) Applicants :
(74) Agent: ROBIC
(74) Associate agent:
(45) Issued: 1996-12-10
(22) Filed Date: 1987-07-06
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): No

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
86 09 780 France 1986-07-04

Abstracts

French Abstract






Un déphaseur hyperfréquence (1) comprend des plaques
conductrice (10") et diélectrique (11) superposées, et un
ruban conducteur (13) supporté par la plaque diélectrique
(11). Il comprend des moyens, tels qu'un bilame
piézoélectrique (171, 172) pour déplacer l'une des plaques
(10", 11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur
(b) d'une lame d'air (12) entre les plaques et par suite,
modifier la constante de phase du déphaseur. Le déphaseur
peut comprendre au moins un transformateur d'impédance (3b)
à microruban pour adaptation à une ligne hyperfréquence.
Lorsque des éléments rayonnants sont reliés le long du ruban
conducteur, le déphaseur constitue une antenne réseau à
balayage de lobe.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.



23


Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme il suit:

1. Elément déphaseur hyperfréquence (1)
comprenant une plaque conductrice (10), une plaque
diélectrique (11) superposée et sensiblement parallèle à la
plaque conductrice (10), et un ruban conducteur (13) supporté
par une grande face de la plaque diélectrique (11),
caractérisé en ce qu'il comprend une lame d'air (12) ayant une
épaisseur variable (6) entre la plaque diélectrique (11) et
la plaque conductrice (10), et des moyens (14, 16, 17) pour
déplacer l'une des plaques (10, 11) par rapport à l'autre afin
de modifier l'épaisseur (b) de la lame d'air (12).

2. Elément déphaseur conforme à la revendication
1, caractérisé en ce que la plaque diélectrique (11) est
stationnaire et les moyens pour déplacer (14, 16, 17)
supportent la plaque conductrice (10) et la déplacent entre
une première position (b = bm) éloignée de la plaque
diélectrique (11) et une seconde position (b ? 0)
sensiblement en contact avec la plaque diélectrique (11).

3. Elément déphaseur conforme à la revendication
1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer sont
des moyens mécaniques du genre à vis micrométrique (14)
supportant la plaque déplaçable (10; 11).




23a



4. Elément déphaseur conforme à la revendication
1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer sont
des moyens électromécaniques du genre à vis ou tige (14)
animée par un moteur électrique (16) et supportant la plaque
déplaçable (10; 11).

5. Elément déphaseur conforme à la revendication
1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer sont
des moyens piézoélectriques (17) supportant la plaque
déplaçable (10; 11) et déformables par alimentation d'une
tension de commande variable (V).

6. Elément déphaseur conforme à la revendication
5, caractérisé en ce que les moyens piézoélectriques pour
déplacer comprennent au moins un empilement de pièces en
matériau piézoélectrique (17) ayant une pièce extrême (171)
supportant la plaque déplaçable (10; 11).

7. Elément déphaseur conforme à la revendication
6, caractérisé en ce que ledit empilement est un bilame (171,
172) en matériau piézoélectrique.





24
8. Elément déphaseur conforme à la revendication 6 ou
7, caractérisé en ce que la plaque conductrice (10) est
fixée centralement sur la pièce piézoélectrique extrême
(171).

9. Elément déphaseur conforme à la revendication 6 ou
7, caractérisé en ce que la plaque conductrice est une
couche métallique (10") déposée sur la pièce
piézoélectrique extrême (171).

10. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou
2, caractérisé en ce que ledit ruban conducteur (13) est
imprimé sur une grande face de la plaque diélectrique (11)
à l'opposé de ladite lame d'air (12).

11. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou
2, caractérisé en ce que le ruban conducteur (13') est
conformé en méandres (131, 132).

12. Elément déphaseur conforme à la revendication 1 ou
2, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque en ferrite
(200) disposée entre la plaque diélectrique (11) et la
plaque conductrice (10), et une bobine (201) coopérant avec
la plaque en ferrite et alimentée par une source de tension
variable indépendante des moyens pour déplacer (14, 16,
17).

13. Elément dephaseur conforme à la revendication 1 ou
2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10') pour
diminuer des pertes par rayonnement.

14. Elément déphaseur conforme à la revendication 13,
caractérisé en ce que les moyens pour diminuer des pertes
par rayonnement comprennent une seconde plaque conductrice
(10') sensiblement parallèle à la plaque diélectrique (11),
ledit élément déphaseur ayant une structure du type
triplaque.


15. Elément déphaseur conforme à la revendication 14,
caractérisé en ce qu'un second ruban conducteur (135) est
supporté par une autre grande face de la plaque
diélectrique (11) et est superposé au premier ruban
conducteur (13), ledit élément déphaseur ayant une
structure du type "stripline".

16. Elément déphaseur conforme à la revendication 14 ou
15, caractérisé en ce que les moyens pour diminuer les
pertes par rayonnement comprennent deux parois conductrices
(101, 102) sensiblement perpendiculaires aux deux plaques
conductrices (10') afin que les parois et les plaques
conductrices encadrent la plaque diélectrique (11) et
forment un guide d'onde rectangulaire.

17. Elément déphaseur conforme à la revendication 8,
caractérisé en ce que la plaque conductrice est fixée par
collage.

18. Dispositif déphaseur hyperfréquence, caractérisé en
ce qu'il comprend un élément déphaseur comportant une
plaque conductrice (10), une plaque diélectrique (11)
superposée et sensiblement parallèle à la plaque
conductrice (10), un ruban conducteur (13) supporté par une
grande face de la plaque diélectrique (11), une lame d'air
(12) ayant une épaisseur variable (6) entre la plaque
diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des
moyens (14, 16, 17) pour déplacer l'une des plaques (10,
11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b)
de la lame d'air (12); et un moyen de transformation
d'impédance (3) relié à l'une des extrémités (31) du ruban
conducteur (13) et de la plaque conductrice (10, 10"), pour
adapter l'impédance caractéristique (Zo) de l'élément
déphaseur à celle de moyens hyperfréquence extérieurs (2).

19. Dispositif déphaseur conforme à la revendication 18,
caractérisé en ce que le moyen de transformation

26

d'impédance (3a, 3b, 3c, 3d) a une structure du type à
microruban hyperfréquence comprenant un ruban conducteur
(13a, 13b, 13c, 13d) relié à une extrémité (31a, 31b, 31c,
31d) du ruban conducteur (13) de l'élément déphaseur (1) et
ayant une largeur diminuant continûment (13a, 13b, 13c) ou
discrètement par palier (13d) à partir, au plus, de ladite
extrémité (31a, 31b, 31c, 31d).

20. Dispositif déphaseur conforme à la revendication
19, caractérisé en ce que le moyen de transformation
d'impédance (3a) comprend une plaque diélectrique (11a)
supportant ledit ruban conducteur à largeur diminuant
(13a), et une plaque conductrice (10a) supportant la plaque
diélectrique (11a).

21. Dispositif déphaseur conforme à la revendication
19, caractérisé en ce que le moyen de transformation
d'impédance (3b, 3c, 3d) comprend une plaque diélectrique
(11b, 11c, 11d) supportant ledit ruban conducteur à largeur
diminuant (13b, 13c, 13d) et une plaque conductrice (10b,
10c, 10d) séparée de la plaque diélectrique (11b, 11c, 11d)
par une lame d'air (12b, 12c, 12d) au moins au niveau de
ladite extrémité (31b, 31c, 31d).

22. Dispositif déphaseur conforme à la revendication
21, caractérisé en ce que la lame d'air dans le moyen de
transformation d'impédance (3c) a une épaisseur uniforme
(12c), ou diminuant (12b, 12d) continûment ou discrètement
par palier au plus à partir de ladite extrémité (31b, 31d).

23. Dispositif déphaseur conforme à la revendication
20, 21 ou 22, caractérisé en ce que la plaque diélectrique
(11c) dans le moyen de transformation d'impédance (3c) a
une épaisseur diminuant continûment ou discrètement par
palier au plus à partir de ladite extrémité (31c), la
distance entre le ruban conducteur (13a, 13b, 13d, 13c) et
la plaque conductrice (10a, 10b, 10d, 10c) diminuant au




27
plus à partir de ladite extrémité.

24. Dispositif déphaseur conforme à la revendication
20 ou 21, caractérisé en ce que la plaque conductrice (10b,
10d) dans le moyen de transformation d'impédance (1b, 1d)
a une épaisseur augmentant continûment ou discrètement par
palier au plus à partir de ladite extrémité (31b, 31d), la
distance entre le ruban conducteur (13a, 13b, 13d, 13c) et
la plaque conductrice (10a, 10b, 10d, 10c) diminuant au
plus à partir de ladite extrémité.

25. Dispositif déphaseur conforme à la revendication
20 ou 21, caractérisé en ce que les plaques diélectriques
(11; 11a, 11b, 11c, 11d) dans l'élément déphaseur (1) et
dans le moyen de transformation d'impédance (3a, 3b, 3c,
3d) constituent une plaque diélectrique monobloc, et en ce
qu'un socle (15) dans l'élément déphaseur (1) supportant
les moyens pour déplacer (14, 16, 17), et la plaque
conductrice (10a, 10b, 10c, 10d) dans le moyen de
transformation d'impédance (3a, 3b, 3c, 3d) constituent une
pièce métallique monobloc supportant ladite plaque
diélectrique monobloc.

26. Dispositif déphaseur conforme à la revendication
20 ou 21, caractérisé en ce qu'il comprend un second moyen
de transformation d'impédance (3) relié à une autre
extrémité (31) du ruban conducteur et de la plaque
conductrice (10, 10').

27. Antenne réseau (1A), caractérisée en ce qu'elle
comprend un élément déphaseur hyperfréquence (1) comportant
une plaque conductrice (10), une plaque diélectrique (11)
superposée et sensiblement parallèle à la plaque
conductrice (10), un ruban conducteur (13) supporté par une
grande face de la plaque diélectrique (11), une lame d'air
(12) ayant une épaisseur variable (6) entre la plaque
diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des

28
diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des
moyens (14, 16, 17) pour déplacer l'une des plaques (10,
11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b)
de la lame d'air (12), le ruban conducteur (13) de
l'élément déphaseur étant relié à des éléments conducteurs
rayonnants (133) supportés par la plaque diélectrique (11)
et espacés le long du ruban conducteur.

28. Antenne réseau conforme à la revendication 27,
caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de
transformation d'impédance (3) relié à une extrémité (31)
du ruban conducteur (13) et de la plaque conductrice (10)
de l'élément déphaseur (1).

29. Réseau d'antennes caractérisé en ce qu'il comprend
un premier élément déphaseur hyperfréquence (1) comportant
une plaque conductrice (10), une plaque diélectrique (11)
superposée et sensiblement parallèle à la plaque
conductrice (10), un ruban conducteur (13) supporté par une
grande face de la plaque diélectrique (11), une lame d'air
(12) ayant une épaisseur variable (6) entre la plaque
diélectrique (11) et la plaque conductrice (10), et des
moyens (14, 16, 17) pour déplacer l'une des plaqnnues (10,
11) par rapport à l'autre afin de modifier l'épaisseur (b)
de la lame d'air (12); et plusieurs premiers rubans
conducteurs parallèles (13XO à 13XN-1, 13XaN-1) supportés
par la grande face de la plaque diélectrique (11X, 11Xa) du
premier élément déphaseur, des éléments conducteurs
rayonnants (133XO à 133XN-1, 133XaO à 133XaN-1) tant
reliés respectivement aux premiers rubans conducteurs et
supportés par ladite plaque diélectrique (11X, 11xa) et
espacés le long des rubans conducteurs.

30. Réseau d'antennes conforme à la revendication 29,
caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (1Y, 1Ya) de
balayage de lobe de chacune des antennes constituées par
les premiers rubans conducteurs (13X0 à 13XN1-1, 13Xa0 à

29
13XaN-1), dans un plan (OY, OZ) perpendiculaire aux
premiers rubans conducteurs.

31. Réseau d'antennes conforme à la revendication 30,
caractérisé en ce que les moyens de balayage de lobe
comprennent un second élément déphaseur (1Y), et plusieurs
rubans conducteurs parallèles (13Y0 à 13YN-1) supportés par
la grande face de la plaque diélectrique (11Y) du second
élément déphaseur et respectivement reliés à des extrémités
des premiers rubans conducteurs (13X1 à 13XN-1), et en ce
que la plaque conductrice (10Y) du second élément déphaseur
comprend des tronçons de différentes longueurs (?0, ?0 + ?1
à ?0 + (N-1) ?1) respectivement en regard des seconds
rubans conducteurs.

32. Réseau d'antennes conforme à la revendication 31,
caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (4) à structure
microruban hyperfréquence pour répartir la puissance à
partir d'un ruban conducteur d'entrée arborescent (43, 44)
vers les seconds rubans conducteurs (13Y0 à 13YN-1).

33. Réseau d'antennes conforme à la revendication 30,
caractérisé en ce que les moyens de balayage de lobe
comprennent un second élément déphaseur (1Ya), en ce que le
ruban conducteur (13Ya) du second élément déphaseur est
relié perpendiculairement au premier ruban conducteur
(13Xa0 à 13XaN-1) et en ce que la plaque conductrice (10Ya)
du second élément déphaseur est juxtaposée sous le ruban
conducteur du second élément déphaseur et mobile dans une
lumière (103) pratiquée dans la plaque conductrice (11Xa)
du premier élément déphaseur (1Xa).

34. Réseau d'antennes conforme à la revendication 33,
caractérisé en ce que le ruban conducteur (13Ya) du second
élément (1Ya) est médiateur des premiers rubans conducteurs
(13Xa0 à 13XaN-1).



35. Réseau d'antennes conforme à la revendication 33 ou
34, caractérisé en ce que la plaque conductrice (10Ya) du
second élément déphaseur a une largeur inférieure à la
distance (d) entre deux éléments rayonnants voisins (133Xa0
à 133XaN-1) le long d'un même premier ruban conducteur
(13Xa0 à 13XaN-1).

36. Réseau d'antennes conforme à la revendication 33,
caractérisé en ce qu'un conducteur interne (51) d'une ligne
coaxiale (5) a une extrémité sortant de la ligne qui
traverse les épaisseurs de la plaque conductrice (10Ya), de
la lame d'air (12Ya) et de la plaque diélectrique (11Ya)
dans le second élément déphaseur (1Ya), pour être reliée au
ruban conducteur (13Ya) du second élément déphaseur.

37. Réseau d'antennes conforme à la revendication 36,
caractérisé en ce que les moyens pour déplacer (17Ya) dans
le second élément déphaseur (1Ya) supportent centralement
la plaque conductrice (10Ya) du second élément déphaseur et
son traversés par ladite ligne coaxiale (5).

38. Réseau d'antennes conforme à la revendication 33,
caractérisé en ce que les moyens (171X-172X, 17Xa; 171Y-
172Y, 17Ya) pour déplacer les plaques conductrices (10X,
10Xa; 10Y, 10Ya) dans les premier et second éléments
déphaseurs (1X, 1Xa; 1Y, 1Ya) sont commandés indépendamment
les uns des autres.

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.



1338792
Déphaseur ~yper~réquence à m;croruban et ~;électr;que
suspQndu, et applicat;on à des réseaux
d'~ntennes à halaya~e de lobe

La présente invention concerne en général un élément
déphaseur hyperfréquence ayant une structure du type
microruban et pouvant être intégré dans une antenne réseau.
Une telle structure comprend une plaque conductrice de masse,
une plaque diélectrique superposée et sensiblement parallèle
à la plaque conductrice, et un ruban conducteur supporté par
une grande face de la plaque diélectrique.
De tels déphaseurs connus sont des déphaseurs à
ferrite incluant une plaque de ferrite entre les plaques
conductrice et diélectrique. Un déphaseur à fer~ite en
microruban a le mérite de pouvoir être intégré dans une
antenne réseau en microélectronique hybride.
Cependant, un déphaseur à ferrite en microruban
présente des performances encore assez limitées. Les
inconvénients d'un déphaseur à ferrite sont essentiellement
les suivants:
- pertes d'insertion relativement élevées,
typiquement supérieures à 1 dB pour une fréquence de
fonctionnement voisine de 10 GHz pour obtenir un déphasage de
360;
- consommation en puissance relativement élevée, de
l'ordre de quelques centaines de milliwatts;
- utilisation limitée en fréquence, typiquement à
des fréquences inférieures à 20 GHz environ;
- nécessité d'une correction de la loi de commande
en courant quand la température de fonctionnement varie, en
raison de la sensibilité en température des caractéristiques
magnétiques du ferrite; et
- tenue en puissance crête relativement limitée pour
éviter une augmentation de pertes d'insertion du déphaseur.
La présente invention vise à fournir un élément


~r


~ ` 2 1338792
déphaseur réciproque à structure microruban tel que défini
dans l'entrée en matière, utilisable en micro-ondes aussi bien
dans la gamme des ondes centimétriques que millimétriques et
donc pouvant offrir une grande bande passante, de plusieurs
octaves, et également présentant des performances
radioélectriques meilleures que les déphaseurs à ferrite à
microruban, une très faible consommation de puissance de
commande de l'ordre de quelques milliwatts, un poids et un
encombrement très réduits, et une compatibilité pour des
applications à des réseaux d'antennes à balayage de lobe à
deux plans.
A ces fins, un élément déphaseur conforme à
l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une lame
d'air ayant une épaisseur variable entre la plaque
diélectrique et la plaque conductrice, et des moyens pour
déplacer l'une des plaques par rapport à l'autre afin de
modifier l'épaisseur de la lame d'air.
Selon une réalisation préférée présentant une
compacité élevée, un poids très réduit et l'avantage d'une
commande électronique, les moyens pour déplacer sont des
moyens piézoélectriques supportant la plaque déplaçable et
déformables par alimentation d'une tension de commande
variable, et sont constitués par un bilame en matériau
piézoélectrique. La plaque diélectrique est stationnaire.
Le bilame supporte la plaque conductrice et la déplace entre
une première position éloignée de la plaque diélectrique et
une seconde position sensiblement en contact avec la plaque
diélectrique.
L'élément déphaseur présente ainsi les avantages
suivants:
- Déphaseur parfaitement réciproque et donc adapté
aux applications en émission-réception;
- Performances radioélectriques meilleures que tout
autre type de déphaseur:
* efficacité élevée: très grand déphasage par unité
de longueur, et


2a 1338792
* facteur de mérite élevé: très faible pertes
d'insertion, typiquement inférieures à 0,5 dB.
- Très large bande de fréquence; en effet, l'élément
déphaseur fonctionne en mode TEM et n'a en principe pas de
fréquence de coupure; vers les gammes de fréquence élevée,
l'élément déphaseur peut comprendre des moyens pour diminuer
des pertes par rayonnement de manière à former une structure
performantes du type "stripline" à diélectrique suspendu
(dénomination anglosaxone "suspended stripline"); l'élément
dephaseur est utilisable jusqu~à 150 GHz et ;




~9
,.

3 1338792

- En principe, peu sensible à la température; en
effet, il existe des matériaux piézoélectriques dont le
coefficient de charge d33 reste constant sur une large
gamme de température;
- Puissance de commande, dans le cas d'un élément
déphaseur incluant des moyens piézoélectriques pour
déplacer, presque nulle en régime continu, relativement
faible en régime commuté;
- Structure microélectronique bien adapté au circuit
lo intégré hybride;
- Simplicité de la mise en oeuvre:
* structure hyperfréquence à microruban très simple
à réaliser et donc de faible coût,
* montage relativement simple,
* circuit de commande des moyens pour déplacer
géométriquement découplé du circuit hyperfréquence;
- Encombrement réduit, compatible avec les
applications en antenne réseau à balayage électronique deux
plans.
De préférence, selon une première application,
l'élément déphaseur selon l'invention est inclus dans un
dispositif déphaseur hyperfréquence insérable dans un
circuit hyperfréquence. Un dispositif déphaseur selon
l'invention comprend un élément déphaseur selon l'invention
et au moins un moyen de transformation d'impédance relié à
l'une des extrémités du ruban conducteur et de la plaque
conductrice, pour adapter l'impédance caractéristique de
l'élément déphaseur à celle de moyens hyperfréquence
extérieurs. Le moyen de transformation a également une
structure du type à microruban hyper~réquence comprenant un
ruban conducteur relié à une extrémité du ruban conducteur
de l'élément déphaseur et ayant une largeur diminuant
continûment ou discrètement par palier à partir, au plus,
de ladite extrémité.
De préférence, selon une seconde application, un
élément déphaseur comporte un ruban conducteur relié à des
éléments conducteurs rayonnants supportés par la plaque

~' a
- A

4 1338792
diélectrique et espacés le long du ruban conducteur, afin
de constituer une antenne réseau dont le balayage de lobe
est commandé par déplacement de la plaque conductrice dans
l'élément déphaseur.
De préférence, selon une troisième application, un
premier élément déphaseur selon l'invention comprend
plusieurs rubans conducteurs parallèles supportés par la
grande face de la plaque diélectrique, et des éléments
conducteurs rayonnants reliés respectivement aux premiers
rubans conducteurs, supportés par la plaque diélectrique et
espacés le long des rubans conducteurs, pour constituer un
réseau d'antennes à balayage de lobe dans un plan parallèle
aux rubans conducteurs et perpendiculaire aux plaques
diélectrique et conductrice.
De préférence, pour réaliser un réseau d'antenne à
balayage de lobe dans deux plans, il est adjoint au réseau
d'antennes défini précédemment des moyens de balayage de
lobe de chacune des antennes constituées par les premiers
rubans conducteurs, dans un plan perpendiculaire aux
premiers rubans conducteurs.
De préférence, selon une première réalisation, les
moyens de balayage de lobe comprennent un second élément
déphaseur selon l'invention, et plusieurs rubans
conducteurs parallèles supportés par la grande face de la
plaque diélectrique du second élément déphaseur et
respectivement reliés à des extrémités des premiers rubans
conducteurs. La plaque conductrice du second élément
déphaseur comprend des tronçons de différentes longueurs
respectivement en regard des seconds rubans conducteurs.
Dans ce cas, le réseau d'antennes comprend des moyens à
structure microruban hyperfréquence pour répartir la
puissance à partir d'un ruban conducteur d'entrée
arborescent vers les seconds rubans conducteurs.
De préférence selon une seconde réalisation qui offre
une compacité élevée, les moyens de balayage de lobe
comprennent un second élément déphaseur selon l'invention,
le ruban conducteur du second élément déphaseur est relié

d- .~

4a 1 33 8792
perpendiculairement aux premier rubans conducteurs, et la
plaque conductrice du second élément déphaseur est
juxtaposée sous le ruban conducteur du second élément
déphaseur et mobile dans une lumière pratiquée dans la
plaque conductrice du premier élément déphaseur.
De préférence, dans les premières et secondes
réalisations, les moyens pour déplacer les plaques
conductrices dans les premier et second éléments déphaseurs
sont comm~ndes indépend~mment les uns des autres.




~-.,` t ~
... 1~


1338792
D'autres avantages et caractéristiques de
l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la
description suivante de plusieurs réalisations préférées de
l'invention en référence aux dessins annexés correspondants
dans lesquels:
- la Fig. 1 est une vue en perspective schématique
d'un élément déphaseur à microruban et diélectrique suspendu
selon l'invention;
- la Fig. 2 est une vue analogue à celle de la Fig.
1, montrant un ruban conducteur en méandres dans un élément
déphaseur;
- la Fig. 3 est une vue en perspective schématique
d'un élément déphaseur à structure "stripline" et guide d'onde
rectangulaire;
- la Fig. 4 montre deux courbes de variation de
constante de phase en fonction d'épaisseur de lame d'air pour
deux éléments déphaseurs, tels que celui montré à la Fig. 1,
ayant des largeurs de ruban conducteur différentes,
respectivement;
- la Fig. 5 montre trois courbes de variation de
constante de phase en fonction de fréquence de fonctionnement
pour t~ois éléments déphaseurs, tels que celui montré à la
Fig. 1, ayant des permittivités relatives de matériau
diélectrique différentes, respectivement;
- les Figs. 6A et 6B sont des vues longitudinales
de dessus et en coupe d'un élément déphaseur ayant des moyens
mécaniques pour déplacer une plaque conductrice,
respectivement;
- la Fig. 7 est une vue longitudinale en coupe d'un
élément déphaseur ayant des moyens électromécaniques pour
déplacer une plaque conductrice;
- la Fig. 8 est une vue en perspective d'un élément
déphaseur ayant des moyens piézoélectriques pour déplacer une
plaque conductrice;
- les Figs. 9A, 9B et 9C sont des vues schématiques
longitudinales en coupe d'un bilame piézoélectrique pour


6 1338792
déplacer une plaque conductrice, le bilame étant au repos et
sous des tensions positive et négative, respectivement;
- les Figs. lOA et loB sont des vues longitudinales
de dessus et en coupe d'un élément déphaseur ayant un bilame
piézoélectrique pour déplacer une plaque conductrice,
respectivement;
- la Fig. llA est analogue à la Fig. loB, la plaque
conductrice étant une couche métallique déposée sur le bilame;
- la Fig. 1 lB est une vue d'une variante de
réalisation de l'élément déphaseur mettant en oeuvre un
microruban supporté par une plaque diélectrique, une plaque
de ferrite et des céramiques piézoélectriques métallisées pour
faire varier l'épaisseur de la lame d'air;
- la Fig. 12 montre un bloc-diagramme schématique
d'un dispositif déphaseur complet selon l'invention;
- les Figs. 1 3A et 1 3B sont des vues longitudinales
de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance sans
lame d'air, respectivement;
- les Figs. 14A et 14B sont des vues longitudinales
de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance ayant
une lame d'air à épaisseur diminuant continûment
longitudinalement, respectivement;
- la Fig. 14C est une vue longitudinale en coupe
combinée avec la Fig. 14A montrant un transformateur
d'impédance ayant une plaque diélectrique à épaisseur
diminuant continûment longitudinalement;
- les Figs. lSA et 15B sont des vues longitudinales
de dessus et en coupe d'un transformateur d'impédance ayant
un ruban conducteur et une lame d'air à largeur et épaisseur
diminuant discrètement longitudinalement, respectivement;
- les Figs. 16A et 16B sont des vues longitudinales
de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur incluant un
bilame et deux transformateurs à épaisseur de lame d'air
diminuant continûment, respectivement;
- les Figs. 17A et 17B sont des vues longitudinales
de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur incluant un


~r
.


` ` 7 1~38792
bilame et deux transformateurs d'impédance à largeur de ruban
conducteur et épaisseur de lame d'air diminuant discrètement,
respectivement;
- les Figs. 18A et 18B sont des vues longitudinales
de dessus et en coupe d'un dispositif déphaseur à structure
guide d'onde rectangulaire incluant un bilame et deux
transformateurs d'impédance à épaisseur de lame d'air
uniforme, respectivement;
- la Fig. 19 est une vue en perspective d'une
antenne réseau selon l'invention, incluant un élément
déphaseur à bilame piézoélectrique;
- la Fig. 20 est une vue en perspective d'un premier
réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux plans selon
l'invention, incluant deux éléments déphaseurs à plusieurs
rubans conducteurs juxtaposés longitudinalement, respective-
ment; et
- les Figs. 21A et 21B sont une vue de dessus et en
coupe prise le long de la ligne XXI-XXI de la Fig. 21A, d'un
second réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux plans
selon l'invention, incluant un premier élément déphaseur à
plusieurs rubans conducteurs parallèles et un second élément
déphaseur ayant un ruban conducteur central et médiateur du
premier élément déphaseur, respectivement.
Comme montré schématiquement à la Fig. 1, un élément
déphaseur 1 selon l'invention est constitué par une ligne de
transmission hyperfréquence, du type microruban dit également
"microstrip".
L'élément 1 comprend une plaque conductrice
métallique plane 10, constituant un plan de masse, et un
substrat sous forme de plaque diélectrique 11 ayant une
section rectangulaire de faible épaisseur et suspendue
parallèlement au-dessus de la plaque 10. La plaque 11 est
séparée de la plaque 10 par une lame d'air 12 ayant une
épaisseur variable k du même ordre de grandeur, quelques
dixième de millimètres, que celle e du substrat 11. Un ruban
conducteur rectiligne mince plat 1 est fixé ou imprimé


8 1338792
centralement et longitudinalement sur une grande face du
substrat 11 opposée à la lame d'air. Le ruban conducteur 13
supporté par la plaque 11 a une largeur W petite par rapport
à la largeur de la plaque 11 et une longueur Q sur la plaque
11 en regard de la plaque 10.
On rappelle que, bien qu'il existe des formulations
empiriques pour déterminer précisément la constante de phase
~ et l'impédance caractéristique ZO d'une ligne microruban,
il est connu d'utiliser les formules simples suivantes en
approximant le mode de propagation dans la ligne à un mode
TEM:
~ = (2nf/c)(eff)l/2
ZO = (1/cK)(eff)1/2
où f désigne la fréquence de fonctionnement, e la
vitesse de la lumière dans le vide, K la capacité linéique de
la ligne, et eff la permittivité effective de la ligne qui
est égale au rapport Ao/A de la largeur d'onde dans l'air Ao~
c'est-à-dire pour une ligne identique mais sans matériau
diélectrique, et de la longueur d'onde A guidée dans la ligne.
La permittivité effective dépend de la permittivité relative
r du substrat 11 et des dimensions géométriques de la ligne
microruban.
En particulier, la permittivité effective est
pratiquement inversement proportionnelle à l'épaisseur b de
la lame d'air 12, et par suite, la constante de phase croît
et l'impédance caractéristique décroît lorsque l'épaisseur b
augmente. En effet, comme déjà dit, l'invention met en oeuvre
une variation de l'épaisseur b afin de réaliser un déphaseur
en hyperfréquence.
Ainsi, lorsque l'épaisseur b de la lame d'air 12
varie de b = 0 à une valeur maximale bm~ la variation de la
constante de phase est donnée par:
(b=O) - ~(b=bm)l=(2nf/c)1(eff(b=o))l/2-(eff(b=bm))l/21
Pour une longueur prédéterminée Q du ruban
conducteur 13 sur le substrat, correspondant ici à celle de
la lame d'air 12 d'épaisseur variable, la variation totale de


..~


9 1338792
la constante de phase de la ligne est donnée par:

.e = (2~f/c) .e I (~eff(b=o))l/2 - (eff(b=bm))l/

Quant à l'impédance caractéristique, on a
pour b = 0 ZO = (l/(C K(b=o)))(eff(b=o))l/2~ et
pour b = bm: Zo = (l/(C K(bm)))(eff(bm)) / -

Pour évaluer l'ordre de grandeur des deux
caractéristiques ~ er ZOr deux exemples pratiques faciles à
réaliser sont considérés ci-après.

F.X~ PT.F~ 1
Soit une première ligne microruban à substrat
diélectrique suspendu ayant les caractéristiques suivantes:
- Substrat 11 en alumine de permittivité relative
r = 10 et d'épaisseur e = 0,635 mm;
- Ruban conducteur central 13 offrant une impédance
caractéristique ZO (b=bm) = 50 Ohm, quand la lame d'air 12 a
une épaisseur bm = 0,3 mm, ce qui définit une largeur W du
ruban 13 telle que W = 2,07 mm. Quand l'épaisseur de la lame
d'air b varie de bm = 0,3 mm à b = 0, la variation de la
constante de phase de la première ligne est:
Q~(en /cm) = 12,5 x f(en GHz)
Soit: 125/cm pour 10 GHz
et 200/cm pour 16 GHz,
et l'impédance caractéristique de la première ligne
à lame d'air variable passe de:
ZC(b=0,3 mm) = 50 Ohm
ZC(b=0) ~ 25 ohm

~X~PT.~. 2
Soit une seconde ligne microruban à substrat
diélectrique suspendu ayant des caractéristiques dimen-
sionnelles analogues à celles selon l'exemple 1, excepté la
nature du matériau diélectrique:
r


lo 1338792
- Substrat 11 en titanate de magnésium (MgTi) de
permittivité relative r = 13 et d'épaisseur e = 0,635 mm;
- Ruban conducteur central 13 offrant une impédance
caractéristique ZO (b=bm) = 50 Ohm quand la lame d'air 12 a
une épaisseur bm = 0,3 mm ce qui définit une largeur W du
ruban 13 telle que W = 1,87 mm. Quand l'épaisseur b de la
lame d'air varie de bm = 0,3 mm à b = 0, la variation de la
constante de phase de la seconde ligne est
~(en /cm) = 15,3 x f(en GHz)
Soit: 153/cm pour 10 GHz
et 245/cm pour 16 GHz,
et l'impédance caractéristique de la seconde ligne
varie de:
ZC(b=0,3 mm) = 50 Ohm
à ZC(b=0) ~ 24 Ohm

Ces deux exemples, faciles à réaliser en pratique,
montrent qu'une efficacité de déphasage A~ extrêmement élevée
peut être obtenue. En effet, la variable ~ est une fonction
croissante de la permittivité du matériau diélectrique utilisé
et de la fréquence de fonctionnement. A titre de comparaison,
il est à noter qu'un déphaseur à ferrite ayant une structure
du type ligne microruban, c'est-à-dire ayant un substrat en
ferrite à la place de la lame d'air 12, présente une
efficacité de l'ordre de 40 à 50/cm, pour des fréquences de
déphasages voisines de 10 GHz.
Il est à souligner également que pour un déphaseur
selon l'invention, l'efficacité ~ est proportionnelle à la
fréquence, alors que pour un déphaseur à ferrite, l'efficacité
~ diminue avec la fréquence ~ cause de la dépendance en
fréquence dù tenseur de perméabilité du ferrite.
En pratique, il convient de choisir le matériau
diélectrique ainsi que son épaisseur e suivant la gamme de
fréquences d'utilisation.
Pour des applications à large bande correspondant
à des fréquences supérieures à 20 GHz est recommandé l'emploi


11 133879~
d'un substrat diélectrique ayant une permittivité relativement
faible, par exemple en quartz ayant une permittivité relative
r = 3,8. Ce choix s'impose si on veut éviter une certaine
dispersion des caractéristiques et obtenir des pertes
d'insertion minimales.
Pour des applications avec des fréquences
relativement basses, par exemple inférieures à 2 GHz, pour
réaliser des déphaseurs ayant une longueur acceptable, il est
préférable d'utiliser un substrat diélectrique ayant une
permittivité relative élevée et de prévoir un ruban conducteur
13' ayant une longueur relativement grande et réalisé sous
forme compacte tel qu'en méandres supportés par le substrat
11. Comme montré à la Fig. 2, un tel ruban conducteur 13'
comprend par exemple trois tron~ons longitudinaux parallèles
131 raccordés par deux coudes à 180 132 et est symétrique par
rapport à un point médian sur le tronçon intermédiaire. Cette
réalisation est possible car le déphasage est ainsi
parfaitement réciproque, chacune des extrémités du ruban
conducteur pouvant être utilisée soit en entrée pour une
réception de signaux, soit en sortie pour une transmission de
signaux. En outre, pour des fréquences aussi basses, les
pertes d'insertion, incluant les pertes diélectriques et
conductrices, d'une ligne microruban sont relativement
faibles, ce qui permet d'envisager une longueur importante de
l'élément déphaseur.
; Pour des applications avec des gammes de fréquences
relativement élevées correspondant aux ondes millimétriques,
il est préférable pour obtenir des pertes par insertion
faibles, de mettre en oeuvre les techniques suivantes qui
servent essentiellement à:
1) Eviter et donc diminuer les pertes par
rayonnement. Le substrat diélectrique 11 avec le ruban
conducteur central 13 est "suspendu" parallèlement entre deux
plaques de masse 10', afin de former une ligne de transmission
du type triplaque, ou est "suspendu" et positionné
longitudinalement dans un troncon de guide d'onde

~r


` 12 1338792
rectangulaire et parallèlement entre deux grandes parois 10'
du guide et est encadré par deux petites parois 101 et 102 du
guide, comme montré à la Fig. 3. Les dimensions du guide
d'onde sont choisies en fonction de la gamme de fréquence de
fonctionnement. Selon une autre variante, deux rubans
conducteurs centraux superposés et parallèles 13 et 135 sont
fixés ou imprimés respectivement sur les grandes faces
supérieure et inférieure de la plaque diélectrique ll pour
constituer un élément déphaseur du type "double microruban"
ou "stripline".
2) Eviter d'exciter des modes TM. Pour cela est
utilisé un diélectrique de faible permittivité, par exemple
r ~ 3,8 ou ~r ~ 2,2, et d'épaisseur relativement faible, par
exemple e = 0,254 mm ou e = 0,127 mm. Ce choix contribue
également à diminuer les pertes d'insertion dans les
applications en ondes millimétriques.
3) Diminuer les pertes conductrices, et ainsi
éviter un fonctionnement de la ligne microruban avec une lame
d'air ayant une épaisseur nulle. Autrement dit, l'épaisseur
b de la lame d'air 12 varie de part et d'autre de l'épaisseur
maximale bm~ entre deux épaisseurs prédéterminées non nulles.
Comme l'efficacité de l'élément déphaseur est extrêmement
élevée en ondes millimétriques, une très faible variation de
l'épaisseur de la lame d'air est suffisante pour obtenir 360
de déphasage.
Deux courbes théoriques C1 et C2 de variation de
constante de phase ~ en fonction de l'épaisseur b de la lame
d'air sont représentées dans la Fig. 4. Les courbes C1 et C2
concernent des éléments déphaseurs ayant un substrat en
alumine ayant une épaisseur e = 0,635 mm et opérant à une
fréquence f = 10 GHz. La courbe C1 correspond à un ruban
conducteur central ayant une largeur W = 2,07 mm et à des
moyens de déplacement de la plaque conductrice 10, du genre
bilame piézoélectrique à déformation vers le substrat
diélectrique tel que décrit plus loin en référence à la Fig.
9B, qui, au repos, non activés, positionnent la plaque


13 1~8792
conductrice à une distance bm = 0,3 mm du substrat
diélectrique. La courbe C2 correspond à un ruban conducteur
central ayant une largeur W = 0,63 mm et à un bilame
piézoélectrique à déformation en direction opposée du substrat
diélectrique, tel que décrit plus loin en référence à la Fig.
9C, qui est au repos lorsque la plaque conductrice est contre
le substrat diélectrique.
Trois courbes C3, C4 et C5 de variation de constante
de phase ~ en fonction de la fréquence de fonctionnement f
sont montrées à la Fig. 5. Ces courbes corrrespondent à une
lame d'air ayant une épaisseur maximale bm = 0,3 mm et une
plaque diélectrique ayant une épaisseur e = 0,635 mm
supportant un ruban conducteur central ayant une largeur w =
respectivement égale à 2,07 mm; 1,85 mm; 1 mm. Les matériaux
diélectriques correspondant aux courbes C3, C4 et C5 sont
respectivement AQ2 3, Mg Ti et Ni AQ Ti avec des per-
mittivités relatives ~r de lo, 13 et 31.
Selon l'invention, l'élément déphaseur 1 comprend
des moyens pour déplacer la plaque conductrice de masse 10 et
la plaque diélectrique 11 l'une par rapport à l'autre, et de
préférence parallèlement l'une à l'autre pour obtenir des
variat~ons de déphasage réciproques dues à des variations
d'épaisseur b de la lame d'air 12. Les moyens pour déplacer
sont par exemple dotés:
- d'un mécanisme manuel, telle que'une vis
micrométrique 14 qui est vissée centralement dans un socle 15
sous-jacent à la plaque conductrice rigide ou souple 10 et
dont une extrémité supérieure est fixée centralement sous la
plaque de masse mobile 10, comme montré aux Figs. 6A et 6B;
ou
- d'un moteur électrique miniature 16 disposé sous
le socle 15 et entraînant en rotation la vis micrométrique 14
ou en translation une tige traversant le socle 15 et ayant une
extrémité supérieure supportant centralement la plaque de
masse mobile 10, comme montré à la Fig. 7; ou
- d'un empilement de pièces, telle que plaquettes ou

~.~


14 1338792
rondelles, en matériau piézoélectrique 17, fixé sur le socle
15, la plaquette extrême la plus haute 171 supportant, par
exemple par collage, la plaque de masse mobile 10, et d'une
source 18 de tension continue variable V ayant des bornes
respectivement reliées aux bornes des pièces piézoélectriques
connectées en parallèle, comme montré à la Fig. 8.
Selon les trois modes de réalisation ci-dessus, la
plaque diélectrique stationnaire 11 peut être "suspendue" au-
dessus de la plaque de masse mobile 10 grâce à deux cales 151
sous-jacentes à des bords longitudinaux de la plaque
diélectrique 11 et pouvant constituer des branches ou côtés
longitudinaux du socle 15. Le socle a alors une section
transversale en U et est équivalent à une moitié d'un guide
d'onde rectangulaire montré à la Fig. 3.
Toutefois, il est à noter que les moyens pour
déplacer comprenant un empilement de pièces piézoélectriques
17 offrent des avantages, par rapport aux deux autres
réalisations, savoir une sensibilité très précise au
déplacement de la plaque de masse 10, une compacité de
l'élément déphaseur et une consommation en puissance réduite.
A titre d'exemple, est décrit ci-après en détail ce mode de
réalisation préféré, en supposant que l'empilement ne comprend
que deux plaquettes ou lames piézoélectriques accolées 171 et
172 formant un bilame piézoélectrique et que le bilame est
suffisant pour obtenir l'amplitude de variation souhaitée de
l'épaisseur b de la lame d'air 12.
Comme montré respectivement aux Figs. 9A, 9B et 9C,
le bilame 171-172 est plan lorsqu'une tension d'alimentation
V fournie par la source 18 est nulle, et se déforme en une
"calotte" convexe ou concave selon que la polarisation de la
tension V est positive ou négative. Lors de cette
déformation, le bilame offre une flèche F, par rapport à sa
position de repos avec V - 0, qui est une fonction croissante
de la tension appliquée V et qui est proportionnelle au carré
de la longueur du bilame. Pour fixer les idées, un bilame en
un matériau piézoélectrique disponible dans le commerce, ayant


13~8792

une longueur de 50 mm, crée une flèche F de l'ordre de 0,3 mm.
Deux types de fixation du plan de masse conducteur
10 sur le bilame 171-172 sont envisagés selon l'invention, en
référence aux Figs. lOB et 11, et correspondent à une
déformation convexe selon la Fig. 9B. Pour ces deux types,
la courbure du bilame est longitudinale sous le ruban
conducteur central 13, comme montré en combinaison avec la
Fig. lOA.
Comme montré aux Figs. lOA et lOB, la plaque de
masse mobile est constituée par une plaque conductrice mince
lo fixée centralement sur la lame supérieure 171 du bilame
piézoélectrique. La plaque conductrice lo est déplacée
parallèlement à la plaque diélectrique 11 et sous celle-ci
grâce à la déformation du bilame. La lame d'air 12a, dans ce
cas, une épaisseur uniforme, quelle que soit la grandeur de
cette épaisseur.
Selon le second type de fixation montré à la Fig.
llA, la plaque de masse mobile est constituée par une couche
métallique lo" déposée sur la face supérieure de la lame
extrême 171 du bilame piézoélectrique. Dans ce cas, la lame
d'air 12 n'a pas une épaisseur uniforme le long de la ligne
microruban. Les caractéristiques de la ligne, telles que
constante de phase et impédance caractéristique, sont obtenues
par une intégrale étendue sur toute la longueur de la ligne.
Avec ce second type de fixation de la plaque de masse,
l'efficacité est plus faible que dans le cas d'une lame d'air
uniforme, mais on y trouve un intérêt pratique. En effet, la
mise en oeuvre est simple et la lame d'air offre une épaisseur
variant, ici en décroissant, progressivement de chaque
extrémité d'entrée ou de sortie longitudinale de l'élément
déphaseur vers le centre de celui-ci, ce qui assure une
certaine autoadaptation d'impédance le long de l'élément
déphaseur.
La variante de réalisation représentée à la Fig. llB
inclut une plaque de ferrite 200 disposée entre le bilame
piézoélectrique 171-172 et la plaque diélectrique 11


16 13 38792
supportant le microruban conducteur 13. Une bobine 201
connectée à une source de tension électrique variable
indépendante de la source alimentant le bilame, permet de
faire varier la constante de phase de la ligne. Cette
structure de déphaseur permet d'élargir la bande de déphasage
et d'effectuer à grande vitesse des petites variations de
déphasage autour d'un déphasage fixe imposé par le bilame.
Généralement, un élément déphaseur 1 selon
l'invention est connecté à des circuits extérieurs
hyperfréquences ayant une impédance caractéristique bien
définie, typiquement de 50 Ohm, par l'intermédiaire d'éléments
de connection hyperfréquences connus 2, tels que deux
connecteurs coaxiaux ou deux troncons de guide d'onde
rectangulaire encadrant les extrémités ou bornes de l'élément
déphaseur. Toutefois, il est nécessaire d'assurer une
adaptation d'impédance aux circuits extérieurs quand
l'impédance caractéristique de l'élément déphaseur varie.
Cette adaptation d'impédance est obtenue par deux
transformateurs d'impédance 3 constitués par des tron~cons de
ligne non uniforme et interconnectés chacun entre une
extrémité longitudinale respective de l'élément déphaseur 1
et un élément de connection respectif 2, comme montré à la
Fig. 12. Ainsi, en pratique, un dispositif déphaseur complet
selon l'invention comporte deux éléments de connection 2, du
type coaxial standard ou du type guide d'onde, deux
transformateurs d'impédance 3 et un élément déphaseur
proprement dit 1.
Selon le type d'élément de connection 2, celui-ci
contient ou est associé à un tronçon connu de transition
microruban-connecteur coaxial, ou à un tronçon connu de
transition microruban-guide d'onde.
Le troncon de ligne non uniforme dans un
transformateur d'impédance offre une impédance caractéristique
variant progressivement suivant la direction longitudinale,
de l'impédance caractéristique de l'élément de connection
adjacent 2 à une seconde extrémité 32 du transformateur, vers


17 1338792
l'impédance caractéristique de l'extrémité adjacente de
l'élément déphaseur 1 à une première extrémité 31 du
transformateur. Le tronçon a une structure du type microruban
ayant une section transversale identique à celle de l'élément
déphaseur au niveau de la première extrémité 31, et en
particulier, incluant un ruban conducteur et une plaque
conductrice de masse reliés respectivement à ceux de l'élément
déphaseur.
Quatre exemples de réalisation de transformateur
d'impédance positionnés comme le transformateur de gauchè dans
la Fig. 12 sont montrés aux Figs. 13A-13B, 14A-14B, 14C et
15A-15B respectivement.
Comme montré aux Figs. 13A et 13B, un transformateur
3a est constitué par une ligne microruban sans lame d'air,
comprenant une plaque conductrice de masse lOa supportant une
plaque diélectrique lla elle-même supportant un ruban
conducteur central mince ou imprimé 13a. Le ruban 13a a une
largeur non uniforme, diminuant continûment après la première
extrémité 31a vers la seconde extrémité 32a du transformateur
3a.
Selon chacune de deux réalisations montrées en
combinant les Figs. 14A et 14B, et les Figs. 14A et 14C, un
transformateur 3b, 3c est constitué par une ligne microruban
offrant une distance verticale entre un ruban conducteur
central 13b, 13c, fixé ou imprimé sur une plaque diélectrique
llb, llc, et la surface supérieure d'une plaque conductrice
de masse lOb, lOc diminuant progressivement de la première
extrémité 31b, 31c vers la seconde extrémité 32b, 32c. Pour
ces deux réalisations! le ruban conducteur central 13b, 13c
a une largeur diminuant comme le ruban conducteur 13a, et le
transformateur comprend une lame d'air 12b, 12c entre la
plaque diélectrique suspendue llb, llc et la plaque de masse
lOb, loc. Selon la réalisation montrée à la Fig. 14B, la lame
d'air 12b a une épaisseur diminuant continûment après la
première extrémité 3lb vers la seconde extrémité 32b grâce à
une augmentation de l'épaisseur de la plaque de masse lOb


., - ~ ., .


` 18 133879~
suivant la même direction et en regard de la plaque llb ayant
une épaisseur uniforme. Selon la réalisation montrée à la
Fig. 14C, la plaque diélectrique llc a une épaisseur diminuant
continûment après la première extrémité 31c vers la seconde
extrémité 32c, en direction de la plaque de masse lOc qui a
une épaisseur uniforme et qui est parallèle à la face
inférieure plane de la plaque llc. En variante, un
transformateur peut comprendre une combinaison de la plaque
diélectrique llc et de la plaque de masse lOb, ou une plaque
diélectrique et une plaque de masse ayant des profils
longitudinaux complémentaires sans lame d'air entre elles,
comme montré par une ligne en traits interrompus courts 10-11
dans la Fig. 13B, ou avec lame d'air entre elles.
selon la quatrième réalisation montrée aux Figs. 15A
et 15B, un transformateur d'impédance 3d est sensiblement
analogue au transformateur 3b, mais la diminution de la
largeur du ruban conducteur central 13d et l'augmentation de
l'épaisseur de la plaque de masse lOd et donc la diminution
de l'épaisseur de la lame d'air 12d varient d'une manière
discrète, par marches d'escalier ou paliers parallèles à la
plaque diélectrique lld ayant une épaisseur uniforme. En
variante, la plaque lld peut également offrir une épaisseur
diminuant par palier vers la seconde extrémité 32d.
Les Figs. 16A-16B et 17A-17B montrent respectivement
deux dispositifs déphaseurs compacts du type microruban,
incluant un élément déphaseur 1 à bilame piézoélectrique 171-
172, tel que celui montré aux Figs. lOA et 11, et deux
transformateurs d'impédance 3b, 3d avec une lame d'air 12b,
12d ayant une épaisseur nulle à la seconde extrémité 32b, 32d,
les plaques diélectriques llb, lld reposant sur les secondes
extrémités des plaques de masse lOb, lOc dans les
transformateurs. Les Figs. 18A et 18B montrent un ensemble
compact du type guide d'onde rectangulaire, incluant un
élément déphaseur 1 à bilame piézoélectrique 171-172, tel que
celui montré aux Figs. lOA et 11, et deux transformateurs
d'impédance 3a' analogues au transformateur 3a, mais incluant


~:' .


i` 19 1338792
une lame d'air 12a ayant une épaisseur uniforme. Dans ces
trois dispositifs déphaseurs, la plaque diélectrique 11 de
l'élément déphaseur 1 et les plaques diélectriques llb, lld,
lla des transformateurs 3b, 3c, 3a' constituent une unique
plaque diélectrique monobloc sur laquelle est fixé ou imprimé
un unique ruban conducteur central combinant le ruban
conducteur 13 de l'élément déphaseur et les deux rubans
conducteurs 13b, 13c, 13a des transformateurs; de même le
socle métallique 15 de l'élément déphaseur 1 et les plaques
de masse lOb, lOc, lOa sont constituées par une unique plaque
de masse métallique convenablement usinée pour loger le bilame
171-172.
En référence à la Fig. 19, une antenne réseau
linéaire comprend essentiellement un élément déphaseur lA à
plaque diélectrique suspendue stationnaire 11, du type de
celui montré aux Figs. lOA et lOB, mais comprenant un ruban
conducteur central rectiligne 13 doté de petits conducteurs
133 disposés perpendiculairement le long d'un même côté du
ruban conducteur 13 et régulièrement répartis le long de
celui-ci. Les petits conducteurs 133 sont fixés ou imprimés
sur la plaque diélectrique 11 et constituent des éléments
rayonnants de l'antenne reliés au ruban 13. Une extrémité
longitudinale du ruban conducteur 13 est terminée par un
élément rayonnant 133 sur la plaque diélectrique, tandis que
l'autre extrémité longitudinale 31 du ruban conducteur 13 est
raccordée à des circuits hyperfréquences par l'intermédiaire
d'un transformateur d'impédance 3 et un élément de connection
2 décrits ci-dessus.
Un balayage de lobe du diagramme de rayonnement de
l'antenne pour une fréquence de fonctionnement donnée, c'est-
à-dire pour une longueur d'onde dans l'air Ao donnée,
correspondant à une variation de la longueur d'onde A dans
l'élément déphaseur, est obtenue, selon l'invention, par une
variation de l'épaisseur b de la lame d'air 12. Cette
variation d'épaisseur est assurée, selon la réalisation
illustrée, par des variations de la tension de commande V du


1 ~ 38 792
bilame piézoélectrique 171-172. La variation d'épaisseur crée
ainsi un changement de la longueur d'onde guidée A qui es
traduit en un changement de la direction du rayonnement
maximal ~ de l'antenne, d'après la relation suivante:
sin ~ = (Ao/A) - (Ao/d)
où d désigne la distance entre deux éléments
rayonnants voisins 133. On obtient ainsi un balayage de lobe
suivant la direction OX longitudinale au ruban conducteur
central 13, c'est-à-dire dans un plan vertical OX-OZ
perpendiculaire aux plaques 11 et 12 et parallèle au
conducteur 13.
En référence à la Fig. 20, un réseau d'antennes à
balayage de lobe dans deux plans selon une premlère
réalisation comprend un premier élément déphaseur lX à plaque
diélectrique suspendue stationnaire llX, du type de celui
montré aux Figs. lOA et lOB, mais comprenant à la place
un ruban conducteur central 13, plusieurs rubans conduc-
teurs parallèles, ici au nombre de N = 6, 13Xo à 13XN_1
= 13X5. Chaque ruban conducteur 13Xo à 13X5 est doté, comme
celui de l'antenne montré à la Fig. 19, de petits conducteurs
formant éléments rayonnants 133Xo à 133X5 reliés perpen-
diculairement à un même côté du ruban conducteur 13Xo à 13X5
et régulièrement répartis le long de celui-ci. Les rubans
conducteurs 13Xo à 13X5 sont fixés ou imprimés parallèlement
et coplanairement sur la grande face supérieure d'une large
plaque diélectrique llX, laquelle est superposée, à travers
une lame d'air 12X d'épaisseur variable, à une large plaque
métallique lOX formant plan de masse, déplaçable par un
premier bilame piézoélectrique 171X-172X disposé centralement
sou la plaque lOX. La variation de l'épaisseur de la lame
d'air 12X par une tension de commande VX appliquée au bilame
171X-172X permet d'obtenir un balayage de lobe de chacune des
antennes 13Xo-133Xo à 13XN_1-133XN_1 suivant la direction OX
dans e plan OX-OZ.
Le réseau d'antennes comprend également un second
élément déphaseur lY, du même type que le premier élément


, ~. ,~ .


` 21 1338792
déphaseur lX mais comprenant une plaque métallique de mase à
encoches loY. Ainsi, comme montré à la Fig. 20, l'élément
déphaseur lY comprend une plaque diélectrique suspendue
stationnaire llY qui, avec la plaque llX, constitue une unique
plaque diélectrique rectangulaire du réseau d'antennes, N =
6 rubans conducteurs rectilignes 1 3Yo à 1 3Y5 prolonqeant coli-
néairement les rubans conducteurs 13Xo à 1 3X5, la plaque
conductrice de masse loY distincte et séparée de la plaque lOX
par une plaque conductrice intermédiaire stationnaire lOXY,
lo et disposée sous la plaque llY par l'intermédiaire d'une lame
d'air 12Y d'épaisseur variable, et un bilame piézoélectrique
172X-172Y supportant la plaque de masse loY et soumis à une
tension de commande VY indépendante de la tension VX. La
plaque de masse mobile lOY a une épaisseur uniforme et
comporte du côté de l'élément déphaseur lX, des encoches de
g eurs Ql ~ 2Ql ~ 3Q1~ 4Ql et 5Ql de sorte que des longueurs
QO ~ QO + Ql ~ Qo + 2Ql r QO + 3Q1~ ~0 + 4Ql et Qo + 5Ql de tron~ons
de la plaque lOY soient disposés respectivement dessous les
rubans conducteurs 1 3Yo à 1 3Y5 ayant des longueurs identiques
excédant eO + 5Q1 La plaque de masse intermédiaire lOXy
offre également des encoches complémentaires de celles de a
plaque lOY et s'imbriquant dans celles-ci. La dimension ~0
désigne la largeur d'une bande de la plaque lOY
perpendiculaire aux rubans conducteurs 1 3Yo à 1 3Y5, ici située
à l'opposé de l'élément de déphasage lX, et peut être égale
à zéro.
A l'opposé de l'élément lX et juxtaposé à l'élément
ly est prévu un répartiteur de puissance 4 d'un type classique
à structure microruban sans lame d'air. Le répartiteur 4
30 comprend une plaque de masse 40 et une plaque diélectrique 41.
La plaque 41 est formée par une portion terminale de la plaque
diélectrique commune aux éléments déphaseurs lX et lY et
supporte un réseau de rubans conducteurs arborescents 4 3
permettant de relier un ruban conducteur unique 44 sortant
d'un transformateur d'impédance aux rubans conducteurs 13Yo
à 13YN_1-



22 1338792
Le profil en encoches de la plaque de masse lOypermet d'assurer une alimentation en phase du réseau
d'antennes linéaires 130-133Xo à 13XN_1-133XN_l de sorte que
les déphasages introduits par des déphaseurs élémentaires
incluant les tronçons longitudinaux ~0, eO + el, ... Q0 + (N-
l)Ql de la plaque lOY soient:
~ 0~ ~0 + ~1~ o + (N-l)~l,
quels que soient les déphasages ~0 et ~1 introduits par des
tronçons de longueurs respectives Q0 et Ql
Une variation de l'épaisseur de lame d'air 12Y par
variation de la tension de commande VY est traduite par un
balayage suivant une direction transversale OY perpendiculaire
aux rubans conducteurs 13Xo-13Yo à 13XN_1-13YN_l, c'est-à-dire
dans un plan vertical OY-OZ perpendiculaire à la plaque
commune llX-llY-41 et aux plaques de masse lOX, lOXY, 10 et
40. La longueur Ql est choisie de manière à obtenir une
variation de 360 de la constante de phase, compte tenu du
déplacement maximal possible de la plaque de masse lOY.
Grâce aux deux tensions de commande VX et VY des
bilames 171X-172X et 171Y-172Y peut être obtenu un balayage
de lobe du type balayage de télévision, utilisable également
pour pointage de faisceau dans des radars notamment embarqués
dans des aéronefs ou des engins spéciaux.
Selon une seconde réalisation montrée aux Figs. 21A
et 2lB, un réseau d'antennes à balayage de lobe dans deux
plans comprend également deux éléments déphaseurs lXa et lYa
ayant des structures à microruban et à diélectrique suspendu.
Le premier élément déphaseur lXa comprend une grande
plaque rectangulaire stationnaire llXa en matériau
diélectrique, plusieurs rubans conducteurs rectilignes
parallèles, ici au nombre de 2M + 1=5, 13XaO à 13Xa4 fixés ou
imprimés sur la face supérieure de la plaque diélectrique
llXa, une plaque métallique de masse mobile lOXa disposée sous
la plaque llXa et séparée de celle-ci par une lame d'air 12Xa
d'épaisseur variable, et des moyens piézoélectriques 17Xa pour
déplacer la plaque rectangulaire lOXa.


.


22a 1338792
Les rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4 sont également
dotés d'éléments rayonnants conducteurs 133XaO à 133Xa4 régu-
lièrement répartis d'un même c~té des rubans conducteurs, et
sont parallèles aux grands côtés de la plaque llXa et
équirépartis, le long du petit axe de la plaque llXa. Selon
la réalisation illustrée, les rubans conducteurs à éléments
rayonnants 133XaO à 133Xa4 forment un réseau d'antennes du
type log-périodique symétrique. Le ruban conducteur 13XaO est
disposé le long du grand axe de la plaque llXa et comprend
2Q = 6 éléments rayonnants 133XaO, et a une longueur égale
à (2Q-l)d = Sd. Les rubans conducteurs 13Xa1 et 13Xa2 sont
disposés symétriquement par rapport au ruban conducteur 13XaO
et à une distance Q1 de celui-ci, comportent chacun 2Q-2 = 4
éléments rayonnants 133Xa1, 133Xa2 et ont chacun une longueur
égale à (2Q-3)d = 3d. Les rubans conducteurs 13Xa3 et 13Xa4
sont disposés symétriquement par rapport au ruban conducteur
13XaO et à une distance 2Q1 de celui-ci, comportent chacun
2Q-4 = 2 éléments rayonnants 133Xa3, 133Xa4 et ont chacun un
longueur égale à d. Ainsi, le réseau d'antennes est
symétrique par rapport au centre "51" de la plaque llXa.
Selon la réalisation illustrée, les moyens de
déplacement de la plaque lOXa comportent deux, ou plus,
empilements de rondelles piézoélectriques 17Xa convenablement
équirépartis sous la plaque mobile lOXa et supportant celle-
ci. Les empilements 17Xa sont portés par un socle 15 en forme
de fût supportant la périphérie de la plaque llXa. Les
empilements 17Xa sont alimentés en parallèle par une même
source de tension variable VXa afin d'obtenir un balayage de
lobe des antennes dans un plan OX-OZ parallèle aux rubans
conducteurs 13XaO à 13Xa4 et perpendiculaire aux plaques lOXa
et llXa.
Le second élément déphaseur lYa est situé le long
du petit axe du premier élément déphaseur lXa ce qui confère
un encombrement plus réduit et compact par rapport au réseau
d'antennes selon la premiè~e réalisation. Le caractère
compact est également dû à l'intégration d'un répartiteur de


~. .


22b 1338792
puissance dans l'élément lYa.
L'élément lYa comprend une petite plaque métallique
rectangulaire mobile lOYa qui est disposée dans une lumière
rectangulaire 103 pratiquée le long du petit axe de la plaque
lOXa et ayant des dimensions excédant sensiblement celles de
la plaque lOYa. La plaque lOYa a une largeur inférieure à d,
typiquement égale à d/2, et une longueur supérieure à 2MQ1,
typiquement de l'ordre de 4~5Q1 Au-dessus de la plaque de
masse lOYa et séparée de celle-ci par une lame d'air
d'épaisseur variable 12Ya se trouve une plaque diélectrique
rectangulaire stationnaire llYa intégrée à la plaque llXa et
supportant un ruban conducteur 13Ya disposé le long du petit
axe de la plaque llXa, confondu avec le grand axe de plaque
llYa et donc médiateur des rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4,
et ayant une longueur égale à 2MQ1 = 4Q1 Ainsi, à la fois,
d'une part, le ruban conducteur 13Ya est relié aux centres des
rubans conducteurs 13XaO à 13Xa4 et répartit ainsi la
puissance entre ceux-ci, et d'autre part, le ruban conducteur
13Ya forme par rapport à son centre relié à un conducteur
interne 51 d'une ligne coaxiale 5, deux tronçons de longueur
~1 pour constituer deux déphaseurs microrubans à lame d'air
variable desservant les antennes intermédiaires 13Xa1-133Xa1
et 13Xa2-133Xa2, et deux tronçons de longueur 2Q1 pour
constituer deux déphaseurs microrubans à lame d'air variable
desservant les antennes extrêmes 13Xa3-133Xa3 et 13Xa4-133Xa4.
L'élément déphaseur lYa comprend également un
empilement de petites rondelles piézoélectriques 17Ya reposant
sur le socle 15 et supportant centralement la plaque centrale
de masse lOYa. L'empilement 17Ya est alimenté par une tension
de commande VYa indépendante de la tension VXa pour obtenir
un balayage de lobe des antennes dans un plan OY-OZ parallèle
au ruban conducteur 13Ya et perpendiculaire aux rubans
conducteurs 13XaO à 13Xa4. La ligne coaxiale 5 pénètre par
dessous dans l'élément déphaseur lYa, et traverse un trou
central de l'empilement de rondelles piézoélectriques 17Ya,
et le conducteur interne 51 de la ligne 5 traverse librement

"` 1338792
22c
un trou central de la plaque lOYa et la lame d'air 12Ya, et
pénètre dans la plaque diélectrique centrale llYa pour être
reliée au centre du ruban conducteur 13Ya. Selon une autre
variante, l'empilement 17Ya est remplacé par deux empilements
de rondelles piézoélectriques commandées en parallèle par la
tension VYa et supportant des extrémités longitudinales de la
plaque lOYa.




.~ .

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

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Administrative Status

Title Date
Forecasted Issue Date 1996-12-10
(22) Filed 1987-07-06
(45) Issued 1996-12-10
Deemed Expired 2009-12-10

Abandonment History

There is no abandonment history.

Payment History

Fee Type Anniversary Year Due Date Amount Paid Paid Date
Application Fee $0.00 1987-07-06
Registration of a document - section 124 $0.00 1988-08-09
Maintenance Fee - Patent - Old Act 2 1998-12-10 $100.00 1998-10-20
Maintenance Fee - Patent - Old Act 3 1999-12-10 $100.00 1999-11-12
Maintenance Fee - Patent - Old Act 4 2000-12-11 $100.00 2000-11-17
Maintenance Fee - Patent - Old Act 5 2001-12-10 $150.00 2001-11-20
Maintenance Fee - Patent - Old Act 6 2002-12-10 $150.00 2002-11-19
Maintenance Fee - Patent - Old Act 7 2003-12-10 $150.00 2003-11-18
Maintenance Fee - Patent - Old Act 8 2004-12-10 $200.00 2004-11-17
Maintenance Fee - Patent - Old Act 9 2005-12-12 $200.00 2005-11-23
Maintenance Fee - Patent - Old Act 10 2006-12-11 $250.00 2006-11-23
Maintenance Fee - Patent - Old Act 11 2007-12-10 $250.00 2007-11-23
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Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
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Office Letter 1994-03-08 1 20
Office Letter 1995-01-11 1 15
Office Letter 1995-01-11 1 20
Office Letter 1995-12-06 1 21
Office Letter 1987-09-14 1 20
Prosecution Correspondence 1996-09-30 1 26
Prosecution Correspondence 1996-06-20 5 101
Examiner Requisition 1996-02-22 2 72
Representative Drawing 2001-12-11 1 8
Description 1996-12-10 27 1,320
Claims 1996-12-10 9 378
Drawings 1996-12-10 7 250
Cover Page 1996-12-10 1 18
Abstract 1996-12-10 1 22
Fees 1998-10-20 1 36