EP0237429B1 - Réseau réflecteur à contrôle de phases, et antenne comportant un tel réseau - Google Patents

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EP0237429B1
EP0237429B1 EP87400514A EP87400514A EP0237429B1 EP 0237429 B1 EP0237429 B1 EP 0237429B1 EP 87400514 A EP87400514 A EP 87400514A EP 87400514 A EP87400514 A EP 87400514A EP 0237429 B1 EP0237429 B1 EP 0237429B1
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EP
European Patent Office
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diodes
strips
dipole
antenna
rods
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Expired - Lifetime
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EP87400514A
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German (de)
English (en)
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EP0237429A3 (en
EP0237429A2 (fr
Inventor
Yves Commault
François Gautier
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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Publication of EP0237429A3 publication Critical patent/EP0237429A3/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays

Definitions

  • the main object of the invention is a reflective phase control network, an antenna comprising such a network and a method for its manufacture.
  • Such a network makes it possible to locally modify the phase of a wave, for example planar or cylindrical reflecting on it.
  • Such an array makes it possible to focus and / or divert the electromagnetic energy beams from an antenna by electronic scanning.
  • each module includes an elementary antenna and a phase shifter closed on a short circuit.
  • a wave whose beam we want to direct is emitted by a microwave source towards the network.
  • the wave is picked up by the elementary antennas, and undergoes a first phase shift when crossing the phase shifters is reflected on the short circuits again crosses the phase shifters and is radiated by the elementary antennas;
  • control of the phase of the transmitted wave is available at any point in the network.
  • Such networks are described by F. GAUTIER in "Reflective network” Revue TH-CSF March 1972, vol.4 N ° 1 pages 89 to 104 and by Olivier and Knittel in "Phased arrays antennas” Artech House, page 23.
  • Such a set which corresponds to the preamble of the main claim, is for example exposed in an article by JA SALMON et al., Entitled “An X-Band Reflect-Array with Integrated PIN Diodes", 1974 International IEEE / AP-S Symposium Program 8 Digest, June 10-12, 1974, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia.
  • Reactive impedances are dipoles with two branches connected by at least one diode. Depending on the passing or blocked state of the diodes the dipoles reflect a more or less large part of the incident waves.
  • phase-shifting modules capable of working in the millimeter bands.
  • the modules must be of small dimensions, less than the wavelength; the network must include a very large number.
  • the present invention proposes to produce the known structure with the characteristics set out in its characterizing part of claim 1, thus making it possible to achieve an entirely monolithic embodiment of the phase shifter network.
  • FIG. 1 is illustrated one of the principles in themselves known implemented in a device according to the invention.
  • a variable reactive impedance 1 On the two supply wires 3 is placed at a distance d from a short circuit 2 a variable reactive impedance 1. If the value of reactive impedance 1 corresponds to a short circuit for an incident signal this signal will be reflected on said reactive impedance 1. On the other hand, if reactive impedance 1 is adapted to the signal it will let it pass. The signal will then be reflected on the short circuit 2. Thus, there is a phase shift between the signal reflected by reactive impedance 1 and the signal reflected by short-circuit 2. Depending on the setting value of reactive impedance 1 it reflects a more or less significant part of the incident signal. the signals reflected on reactive impedance 1 and on short circuit 2 combine. Thus, the device illustrated in FIG. 1 makes it possible to obtain the phase shift ⁇ between maximum, the intermediate values depending on the value of the impedance.
  • each reactive impedance 1 is constituted for example by a dipole 4, the two branches of which are connected by a diode 6.
  • the diode 6 is for example a diode with variable capacitance.
  • a plurality of diodes with two states connected in series between the two branches of a dipole 4 are used.
  • the diodes with two states are for example PIN diodes.
  • Each of the diodes can be controlled individually. With two diodes of the same capacity, per dipole, three possible phase shift values are obtained. With two diodes of different capacitance, four possible phase shift values are obtained.
  • the diodes with continuously variable capacity are for example varicaps or varactors.
  • the reflector 2 is constituted by a metal plate placed at a distance close to dipoles 4.
  • the electric lines 28 are connected by a capacitor 5.
  • each of the reactive impedances 1 allows deflection in the site plane and in the bearing plane of the waves which illuminate the network according to the invention.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment, according to the teachings of the invention, of the principle illustrated with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the supply line 7 connecting, for example, the lower branches of the dipoles 4 is connected to ground 8.
  • the supply line 7 connecting, for example, the upper branches of the dipoles 4 is connected to a voltage source 9.
  • the voltage source 9 is capable of delivering, for example, voltages varying between + 1V and -20V.
  • a capacitor 52 connects the two supply lines 7 and thus makes it possible to decouple the dipoles 4 from the microwave field.
  • it is ensured to have stable impedance conditions at the terminals of the microwave circuit.
  • the value of the capacity of this decoupling capacitor is limited, for PIN diodes, by the switching time of the diodes.
  • the reflector 2 is formed by the ground plane of the printed circuit.
  • a network composed of a combination of the devices illustrated in FIG. 3 will only allow scanning and / or focusing of electromagnetic waves in a single plane.
  • the coupling elements 4, the control diodes 6 and the cables 7 are produced on the same semiconductor substrate 11 by means of monolithic integration techniques.
  • these identical reactive elements are arranged on a regular mesh, for example rectangular or triangular, with a pitch close to on a semiconductor substrate 11.
  • the integration technology is used on a whole slice (Wafer Scale Integration or WSI in English terminology).
  • WSI Wafer Scale Integration
  • large slices for example four or five inches (10.16 cm or 12.7 cm)
  • we arrive for example equal to 3.2 mm, to be produced in a single operation of the order of thousand of the reactive element.
  • Such an antenna has the advantage of a reduced cost price.
  • the dimensions of the diode carrier chip are of the order of 0.5 mm, which for a permeability substrate of the order of 12 corresponds to half the wavelength for a frequency of 100 GHz.
  • the chip carrying the diode 6 is by itself a significant element of the circuit.
  • the manufacturing dispersions of this chip and its wiring can make it impossible to produce an antenna by techniques other than monolithic integration techniques.
  • the chips carrying the diode 6 are too large for a periodic circuit whose mesh is approximately 1.5 mm and which in certain cases comprises a plurality of diodes.
  • Planar technology is used for the realization of the network according to the invention.
  • the face of the substrate 11 opposite the coupling elements 4 and the supply metallizations comprises a ground plane 12.
  • the ground plane 12 ensures the mechanical strength and the cooling of the network according to the invention. If the thickness e of the substrate 11 is too small, for example for frequencies below 35 GHz, a dielectric is interposed between the ground plane 12 and the substrate 11. This solution is illustrated in FIG. 5.
  • the semiconductor substrate 11 is made integral with a dielectric 120, for example a low loss dielectric.
  • the dielectric 120 is for example made of polyethylene tetrafluoride (PTFE) or a composite material adapted to the wavelength.
  • the dielectric 120 is made integral with a metal plate 12 parallel to the metallizations of the substrate 11. The distance e between the metallizations of the semiconductor substrate 11 and the plate 12 is substantially equal to a quarter of the weighted wavelength on the two dielectrics.
  • the device of Figure 5 is particularly well suited to low and medium frequencies.
  • FIG. 6 we can see a first embodiment of a periodic circuit for phase control.
  • the device of FIG. 6 comprises three metallized strips 70.
  • the strip 70 in the middle and one of the external strips 70, for example the upper strip 70 comprises opposite rectangular projections 71.
  • the projections 71 facing the two strips 70 are connected by a diode 6.
  • Above the diodes 6 connecting the metallized strip 70 above the central metallized strip 70 is a diode 6 connecting the metallized strip 70 below the central metallic strip 70.
  • At least one of the extremes mites the successive bands 70 are connected together by capacitors 52.
  • the central metallized strip 70 is connected to ground 8, the upper and lower metallized strips 70 being connected to two generators 9.
  • the generators 9 are capable of delivering, for example, voltages included between + 1V and - 20V. The supply voltages depend on the diodes 6 used.
  • FIG 7 we can see a section along CC 'of the device illustrated in Figure 6 as part of a Planar technology.
  • the diodes 6 are directly diffused from the semiconductor wafer 110.
  • the semiconductor is for example silicon.
  • the ground plane 12 has a thickness sufficient to ensure the mechanical strength and the cooling of the network according to the invention.
  • the metallized strips 70 are produced by depositing, for example, a layer of aluminum or copper.
  • said metallizations 70 are covered by a layer of gold ensuring protection against corrosion.
  • the bands 70 are produced by depositing a layer of gold.
  • the two diodes 6 connecting the metallized strip 70 below the central metallized strip 70 are replaced in each mesh by a single diode 6, the capacity of which is equal, for example, to the sum of the capacities of the diodes 6 that it replaces.
  • the total capacity, in each mesh, connecting the metallized strip 70 lower than the central metallized strip 70 is different from the capacity of the diode 6 connecting the metallized strip 70 higher than the central metallized strip 70 .
  • the direction of polarization of the diodes can be reversed as long as the supply voltages are also reversed.
  • the lower and upper metallized strips 70 are connected to ground, the central metallized strip 70 being connected to a voltage generator capable of delivering voltages between + 1 V and - 20V.
  • FIG. 9 one can see an embodiment of the periodic circuit according to the invention comprising six diodes per mesh B of the network substantially equal to , which provides four separate states.
  • the periodic circuits include four metallized strips 70 constituted by rectilinear tapes, referenced from top to bottom DEF G.
  • the metallized tape 70D is connected to the metallized tape 70E by regularly spaced diodes 6, two diodes 6 successive being distant from%.
  • the metallized strip 70G is connected to the metallized strip 70F by regularly spaced diodes 6, successive diodes 6 being spaced apart by g.
  • the metallized bands 70 E and F are connected to ground.
  • the metallized strips 70 D and G are connected to voltage generators capable, for example, of delivering voltages between + 1 V and - 20V.
  • the periodic circuits comprise five metal bands 70 referenced from top to bottom H 1 JK L.
  • the metallized band 70H and the metallized band 701 are provided opposite projections 71.
  • the projections 71 are spaced .
  • the metallized strip 701 is connected to the metallized strip 70H by diodes 6 connecting the projections 71 of said strips.
  • the metallic bands 70J and K are straight ribbons.
  • the metallized strip 70J is connected to the metallized strip 70K by regularly spaced diodes 6, two successive diodes 6 being distant by%.
  • the metallized strip 70L comprises notches 73 in the middle of which an projection 74 is arranged.
  • the projections 74 are regularly distributed, two successive projections 74 being spaced from
  • the diodes connecting the ban metallized 70J to the metallized strip 70K and the diodes connecting the metallized strips 70L to the metallized strip 70K are on the same abscissa.
  • the different coupling states must be spaced out over 360 as regularly as possible.
  • the cost price is only slightly influenced by the geometry of the strips 70 and the number of diodes 6 used.
  • an antenna according to the invention can be seen.
  • the antenna comprises a phase control array 81 allowing electronic scanning in a plane.
  • the network 81 is illuminated by a source 82 of radiation 83.
  • the source 82 of radiation is for example a linear source or a point source focused in a plane.
  • the network 81 is illuminated by a cylindrical wave.
  • the phase control network 81 reflects the incident waves 83 for example at angles between + 45 and - 20 . compared to normal 85 to the network.
  • the energy beam 84 can be directed by electronic scanning while ensuring the transformation of the cylindrical wave 83 into a plane wave 84.
  • FIG. 12 we can see another embodiment of an antenna with electronic scanning, for example with a scanning frequency of the order of megahertz.
  • the antenna comprises a point source 82, a reflective network 81 and a lens 86, for example dielectric.
  • the network in addition to these capacities for electronic scanning in a plane is divided into a plurality of zones, for example 4, 9 or 16 supplied individually. Thus it allows three-dimensional scanning with a small amplitude in one plane and with a large electronic scanning amplitude in the plane which is perpendicular to it.
  • the lens 86 ensures the focusing of the radiation 84 coming from the antenna.
  • FIG. 13 an alternative embodiment of the network cabling according to the invention can be seen.
  • Figures 3, 6, 8 and 9 all the diodes 6 connecting two metal strips 70 are connected in parallel.
  • a short circuit caused by the failure of any of the diodes 6 connecting two metal strips 70 permanently puts said strips at the same potential.
  • the phase shift introduced by said metal strips 70 is lost over their entire length.
  • the formation of the electromagnetic energy beam is very strongly disturbed.
  • the failure of a diode 6 can be the consequence of a manufacturing defect. In such a case, it is possible to prevent the short circuit by destroying the faulty diode 6, for example with a laser. However, it is necessary to have important test equipment.
  • the metal strips 70 are cut into a plurality of segments 77.
  • the segments 77 are connected by groups 652 of diodes 6.
  • Each group of diodes comprises for example between one and six diodes 6 placed in parallel.
  • each group 653 of diodes 6 comprises three diodes 6. All the diodes 6 belonging to the same group have the same polarization.
  • Diode groups 6 are connected in series. It is possible to connect the segments 77 by polarizing the diodes 6 directly or to isolate them by polarizing the diodes 6 in reverse.
  • the generator bears the reference 9 and the switching means bear the reference 651.
  • FIG. 14 one can see the electrical diagram of the connections of the diodes 6 of FIG. 13.
  • the groups 652 of three diodes 6 placed in parallel are connected in series.
  • a short circuit at a diode 6 prevents phase control at a group 652 of diodes 6, but not of two metal strips 70.
  • An absence of electrical continuity at a diode 6, for example following a manufacturing defect or a "breakdown" only disturbs the phase locally at the level of two segments 77. All the groups 652 of diodes 6 are supplied by the other diodes 6 of group 652 comprising the diode 6 "struck down ".
  • the electrical supply is made between terminals 78 and 79 of the periodic circuit.
  • FIG. 20 an alternative embodiment of the device in FIG. 13 can be seen in which the reverse voltages are balanced at the terminals of the groups 652 of the diodes 6 placed in series. Balancing is achieved, for example, by connecting two successive segments 77 by resistors 791 and / or by connecting successive segments 77 belonging to the same metal strip 70 by resistors 781.
  • Resistors 781 and 791 have high values so as not to disturb the radio operation.
  • the resistors 781 and / or 791 are obtained by metallization.
  • a resistive alloy of nickel chromium is deposited.
  • the resistors 781 are deposited in the extension of the segments 77.
  • the resistors 791 are, for example thin strips.
  • the first group 652 of diodes 6 starting from terminal 78 illustrates the alternative embodiment comprising only resistors 791 connecting two successive segments 77.
  • the second and third groups 652 of the diodes 6 illustrate the alternative embodiment comprising resistors 791 connecting two successive segments 77 and resistors 781 connecting two successive segments 77 belonging to the same metal strip 70.
  • the fourth and fifth groups 652 of the diodes 6 illustrate the alternative embodiment comprising only resistors 781 connecting two successive segments 77 belonging to the same metal strip 70.
  • the antenna includes a radiation source 82, an auxiliary reflector network 81 and a main mirror 86.
  • the radiation source 82 is for example a horn.
  • the auxiliary reflective network 81 is a reflective phase control network according to the invention.
  • the network 81 allows electronic scanning in the two planes.
  • the main mirror is for example a focal point dish F.
  • the deflection of the electromagnetic energy beam by the network 81 causes a displacement of the focal point F or a displacement of the equivalent center of the source 82 for example in F i or in F 2 .
  • Periodic displacement of the focal point F makes it possible to carry out a target by scanning (scanning in English terminology).
  • the focus is moved between four positions Fi, F 2 , F 3 , F 4 , equidistant from F, the points Fi and F 2 on the one hand and the points F 3 and F4 of on the other hand being aligned on orthogonal lines of intersection F.
  • a circular permutation of the displacements of the focus F is carried out, for example Fi, F 4 , F 2 , F 3 , Fi, ... It is understood that the use of a different number of positions F i , for example 8, 16 or 32 does not depart from the scope of the present invention.
  • the points F are for example distributed regularly over a circle with center F.
  • the network 81 comprises cells 131 periodically distributed over its surface.
  • the phase of each cell 131 is individually controllable.
  • the cells 131 are for example triangular, square or hexagonal.
  • a medium precision conical scan can be obtained with a small number of cells 131, for example 64 (8x8).
  • An increase in the scanning precision will be obtained by an increase in the number of cells 131.
  • FIGS. 17 and 18 a second and a third embodiment of the network 81 can be seen.
  • the networks 81 in FIGS. 17 and 18 are particularly well suited to conical scanning using four positions Fi, F 2 , F 3 and F4 of the focal point F illustrated in FIG. 19.
  • the network 81 in FIG. 17 has a cross shape.
  • the network 81 of FIG. 17 comprises four central cells 136 to 139, four intermediate cells 133, 135, 140 and 142 as well as four peripheral cells 132, 134, 141 and 143.
  • Cells 136 to 139 are square.
  • Cells 132, 133, 134, 135, 140, 141, 142 and 143 are rectangular; the surface of each of these cells corresponds to that of two square cells just next to each other.
  • the network 81 comprises four central square cells 136 to 139 and four peripheral trapezoid cells 132, 134, 141 and 143.
  • the invention mainly applies to the production of electronic scanning antennas, in particular in millimeter waves.
  • the invention mainly applies to the production of antennas comprising reflective arrays in phase control.
  • the invention also applies to the production of phase modulation panels for responder beacons in cooperative radar systems or localization systems.

Description

  • L'invention a principalement pour objet un réseau réflecteur à contrôle de phases une antenne comportant un tel réseau et un procédé pour sa fabrication.
  • Un tel réseau permet de modifier localement la phase d'une onde par exemple plane ou cylindrique se réfléchissant sur lui. Un tel réseau permet de focaliser et/ou de dévier les faisceaux d'énergie électromagnétique d'une antenne par balayage électronique.
  • D'une part, il est connu de réaliser des réflecteurs, généralement plans, constitués d'une mosaïque de modules. Chaque module comporte une antenne élémentaire et un déphaseur fermé sur un court-circuit. Une onde dont on veut diriger le faisceau est émise par une source hyperfréquence en direction du réseau. L'onde est captée par les antennes élémentaires, et subit un premier déphasage lors de la traversée des déphaseurs se réfléchit sur les court-circuits traverse une nouvelle fois les déphaseurs et est rayonnée par les antennes élémentaires; En contrôlant, par des moyens électroniques le déphasage apporté par les déphaseurs on dispose, en tout point du réseau, de la maîtrise de la phase de l'onde émise. De tels réseaux sont décrits par F. GAUTIER dans "Réseau réflecteur" Revue TH-CSF mars 1972, vol.4 N° 1 pages 89 à 104 et par Olivier et Knittel dans "Phased arrays antennas" Artech House, page 23.
  • D'autre part, il est connu que la variation de l'impédance réactive par exemple d'un dipôle placé devant un réflecteur métallique provoque la variation de la phase de l'onde réfléchie.
  • On sait ainsi associer une pluralité d'impédances réactives variables devant un réflecteur par exemple métallique, afin de pouvoir obtenir un balayage électronique.
  • Un tel ensemble, qui correspond au préambule de la revendication principale, est par exemple exposé dans un article de J. A. SALMON et al., intitulé "An X-Band Reflect-Array with Integrated PIN Diodes", 1974 International IEEE/AP-S Symposium Program 8 Digest, June 10-12, 1974, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia.
  • Les impédances réactives sont des dipôles comportant deux branches reliées par au moins une diode. Suivant l'état passant ou bloqué des diodes les dipôles réfléchissent une partie plus ou moins grande des ondes incidentes.
  • Ces réseaux de type connu présentent le grand inconvénient d'exiger une adaptation des antennes élémentaires parfaite ou quasi parfaite. En effet, à la réception par le réseau toute désadaptation provoque la réflexion partielle d'une partie de l'énergie incidente au lieu de sa transmission, la phase de l'énergie réfléchie directement n'est pas contrôlée par le déphaseur. A l'émission par le réseau, toute désadaptation provoque la réflexion vers le déphaseur de l'énergie qui normalement serait émise, cette énergie subit donc une seconde fois le double passage par le déphaseur. Au moment de son émission les ondes n'ayant pas le déphasage voulu perturbent la formation du faisceau d'énergie. Or, il se révèle pratiquement très difficile d'effectuer une adaptation précise et uniforme de toutes les sources élémentaires du réseau.
  • De plus, il n'est pratiquement pas possible de réaliser de réseau de modules à déphaseurs pouvant travailler dans les bandes millimétriques. Pour ces bandes, les modules doivent être de dimensions faibles, inférieures à la longueur d'onde ; le réseau doit en comporter un très grand nombre.
  • Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention propose de réaliser la structure connue avec les caractéristiques énoncées dans sa partie caractérisante de la revendication 1, permettant ainsi d'aboutir à une réalisation entièrement monolithique du réseau déphaseur.
  • L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures données comme des exemples non limitatifs parmi lesquels :
    • - la figure 1 est un schéma illustrant le principe en lui-même connu utilisé dans le dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 2 est une illustration d'un exemple de réalisation utilisant le principe illustré sur la figure 1 ;
    • - la figure 3 est une illustration d'un premier exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 4 est une coupe d'un dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 5 est une coupe d'une variante de réalisation du dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 6 est une vue de face d'un élément d'un réflecteur selon l'invention ;
    • - la figure 7 est une vue en coupe du dispositif illustré par la figure 6 ;
    • - la figure 8 est une vue de face d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 9 est un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 10 est un autre exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 11 est une vue en perspective d'un premier exemple de réalisation de l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 12 est une vue en coupe d'un second exemple de réalisation de l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 13 est une vue de face d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 14 est le schéma équivalent de l'alimentation des diodes du dispositif illustré sur la figure 13 ;
    • - la figure 15 est une vue en coupe d'un troisième exemple de réalisation de l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 16 est une vue de face d'un premier exemple de réalisation d'un réseau réflecteur mis en oeuvre dans l'antenne illustrée par la figure 15 ;
    • - la figure 17 est une vue de face d'un second exemple de réalisation d'un réseau réflecteur mis en oeuvre dans l'antenne illustrée par la figure 15 ;
    • - la figure 18 est une vue de face d'un troisième exemple de réalisation d'un réseau réflecteur mis en oeuvre dans l'antenne illustrée par la figure 15 ;
    • - la figure 19 est un schéma illustrant les positions du foyer du miroir principal de l'antenne illustrée par la figure 15 ;
    • - la figure 20 est une vue de face d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ;
    • - la figure 21 est le schéma équivalent de l'alimentation des diodes du dispositif illustré sur la figure 20.
  • Sur les figures 1 à 21 on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments.
  • Sur la figure 1 est illustré un des principes en eux-mêmes connus mis en oeuvre dans un dispositif selon l'invention. Sur les deux fils d'alimentation 3 est placée à une distance d d'un court-circuit 2 une impédance réactive variable 1. Si la valeur de l'impédance réactive 1 correspond à un court-circuit pour un signal incident ce signal sera réfléchi sur ladite impédance réactive 1. Par contre, si l'impédance réactive 1 est adaptée au signal elle le laissera passer. Le signal sera alors réfléchi sur le court-circuit 2. Ainsi, il existe un déphasage
    Figure imgb0001
    entre le signal réfléchi par l'impédance réactive 1 et le signal réfléchi par le court-circuit 2. Suivant la valeur de réglage de l'impédance réactive 1 celle-ci réfléchit une partie plus ou moins importante du signal incident. les signaux réfléchis sur l'impédance réactive 1 et sur le court-circuit 2 se combinent. Ainsi, le dispositif illustré sur la figure 1 permet d'obtenir le déphasage ¢ compris entre
    Figure imgb0002
    au maximum, les valeurs intermédiaires dépendant de la valeur de l'impédance.
  • Sur la figure 2, on peut voir un réseau d'impédances réactives 1 placé devant un réflecteur 2, La distance séparant les impédances réactives 1 du réflecteur 2 est sensiblement égal à '4' La distance séparant, dans le plan du réseau, deux impédances réactives 1 est sensiblement égale à % .
  • Sur la figure 2, seules neuf impédances réactives 1 ont été représentées. Il est bien entendu que dans un cas réel un nombre bien plus grand d'impédances réactives 1 sera utilisé. Chaque impédance réactive 1 est constituée par exemple par un dipôle 4 dont les deux branches sont reliées par une diode 6. La diode 6 est par exemple une diode à capacité variable.
  • Dans une variante de réalisation de ce dispositif, on utilise un pluralité des diodes à deux états connectées en série entre les deux branches d'un dipôle 4. Les diodes à deux états sont par exemple des diodes PIN. Chacune des diodes est comman- dable individuellement. Avec deux diodes de même capacité, par dipôle, on obtient trois valeurs possibles de déphasage. Avec deux diodes de capacité différente on obtient quatre valeurs possibles de déphasage. Les diodes à capacité continûment variable sont par exemple des varicaps ou des varactors.
  • Pour des raisons de clarté les connexions d'alimentation des diodes 6 ne sont pas représentées sur la figure 2.
  • Le réflecteur 2 est constitué par une plaque métallique placée à une distance voisine de des dipôles 4.
  • Avantageusement, les lignes électriques 28 sont reliées par un condensateur 5.
  • La commande individuelle de chacune des impédances réactives 1 permet la déflection dans le plan site et dans le plan gisement des ondes qui illuminent le réseau selon l'invention.
  • La figure 3 illustre une réalisation, selon les enseignements de l'invention, du principe illustré en référence aux figures 1 et 2.
  • Sur la figure 3, on peut voir un ensemble de réactances 1 alignées que l'on ne peut commander que simultanément. Les dipôles 4 aussi bien que les lignes de connexion 7 sont réalisés par exemple par métallisation d'un circuit imprimé. La distance B entre deux dipôles 4 successifs est par exemple de l'ordre de La longueur totale A d'un dipôle 4 est par exemple de l'ordre de
    Figure imgb0003
    . Les deux branches de chaque dipôle 4 sont reliées par une diode ou une pluralité des diodes 6.
  • La ligne d'alimentation 7 reliant, par exemple, les branches inférieures des dipôles 4 est reliée à la masse 8. La ligne d'alimentation 7 reliant, par exemple, les branches supérieures des dipôles 4 est reliée à une source de tension 9. La source de tension 9 est capable de délivrer par exemple des tensions variant entre + 1V et-20V.
  • Avantageusement, un condensateur 52 relie les deux lignes d'alimentation 7 et permet ainsi de découpler les dipôles 4 du champ hyperfréquence. Ainsi, on est assuré d'avoir des conditions d'impédance stables aux bornes du circuit hyperfréquence. La valeur de la capacité de ce condensateur de découplage est limitée, pour les diodes PIN, par le temps de commutation des diodes.
  • Avantageusement, le réflecteur 2 est constitué par le plan de masse du circuit imprimé.
  • Il est bien entendu qu'un réseau composé d'association des dispositifs illustrés sur la figure 3 ne permettra que le balayage et/ou la focalisation des ondes électromagnétiques dans un seul plan.
  • Le mode de réalisation illustré sur la figure 3 où tous les éléments d'une même ligne ou d'une même colonne sont alimentés ensemble diminue considérablement le nombre de fils d'amenées de courant de polarisation des diodes 6. On réduit ainsi le coût de revient du réseau complet.
  • Sur la figure 4, on peut voir une variante de réalisation du dispositif selon l'invention particulièrement bien adaptée aux ondes électromagnétiques appartenant à la bande millimétrique.
  • Les éléments de couplage 4, les diodes de contrôle 6 et les cablâges 7 sont réalisés sur un même substrat semiconducteur 11 au moyen des techniques d'intégration monolithique. Un élément de couplage 4 et une ou plusieurs diodes 6 qui le chargent constituent un élément réactif contrôlable électroniquement.
  • Avantageusement, ces éléments réactifs identiques sont disposés sur une maille régulière, par exemple rectangulaire ou triangulaire, de pas voisin de
    Figure imgb0004
     sur un substrat semiconducteur 11.
  • Avantageusement, on utilise la technologie d'intégration sur tranche entière (Wafer Scale Inte- gration ou WSI en terminologie anglo-saxonne). En utilisant des tranches de grande dimension par exemple de quatre ou de cinq pouces (10,16 cm ou 12,7 cm), on arrive, pour égal par exemple 3,2 mm, à réaliser en une seule opération de l'ordre du millier de l'élément réactif. Une telle antenne présente l'avantage d'un coût de revient réduit. De plus, il serait quasi impossible de réaliser, pour de telles longueurs d'onde, des antennes à balayage électronique par des techniques classiques.
  • D'une part, les dimensions de la puce porteuse de la diode sont de l'ordre de 0,5 mm, ce qui pour un substrat de permitivité de l'ordre de 12 correspond à la moitié de la longueur d'onde pour une fréquence de 100 GHz. Ainsi la puce porteuse de la diode 6 est par elle-même un élément non négligeable du circuit. Les dispersions de fabrication de cette puce et de son cablâge peuvent rendre impossible la réalisation d'une antenne par des techniques autres que des techniques d'intégration monolithique.
  • D'autre part les puces porteuses de la diode 6 sont trop grosses pour un circuit périodique dont la maille est d'environ 1,5 mm et qui dans certain cas comporte une pluralité de diodes.
  • Avantageusement, on utilise la technologie Planar pour la réalisation du réseau selon l'invention.
  • La face du substrat 11 opposée aux éléments de couplage 4 et aux métallisations d'alimentation comporte un plan de masse 12.
  • Avantageusement, jouant le rôle de réflecteur 2 de la figure 2, le plan de masse 12 assure la tenue mécanique et le refroidissement du réseau selon l'invention. Si l'épaisseur e du substrat 11 est trop faible, par exemple pour des fréquences inférieures à 35 GHz, on intercale un diélectrique entre le plan de masse 12 et le substrat 11. Cette solution est illustrée sur la figure 5.
  • Sur la figure 5, on peut voir une partie d'un réseau réflecteur à contrôle de phases obtenu par la diffusion des diodes 6 dans un substrat semiconducteur 11 et métallisation de ce substrat en vue de l'obtention des éléments de couplage ainsi que des lignes d'alimentation des diodes 6. Le substrat semiconducteur 11 est rendu solidaire d'un diélectrique 120, par exemple d'un diélectrique à faible perte. Le diélectrique 120 est par exemple en polytétrafluorure d'éthylène (PTFE) ou un matériau composite adapté à la longueur d'onde. Le diélectrique 120 est rendu solidaire d'une plaque métallique 12 parallèle aux métallisations du substrat 11. La distance e entre les métallisations du substrat semiconducteur 11 et la plaque 12 est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde pondérée sur les deux diélectriques.
  • Le dispositif de la figure 5 est particulièrement bien adapté aux basses et aux moyennes fréquences.
  • Il faut remarquer que le coût de revient du système n'est que faiblement influencé par le nombre de diodes utilisées ou la complexité des dessins des métallisations réalisées.
  • Divers exemples de réalisation sont donnés par les figures 6 à 10.
  • Sur la figure 6, on peut voir un premier exemple de réalisation d'un circuit périodique permettant le contrôle de phases. Le dispositif de la figure 6 comporte trois bandes métallisées 70. La bande 70 du milieu et l'une des bandes 70 externes, par exemple la bande 70 supérieure comporte en vis-à-vis des avancées 71 rectangulaires. Les avancées 71 en vis-à-vis des deux bandes 70 sont reliées par une diode 6. A la verticale des diodes 6 reliant la bande métallisée 70 supérieure à la bande métallisée 70 centrale se trouve une diode 6 reliant la bande métallisée 70 inférieure à la bande métallisée 70 centrale.
  • Avantageusement, à au moins l'une des extrémités les bandes 70 successives sont reliées entre elles par des condensateurs 52.
  • Dans un exemple de réalisation, du dispositif selon l'invention la bande métallisée 70 centrale est reliée à la masse 8, les bandes métallisées 70 supérieures et inférieures étant reliées à deux générateurs 9. Les générateurs 9 sont capables de délivrer par exemple des tensions comprises entre + 1V et - 20V. Les tensions d'alimentation dépendent des diodes 6 utilisées.
  • Sur la figure 7, on peut voir une coupe selon CC' du dispositif illustré sur la figure 6 dans le cadre d'une technologie Planar. Les diodes 6 sont directement diffusées de la tranche semiconducteur 110. Le semiconducteur est par exemple du silicium.
  • Avantageusement, le plan de masse 12 a une épaisseur suffisante pour assurer la tenue mécanique et le refroidissement du réseau selon l'invention. Les bandes métallisées 70 sont réalisées par dépôt par exemple d'une couche d'aluminium ou de cuivre. Avantageusement, lesdites métallisations 70 sont recouvertes par une couche d'or assurant la protection contre la corrosion.
  • Avantageusement, les bandes 70 sont réalisées par dépôt d'une couche d'or.
  • Sur la figure 8, on peut voir un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention comportant trois diodes 6 par maille de circuits périodiques. La période B du réseau est sensiblement égale à λ2 . Les bandes métallisées 70 inférieures et centrales sont des rubans rectilignes. La bande 70 supérieure comporte des encoches 73 rectangulaires portant en leur centre des avancées rectilignes 74. Les extrémités des avancées 74 de la bande supérieure 70 portent les diodes 6 reliant la bande métallisée 70 supérieure à la bande métallisée 70 centrale. La bande métallisée 70 inférieure est reliée à la bande métallisée 70 centrale par des diodes 6 régulièrement espacées, deux diodes 6 successives étant distantes s . Ainsi chaque maille comportant trois diodes 6 il est possible d'obtenir quatre états de couplage différent :
    • - toutes les diodes au repos ;
    • - la diode 6 reliant la bande métallisée 70 à la bande métallisée 70 centrale polarisée en inverse, les diodes 6 reliant la bande métallisée 70 inférieure à la bande métallisée 70 centrale au repos ;
    • - la diode 6 reliant la bande métallisée 70 supérieure à la bande métallisée 70 centrale au repos et les deux diodes 6 reliant la bande métallisée 70 inférieure à la bande métallisée 70 centrale polarisée en inverse ;
    • - toutes les diodes polarisées en inverse.
  • Dans une variante de réalisation non représentée on remplace dans chaque maille les deux diodes 6 reliant la bande métallisée 70 inférieure à la bande métallisée 70 centrale par une diode 6 unique dont la capacité est égale, par exemple, à la somme des capacités des diodes 6 qu'elle remplace. Pour obtenir quatre états, il est impératif que la capacité totale, dans chaque maille, reliant la bande métallisée 70 inférieure à la bande métallisée 70 centrale soit différente de la capacité de la diode 6 reliant la bande métallisée 70 supérieure à la bande métallisée 70 centrale.
  • Bien entendu le sens de polarisation des diodes peut être inversé dans la mesure ou on inverse aussi les tensions d'alimentation. Dans ce cas, par exemple les bandes métallisées 70 inférieures et supérieures sont reliées à la masse, la bande métallisée 70 centrale étant reliée à un générateur de tension susceptible de délivrer des tensions comprises entre + 1 V et - 20V.
  • Sur la figure 9, on peut voir un exemple de réalisation du circuit périodique selon l'invention comportant six diodes par maille B du réseau sensiblement égales à
    Figure imgb0005
    , ce qui permet d'obtenir quatre états distincts.
  • Dans l'exemple illustré sur la figure 9 les circuits périodiques comportent quatre bandes métallisées 70 constituées par des rubans rectilignes, référencés de haut en bas D E F G. Le ruban métallisé 70D est relié au ruban métallisé 70E par des diodes 6 régulièrement espacées, deux diodes 6 successives étant distantes de % . La bande métallisée 70G est reliée à la bande métallisée 70F par des diodes 6 régulièrement espacées, des diodes successives 6 étant distantes de g . Les bandes métallisées 70 E et F sont reliées à la masse. Les bandes métallisées 70 D et G sont reliées à des générateurs de tension susceptibles par exemple de délivrer des tensions comprises entre + 1 V et - 20V.
  • Sur la figure 10, on peut voir un exemple de réalisation des réseaux périodiques selon l'invention comportant cinq diodes 6 par maille B sensiblement égales à 'z . Les circuits périodiques comportent cinq bandes métalliques 70 référencées de haut en bas H 1 J K L. La bande métallisée 70H et la bande métallisée 701 sont munies en vis-à-vis d'avancées 71. Les avancées 71 sont espacées de
    Figure imgb0006
    . La bande métallisée 701 est reliée à la bande métallisée 70H par des diodes 6 reliant les avancées 71 desdites bandes. Les bandes métallisées 70J et K sont des rubans rectilignes. La bande métallisée 70J est reliée à la bande métallisée 70K par des diodes 6 régulièrement espacées, deux diodes 6 successives étant distantes de % . La bande métallisée 70L comporte des encoches 73 au milieu desquelles est disposée une avancée 74. Les avancées 74 sont régulièrement réparties, deux avancées successives 74 étant distantes de
  • Avantageusement, les diodes reliant les bandes métallisées 70J à la bande métallisée 70K et les diodes reliant les bandes métallisées 70L à la bande métallisée 70K sont aux mêmes abscisses. De même, une avancée 74 sur deux et a la même abscisse que les avancées 71.
  • Le couplage avec les ondes électromagnétiques incidentes pour ces trois ensembles de diodes étant différent on obtient 23 = 8 états différents.
  • Avantageusement, pour minimiser les erreurs de quantification de phase les états de couplage différent doivent être le plus régulièrement possible espacé sur 360..
  • Dans une réalisation du dispositif selon l'invention, utilisant la technologie d'intégration monolithique, le prix de revient n'est que faiblement influencé par la géométrie des bandes 70 et le nombre de diodes 6 utilisées.
  • Il est bien évident qu'il est possible de remplacer une pluralité des diodes PIN commandables individuellement par une diode à capacité variable continuement. Dans un tel cas, il est possible d'obtenir une infinité d'états nécessaires au balayage électronique.
  • Sur la figure 11, on peut voir une antenne selon l'invention. L'antenne comporte un réseau 81 à contrôle de phases permettant le balayage électronique dans un plan. Le réseau 81 est illuminé par une source 82 de rayonnement 83. La source 82 de rayonnement est par exemple une source linéaire ou une source ponctuelle focalisée dans un plan. Dans ces cas, le réseau 81 est illuminé par une onde cylindrique. Le réseau à contrôle de phases 81 réfléchit les ondes 83 incidentes par exemple dans des angles compris entre + 45 et - 20. par rapport à la normale 85 au réseau. Dans ce cas, le faisceau d'énergie 84 peut être dirigé par balayage électronique tout en assurant la transformation de l'onde cylindrique 83 en une onde plane 84.
  • Sur la figure 12, on peut voir un autre exemple de réalisation d'antenne à balayage électronique, par exemple avec une fréquence de balayage de l'ordre du mégahertz. L'antenne comporte une source ponctuelle 82, un réseau réflecteur 81 et une lentille 86 par exemple diélectrique. Le réseau en plus de ces capacités de balayage électronique dans un plan est découpé en une pluralité de zones par exemple 4, 9 ou 16 alimentées individuellement. Ainsi il permet un balayage tridimen- tionnel avec une faible amplitude dans un plan et avec une amplitude de balayage électronique importante dans le plan qui lui est perpendiculaire. La lentille 86 assure la focalisation du rayonnement 84 issu de l'antenne.
  • Sur la figure 13, on peut voir une variante de réalisation du câblage du réseau selon l'invention. Sur les figures 3, 6, 8 et 9 toutes les diodes 6 reliant deux bandes métalliques 70 sont connectées en parallèle.
  • Ainsi, un court-circuit provoqué par la défaillance d'une quelconque des diodes 6 reliant deux bandes métalliques 70 met de façon permanente lesdites bandes au même potentiel. Dans un tel cas on perd le contrôle du déphasage introduit par lesdites bandes métalliques 70 sur toute leur longueur. La formation du faisceau d'énergie électromagnétique en est très fortement perturbée. La défaillance d'une diode 6 peut être la conséquence d'un défaut de fabrication. Dans un tel cas il est possible de prévenir le court-circuit en détruisant la diode 6 défaillante par exemple avec un laser. Toutefois il est nécessaire de disposer d'un matériel de test important.
  • Mais la défaillance d'une diode 6 peut aussi apparaître en cours d'utilisation. Dans ce cas, le fonctionnement du dispositif est perturbé jusqu'à l'intervention de maintenance.
  • Dans le dispositif selon l'invention illustré par la figure 13 les bandes métalliques 70 sont découpées en une pluralité de segments 77. Les segments 77 sont reliés par des groupes 652 de diodes 6. Chaque groupe de diodes comporte par exemple entre une et six diodes 6 placées en parallèle. Dans l'exemple illustré sur la figure 13 chaque groupe 653 de diodes 6 comporte trois diodes 6. Toutes les diodes 6 appartenant à un même groupe ont la même polarisation.
  • Les groupes de diodes 6 sont mis en série. Il est possible de relier les segments 77 en polarisant les diodes 6 en direct ou de les isoler en polarisant les diodes 6 en inverse. Sur la figure 13 le générateur porte la référence 9 et les moyens de commutation portent la référence 651.
  • Sur la figure 14, on peut voir le schéma électrique des connexions des diodes 6 de la figure 13. Dans l'exemple illustré par la figure 14, les groupes 652 de trois diodes 6 placées en parallèle, sont connectés en série. Un court-circuit au niveau d'une diode 6 empêche la commande de phases au niveau d'un groupe 652 de diodes 6, mais non de deux bandes métalliques 70. Une absence de continuité électrique au niveau d'une diode 6, par exemple suite à un défaut de fabrication ou à un "claquage" ne perturbe la phase que de façon locale au niveau de deux segments 77. Tous les groupes 652 de diodes 6 sont alimentés par les autres diodes 6 du groupe 652 comportant la diode 6 "claquée".
  • L'alimentation électrique est réalisée entre les bornes 78 et 79 du circuit périodique.
  • Sur la figure 20, on peut voir une variante de réalisation du dispositif de la figure 13 dans laquelle on assure l'équilibrage des tensions inverses aux bornes des groupes 652 des diodes 6 placées en série. L'équilibrage est obtenu, par exemple, en reliant deux segments 77 successifs par des résistances 791 et/ou en reliant les segments 77 successifs appartenant à une même bande métallique 70 par les résistances 781.
  • Les résistances 781 et 791 ont des valeurs élevées pour ne pas perturber le fonctionnement radioélectrique.
  • Avantageusement, les résistances 781 et/ou 791 sont obtenues par métallisation. Par exemple, on effectue un dépôt d'alliage résistif de nickel chrome.
  • Dans une variante de réalisation les résistances 781 sont déposées dans le prolongement des segments 77. Les résistances 791 sont, par exemple des rubans de faible épaisseur.
  • Sur la figure 21, on peut voir le schéma électrique des connexions des diodes 6 et des résistances 781 et 791 de la figure 20.
  • Le premier groupe 652 de diodes 6 en partant de la borne 78 illustre la variante de réalisation comportant uniquement des résistances 791 reliant deux segments 77 successifs.
  • Les deuxième et troisième groupes 652 des diodes 6 illustrent la variante de réalisation comportant des résistances 791 reliant deux segments 77 successifs et des résistances 781 reliant deux segments 77 successifs appartenant à une même bande métallique 70.
  • Les quatrième et cinquième groupes 652 des diodes 6 illustrent la variante de réalisation comportant uniquement des résistances 781 reliant deux segments 77 successifs appartenant à une même bande métallique 70.
  • Sur la figure 15, on peut voir une antenne selon l'invention particulièrement bien adaptée à la poursuite. L'antenne comporte une source de rayonnement 82, un réseau réflecteur auxiliaire 81 et un miroir principal 86.
  • La source de rayonnement 82 est par exemple un cornet.
  • Le réseau réflecteur auxiliaire 81 est un réseau réflecteur à contrôle de phases selon l'invention.
  • Avantageusement, le réseau 81 permet le balayage électronique dans les deux plans.
  • Le miroir principal est par exemple un paraboloïde de foyer F.
  • La déflection du faisceau d'énergie électromagnétique par le réseau 81 provoque un déplacement du foyer F ou un déplacement du centre équivalent de la source 82 par exemple en Fi ou en F2. Le déplacement périodique du foyer F permet en effectuant un balayage (scanning en terminologie anglo-saxonne) d'assurer la poursuite de la cible.
  • Avantageusement, comme illustré sur la figure 19, le foyer est déplacé entre quatre positions Fi, F2, F3, F4, équidistantes de F, les points Fi et F2 d'une part et les points F3 et F4 d'autre part étant alignés sur des droites orthogonales d'intersection F.
  • Avantageusement, on effectue une permutation circulaire des déplacements du foyer F par exemple Fi, F4, F2, F3, Fi, ... Il est bien entendu, que l'utilisation d'un nombre de positions Fi différent, par exemple 8, 16 ou 32 ne sort pas du cadre de la présente invention. Les points F sont par exemple répartis régulièrement sur un cercle de centre F.
  • Sur la figure 16, on peut voir un premier exemple de réalisation du réseau 81 à contrôle de phases de la figure 15. Le réseau 81 comporte des cellules 131 périodiquement réparties sur sa surface. La phase de chaque cellule 131 est contrôlable individuellement. Les cellules 131 sont par exemple triangulaires, carrées ou hexagonales.
  • Un balayage conique de précision moyenne peut être obtenu avec un petit nombre de cellules 131, par exemple 64 (8x8). Une augmentation de la précision du balayage sera obtenue par une augmentation du nombre de cellules 131.
  • Sur les figures 17 et 18, on peut voir un second et un troisième exemples de réalisation du réseau 81.
  • Les réseaux 81 des figures 17 et 18 sont particulièrement bien adaptés au balayage conique utilisant quatre positions Fi, F2, F3 et F4 du foyer F illustré par la figure 19. Le réseau 81 de la figure 17 a une forme en croix.
  • Le réseau 81 de la figure 17 comporte quatre cellules centrales 136 à 139, quatre cellules intermédiaires 133, 135, 140 et 142 ainsi que quatre cellules périphériques 132, 134, 141 et 143. Les cellules 136 à 139 sont carrées.
  • Les cellules 132, 133, 134, 135, 140, 141, 142 et 143 sont rectangulaires ; la surface de chacune de ces cellules correspond à celle de deux cellules carrées justaposées.
  • Pour déplacer la foyer F du miroir principal 86 de la figure 15 en F3 :
    • - les cellules 134, 135, 140 et 141 n'induisent pas de déphasage ;
    • - la cellule 132 induit un déphasage de φ ;
    • - la cellule 133 induit un déphasage de
      Figure imgb0007
       ;
    • - les cellules 136 et 138 induisent un déphasage de g ;
    • - les cellules 137 et 139 induisent un déphasage de-
      Figure imgb0008
      ;
    • - la cellule 142 induit un déphasage de
      Figure imgb0009
       ;
    • - la cellule 143 induit un déphasage de - φ .
  • Pour déplacer le foyer F du miroir principal 86 de la figure 15 en Fi :
    • - les cellules 132, 133, 142, 143 n'induisent pas de déphasage ;
    • - la cellule 134 induit un déphasage de φ ;
    • - la cellule 135 induit un déphasage de
      Figure imgb0010
       ;
    • - les cellules 136 et 137 induisent un déphasage de
      Figure imgb0011
       ;
    • - les cellules 138 et 139 induisent un déphasage de
      Figure imgb0012
       ;
    • - la cellule 140 induit un déphasage de
      Figure imgb0013
       ;
    • - la cellule 141 induit un déphasage de - φ .
  • Pour déplacer le foyer F du miroir principal 86 de la figure 15 en F4 :
    • - les cellules 134, 135, 140 et 141 n'induisent pas de déphasage ;
    • - la cellule 143 induit un déphasage de φ ;
    • - la cellule 142 induit un déphasage de
      Figure imgb0014
       ;
    • - les cellules 137 et 139 induisent un déphasage de
      Figure imgb0015
       ;
    • - les cellules 136 et 138 induisent un déphasage de
      Figure imgb0016
       ;
    • - la cellule 133 induit un déphasage de - 3φ5 ;
    • - la cellule 132 induit un déphasage de - φ .
  • Pour déplacer le foyer F du miroir principal 86 de la figure 15 en F2 :
    • - les cellules 132, 133, 142 et 143 n'induisent pas de déphasage ;
    • - la cellule 141 induit un déphasage de φ ;
    • - la cellule 140 induit un déphasage de
      Figure imgb0017
       ;
    • - les cellules 138 et 139 induisent un déphasage de
      Figure imgb0018
       ;
    • - les cellules 136 et 137 induisent un déphasage de
      Figure imgb0019
       ;
    • - la cellule 135 induit un déphasage de - 3φ5 ;
    • - la cellule 134 induit un déphasage de - φ .
  • Sur la figure 18, on peut voir un réseau 81 carré. Le réseau 81 comporte quatre cellules carrées centrales 136 à 139 et quatre cellules trape- zoïdales périphériques 132, 134, 141 et 143.
  • Pour déplacer le foyer F du miroir principal 86 de la figure 15 en F3 :
    • - les cellules 134 et 141 n'induisent pas de déphasage ;
    • - la cellule 132 induit un déphasage de φ;
    • - les cellules 136 et 138 induisent un déphasage de ü ;
    • - les cellules 137 et 139 induisent un déphasage de
      Figure imgb0020
       ;
    • - la cellule 143 induit un déphasage de - φ .
  • Pour déplacer le foyer F du miroir principal 86 de la figure 15 en Fi :
    • - les cellules 132 et 143 n'induisent pas de déphasage ;
    • - la cellule 134 induit un déphasage de ϕ ;
    • - les cellules 136 et 137 induisent un déphasage de
      Figure imgb0021
       ;
    • - les cellules 138 et 139 induisent un déphasage de
      Figure imgb0022
       ;
    • - la cellule 141 induit un déphasage de - 4) .
  • Pour déplacer le foyer du miroir principal 86 de la figure 15 en F4 :
    • - les cellules 134 et 141 n'induisent pas de déphasage ;
    • - la cellule 143 induit un déphasage de φ ;
    • - les cellules 137 et 139 induisent un déphasage de
    • - les cellules 136 et 138 induisent un déphasage de
      Figure imgb0023
       ;
    • - la cellule 132 induit un déphasage de φ .
  • Pour déplacer le foyer F du miroir principal 86 de la figure 15 en F2 :
    • - les cellules 132 et 143 n'induisent pas de déphasage ;
    • - la cellule 141 induit un déphasage de φ ;
    • - les cellules 138 et 139 induisent un déphasage de
      Figure imgb0024
       ;
    • - les cellules 136 et 137 induisent un déphasage de
      Figure imgb0025
       ;
    • - la cellule 134 induit un déphasage de - φ .
  • L'invention s'applique principalement à la réalisation d'antennes à balayage électronique notamment en ondes millimétriques.
  • L'invention s'applique principalement à la réalisation d'antennes comportant des réseaux réflecteurs en contrôle de phases.
  • L'invention s'applique aussi à la réalisation de panneaux en modulation de phases pour balises répondeuses dans des systèmes radars coopératifs ou des systèmes de localisation.

Claims (16)

1. Un dispositif pour intercepter une onde électromagnétique incidente et réfléchir cette onde électromagnétique dans une direction voulue, comprenant :
- des moyens conducteurs formant plan de masse (12),
- un réseau de dipôles (4) alignés en rangées et en colonnes devant ce plan de masse, comportant chacun deux brins,
- une pluralité de diodes à jonction (6), avec au moins l'une de ces diodes montée entre les deux brins de chaque dipôle distinct, et
- des moyens de polarisation, reliés à chacune des diodes, comportant une source de tension (9) et des conducteurs (7, 70) pour appliquer sélectivement à cette diode respective une tension de polarisation commandant individuellement l'impédance réactive de la diode entre une valeur de court-circuit et une valeur accordée sur l'onde électromagnétique incidente, de manière à commander la proportion de l'onde électromagnétique réfléchie par le dipôle associé à cette diode entre une valeur maximale et une valeur minimale, la partie de l'onde électromagnétique incidente non réfléchie par le dipôle étant transmise au plan de masse puis réfléchie par celui-ci, la partie réfléchie par le dipôle et la partie réfléchie par le plan de masse se combinant en une onde électromagnétique présentant localement une déphasage variable commandé, fonction de la proportion relative desdites parties respectivement réfléchies, dispositif caractérisé en ce que :
- il comprend un substrat semiconducteur (11), comportant une surface frontale et une surface dorsale supportée par ledit plan de masse (12), et
- lesdits dipôles (4) et lesdits conducteurs (7, 70) des moyens de polarisation sont formés à partir d'une même métallisation configurée en une pluralité de bandes conductrices parallèles, communes à une pluralité de dipôles, disposées sur la surface frontale du substrat semiconducteur, l'un des deux brins de chaque dipôle étant formé à partir de l'une des bandes et l'autre brin étant formé à partir d'une bande adjacente, ladite diode montée entre les brins de chaque dipôle distinct étant montée entre les deux bandes conductrices à partir desquelles sont formés les deux brins des dipôles.
2. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les diodes à jonction sont des diodes PIN formées par des régions localisées de type p et de type n du substrat semiconducteur.
3. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les moyens conducteurs formant plan de masse (12) se trouvent contre la surface dorsale du substrat semiconducteur (11).
4. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel un matériau diélectrique (120) est disposé entre la surface dorsale du substrat semiconducteur (11) et les moyens conducteurs formant plan de masse (12).
5. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel, les diodes étant en nombre supérieur à celui des dipôles, les diodes autres que ladite diode montée entre les brins de chaque dipôle distinct sont montées entre l'une desdites bandes conductrices à partir desquelles sont formés les deux brins des dipôles et une bande conductrice supplémentaire permettant de polariser séparément des groupes de diodes.
6. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel chaque bande conductrice est divisée en segments distincts (77), les segments de paires adjacentes desdites bandes étant reliés en série par des diodes (6).
7. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel chaque bande conductrice est divisée en segments distincts (77), les segments de paires adjacentes desdites bandes étant interconnec- tés par des groupes (652) de diodes (6) en parallèle.
8. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel chaque bande conductrice est divisée en segments distincts (77), les segments de paires adjacentes desdites bandes étant interconnec- tés par des moyens résistifs (781) déposés sur la face frontale du substrat semiconducteur.
9. Une antenne, comprenant une source émettrice primaire (82) et des moyens réflecteurs actifs, caractérisée en ce que ces moyens réflecteurs actifs comprennent un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8.
10. L'antenne de la revendication 9, dans laquelle lesdits moyens réflecteurs actifs sont constitués par un réflecteur actif (81) placé dans le trajet du rayonnement issu de ladite source de manière à rediriger ce rayonnement.
11. L'antenne de la revendication 10, comprenant en outre une lentille diélectrique de focalisation dudit rayonnement.
12. L'antenne de la revendication 9, dans laquelle lesdits moyens réflecteurs actifs sont constitués par un miroir principal (86) et un réseau réflecteur auxiliaire à commande de phase (81) permettant de faire varier la position du foyer du miroir principal.
13. L'antenne de la revendication 12, dans laquelle lesdits moyens de polarisation (7, 9) polarisent les diodes de manière à déplacer ledit foyer suivant une trajectoire circulaire.
14. Un procédé de réalisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
(a) préparer un substrat de matériau semiconducteur,
(b) diffuser dans ce substrat des diodes à jonction,
(c) déposer sur ce substrat une métallisation,
(d) graver cette métallisation en une pluralité de bandes conductrices selon une configuration comportant simultanément un réseau de dipôles alignés en rangées et en colonnes et un ensemble de conducteurs de polarisation des diodes diffusées dans le substrat, ces diodes se trouvant entre des paires de bandes conductrices à partir desquelles sont formés les deux brins de chaque dipôle respectif.
15. Le procédé de la revendication 14, comprenant en outre un étape de formation d'une couche diélectrique (120), intercalée entre le matériau semiconducteur et le plan de masse.
16. Le procédé de la revendication 14, comprenant en outre un étape de dépôt, sur la face frontale du substrat semiconducteur, de résistances (781) interconnectant des paires de segments (77) adjacents desdits conducteurs de polarisation.
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