Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’antenne à fentes est constituée d’un ou de plusieurs guides d’onde rectangulaires comportant des fentes régulièrement espacées qui ont pour fonction de rayonner l’énergie transportée par le ou les guides. Après avoir introduit les notions de base des guides à fente, l’article aborde le problème essentiel de la synthèse de l’antenne complète, de l’éclairement objectif à la réalisation de l’antenne, sans oublier la méthodologie de conception. Sont ensuite passées en revue les applications classiques des antennes à fente, civiles et militaires et d’autres moins conventionnelles.
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Gérard DEBIONNE : Thales Systèmes Aéroportés
INTRODUCTION
Cet article est consacré à un type d’antenne très apprécié pour la qualité de ses diagrammes de rayonnement : l’antenne à fentes. Une telle antenne est constituée d’un assemblage de guides d’ondes rectangulaires sur lesquels sont taillées des fentes régulièrement espacées. Le réseau de sources élémentaires ainsi constitué peut être contrôlé finement en amplitude et en phase en « jouant » sur la géométrie ou la position des fentes sur les guides.
On trouve dans la littérature de nombreux exposés qui permettent de « comprendre » le fonctionnement d’une antenne à fentes à travers les mécanismes de rayonnement d’une ou plusieurs fentes. En revanche, on trouve plus rarement des exposés sur la synthèse complète d’une antenne incluant notamment l’alimentation de l’antenne. Par ailleurs, si les progrès extrêmement rapides de la puissance des ordinateurs incitent à penser que l’on saura dans un avenir proche analyser de grandes structures mécaniques – telles que des antennes à fentes – à l’aide de méthodes numériques exactes, il paraît très improbable que l’on sache synthétiser ces dispositifs à l’aide de méthode purement numériques. C’est dans ce contexte que la synthèse raisonnée de l’antenne prend toute son importance et est exposée en détail.
Après un bref rappel historique, on abordera les thèmes suivants.
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Une première partie (§1) expose les notions de bases sur les fentes, les guides à fentes, et autres composants de l’antenne. On y décrit le rayonnement des fentes et l’interaction de ce rayonnement avec le guide d’onde.
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Une seconde partie expose la synthèse d’une antenne à fentes, depuis la loi d’éclairement objectif jusqu’à la réalisation de l’antenne. Dans cette partie, on abordera aussi les aspects technologiques, en décrivant la réalisation et l’assemblage de grandes pièces métalliques avec la précision mécanique requise.
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Une dernière partie, moins technique décrit succinctement les différentes applications des antennes à fentes : des antennes légères et compactes, avec peu de pertes et une bonne qualité de diagrammes. La contrepartie de ces qualités est un coût qui les éloigne des applications « grand public » mais les destine plutôt à des applications civiles ou militaires pour lesquelles les performances sont primordiales.
La bonne compréhension de cet article suppose la lecture ou la connaissance préalable des articles sur les antennes Antennes- Bases et principes, Antennes- Différents types, Antennes- Techniques et les circuits passifs Circuits passifs hyperfréquences- Guides d’ondes métalliques, Circuits passifs hyperfréquences- Éléments passifs réciproques.
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- Version archivée 1 de mars 1985 par Jacques BOUSSO
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Notions de bases4. Conclusions/perspectives
Pour beaucoup, l’antenne du futur est « l’antenne active ». Quel est alors l’avenir des antennes à fentes ? L’antenne à fentes partage avec l’antenne active la possibilité de façonner une loi d’éclairement à la demande, même si elle est figée dans le métal. Il en résulte la possibilité de créer des diagrammes de très bonne qualité. Si par ailleurs, on considère leur faible masse, et leur faible épaisseur, ces antennes constituent une meilleure solution que les antennes à réflecteur pour permettre des mouvements rapides.
Les qualités potentielles de rayonnement des antennes à fentes sont bien illustrées par les diagrammes de rayonnement des antennes en mode progressif et sont difficiles à égaler par tout autre type d’antenne. On doit admettre que ce qui limite la qualité des diagrammes de rayonnement des antennes en mode résonnant est une synthèse encore imparfaite.
On considère aujourd’hui que l’amélioration des méthodes de synthèse passe par deux raffinements :
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(i) l'utilisation systématique de matrices S en lieu et place des descriptions à base d’impédances ;
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(ii) l’insertion dans les logiciels dédiés de modèles de sous-ensembles de grandes tailles calculés à l’aide de méthodes exactes, à condition de savoir coupler les différentes méthodes d’analyse.
Un autre axe de progrès sur lequel il faut encore travailler est l’élargissement des bandes de fréquence des antennes. Pour parvenir à un tel résultat avec une distribution réactive et par principe faible bande, il sera nécessaire d’améliorer la distribution en augmentant le nombre de secteurs et aussi d’exploiter les nombreux paramètres arbitraires de la synthèse que l’on n’exploite pas complètement aujourd’hui.
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Conclusions/perspectives
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - STEVENSON (A.F.) - Theory of Slots in Rectangular Waveguides. - Journal of Applied Physics, Vol. 19 (1948). Les formules de Stevenson sont importantes et se retrouvent dans de nombreux ouvrages américains. Les références COLLIN, ZUCKER - Antenna Theory. et ELLIOT (R.S.) - Antenna Theory and Design. donnent des démonstrations de ces formules.
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(2) - BOOKER (H.G.) - Slots Aerials and their Relation to Complementary Wire Aerials. - JIEE, 93 pt. IIIA (1946).
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(3) - ELLIOT (R.S.), KURTZ (L.A.) - The design of small Slot Arrays. - IEEE Trans. Antennas Propagation, AP 26 (1978).
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(4) - ELLIOT (R.S.) - An improved Design Procedure for Small Arrays of Shunt Slots. - IEEE Trans. On Antennas and Propagation. Vol. AP 31, no 1 janvier 1983.
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(5) - STEGEN (R.J.) - Longitudinal Shunt Slot Characteristics. - Hughes Technical Memorandum, no 261 (1951). On trouve aussi les courbes de Stegen dans le « Jasik » McGraw-Hill 1961.
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