Dépointage mécanique du faisceau

3.2 Etude des performances des lentilles HMFE et Luneburg en focalisation 107

108 Lentilles à gradient d'indice et sources associées

Fig. 3.31 Dessin de principe, avec les notations utilisées pour les études paramé- triques, du système antennaire à dépointage de faisceau constitué d'une source et d'une lentille hémisphérique pour le cas d'un déplacement (a) rectiligne et (b) circulaire de la source.

Pour le déplacement circulaire, les mêmes angles de dépointage et directivité sont extraits mais cette fois en fonction de la rotation φ et de la distance source lentille (d/R). Le résultats sont donnés gure 3.32.

Il est aisé de voir que plus le désaxage augmente plus l'angle de dépointage aug- mente et plus la directivité maximale diminue. Pour une distance (h/R ou d/R) d'en- viron 0,1λ₀, on remarque que la directivité reste stable pour un large désaxage source- lentille. Cette remarque est importante car cela signie que si la distance source lentille est bien choisie, la diminution de directivité lors du dépointage peut être minimisée.

Mais dans ce cas, ce choix de distance source lentille ne donne pas la directivité maximale pour le système antennaire.

Si l'on compare les deux techniques de désaxage, les résultats sont très légèrement plus favorables pour le déplacement circulaire, notamment en ce qui concerne l'angle maximum de dépointage. Ceci s'explique par le fait que tourner la source sous la lentille permet de mieux illuminer la lentille que pour un déplacement rectiligne.

Les diagrammes de rayonnement sont maintenant présentés gures 3.33(a) et (b) respectivement pour un déplacement rectiligne (X/R) et en rotation (φ).

Il est alors possible de remarquer que le niveau des lobes secondaires remonte avec le dépointage mais reste tout à fait satisfaisant (≤ −12dB).

Comme il a été spécié au début de cette partie sur la capacité de dépointage des ces lentilles, celui ci est dû au fait que la loi n'est pas parfaitement respectée et qu'une zone focale apparaît. Ceci induit donc que pour obtenir un dépointage assez important du faisceau, il faudra choisir un nombre de coquilles limité. Dans le cas contraire, les performances en désaxage de l'antenne lentille s'en trouveraient dégradées.

Comme les résultats l'ont montré, les performances sont très proches lors d'un déplacement rectiligne ou circulaire, donc pour les réalisations expérimentales, il a semblé plus judicieux car plus simple mécaniquement de s'orienter vers un déplace- ment rectiligne de la source par rapport à la lentille.

3.2 Etude des performances des lentilles HMFE et Luneburg en focalisation 109

18 19 20 21 22

translation X/R

0 5 10 15 20 25

translation X/R

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 10 20 30 40

Directivité maximale [dB]

18 19 20 21 22

Directivité maximale [dB] angle de dépointage θ [deg]

0 10 20 30 40

angle de dépointage θ [deg]

rotation Φ [deg]

0 5 10 15 20 25

rotation Φ [deg]

(a) (b)

(c) (d)

Fig. 3.32 Directivité maximale et angle de dépointage pour la translation (a,b) et la rotation (c,d) de la source par rapport à la lentille pour diérentes distances entre le guide d'onde et la lentille : h/R pour la translation et d/R pour la rotation sont égaux à 0,05 (¤), 0,10 (°), 0,15 (4), 0,20 (>) et 0,25 (×).

Fig. 3.33 Diagrammes de rayonnement normalisés dans le cas (a) d'une translation de X/R = 0 ; 0,1, 0,2 ; 0,3 ; 0,4 et 0,5 ainsi que (b) d'une rotation de Φ = 0 ; 5 ; 10 ; 15 ; 20 et 25 degrés.

110 Lentilles à gradient d'indice et sources associées Les résultats de caractérisation en bande W sont maintemant présentés an de valider la capacité en dépointage des antennes lentilles HMFE.

3.2.4.2 Caractérisation de lentilles HMFE en dépointage et en bande W Deux lentilles ont été considérées pour tester le balayage mécanique du faisceau. Une lentille à 3 coquilles de diamètre 6,15λ₀ non optimisée et déjà mesurée au paragraphe précédent, ainsi qu'une lentille à 9 coquilles de diamètre 15λ₀ optimisée et également caractérisée dans l'axe au paragraphe précédent. Les performances de ces lentilles en dépointage sont ici présentées à 77 GHz.

Pour la lentille à 3 coquilles excitée par un guide ouvert WR10, la translation de la source a été faite entre−0,6R et+0,6R, soit entre -7mm et +7mm par rapport à l'axe. Les angles de dépointage calculés et mesurés ainsi que les directivités calculées et les gains mesurés sont présentés gure 3.34. Les angles de dépointage simulés et mesurés sont en très bon accord. Il est possible également de voir apparaître les pertes induites par la lentille en estimant la diérence entre directivité et gain mesuré. Cette diérence de niveau faible prouve donc le bon rendement de pertes de notre antenne lentille en bande W. Les diagrammes de rayonnement mesurés sont maintenant pré- sentés gure 3.35 et ceci poour un déplacement de la source limité à0,4R, permettant ainsi d'avoir une diminution maximale de directivité de 3dB. Un balayage de ±20 du faisceau peut ainsi être obtenu tout en conservant un niveau de lobes secondaires acceptable (−12dB).

Fig. 3.34 Angle de dépointage et directivité calculés (− − −) et angle de dépointage et gain mesurés () en fonction de la translation de la source par rapport à la lentille à 3 coquilles.

3.2 Etude des performances des lentilles HMFE et Luneburg en focalisation 111

Fig. 3.35 Diagrammes de rayonnement normalisés en champ lointain à 77GHz [co-pol () et cross-pol (· · ·)] pour la conguration dans l'axe et 10 congurations désaxées.

0 1 2 3 4 5

27.5 28 28.5 29 29.5 30 30.5 31 31.5

gain mesuré et directivité calculée [dB]

-2 0 2 4 6 8 10 12 14

angle de dépointage θ [deg]

X [mm]

0 0.1 X/R

(a) (b)

0.17

0 1 2 3 4 5 X [mm]

0 0.1 0.17 X/R

translation translation

Fig. 3.36 Inuence de la translation de la source par rapport à la lentille optimisée à 9 coquilles sur (a) la directivité calculée (· · ·), le gain mesuré () et (b) l'angle de dépointage calculé (· · ·) et mesuré () à 77 GHz.

112 Lentilles à gradient d'indice et sources associées

Fig. 3.37 Diagrammes de rayonnement normalisés en champ lointain (co-pol () et cross-pol (· · ·)) à77GHz pour la conguration dans l'axe et 4 congurations désaxées.

Les performances en dépointage sont maintenant présentées pour une antenne lentille plus directive et donc de plus grande taille. La source est toujours un guide ouvert WR10 associé à une lentille à 9 coquilles de diamètre 15λ0. Dans ce cas la source est translatée de 5mm au maximum (contrainte du montage mécanique). Les résultats en directivité, gain mesuré et angles de dépointage simulés et mesurés sont présentés gure 3.36. Le dépointage est en bon accord avec celui simulé et présente une évolution linéaire (2 pour 1mm de translation). Concernant le gain mesuré, il ne décroît pas aussi vite que la directivité simulée ce qui tente à faire penser que le gain mesuré dans l'axe n'était pas le gain maximum possible. Ceci peut être dû à un défaut d'alignement entre source et lentille ou à des imperfections de réalisation de la lentille.

Les diagrammes de rayonnement mesurés sont représentés gure 3.37 pour une transla- tion de 1 à 5mm par pas de 1mm. Ces résultats font apparaître un dépointage possible de±11. Tous ces résultats de l'étude des lentilles HMFE en rayonnement dans l'axe et en dépointage ont fait l'objet de publications dans des revues internationales et de communications dans des congrès internationaux [18], [19], [20], [21].