On retrouve plusieurs systèmes de types quasi-optiques. On peut en citer quelques-un comme les réflecteurs hybrides [9], la lentille de Ruze [10], celle de Luneberg [11], celle de R-KR [12], etc. Toutefois, les types quasi-optiques les plus connus demeurent la lentille de Bootlace [13] et celle de Rotman [14] que nous allons présenter dans cette section et qui sont à la base des BFNs.
2.3.1 Lentille de Bootlace
Inventée en 1956 par H. Gent [13], la lentille de Bootlace est composée des ports d’alimentation d’un côté et d’une lentille de l’autre côté. Il existe une zone de transmission homogène d’ondes planaires entre les deux ports. La Figure 2.3 nous montre le système de la lentille de Bootlace. Le principe de fonctionnement de ce type de lentille est le suivant : l’énergie est assignée par le déphasage des lignes de transmission ajustant ainsi ses paramètres de balayage et par la suite elle est re-rayonnée à l’avant de la face des lentilles.
Figure 2.3 - Schéma d’une lentille de Bootlace à base de guide parallèle [13].
2.3.2 Lentille de Rotman
Un autre BFN à faisceaux multiples commun est connu sous le nom de lentille de Rotman. Ce BFN a ce nom grâce à une mise en œuvre très populaire de telles lentilles développées avec la technologie planaire micro-ruban, par Rotman en 1963 [14].
Principe de fonctionnement :
Avec l’addition d’un réseau d’alimentation fixe pour les ports du faisceau, la lentille de Rotman BFN est dérivée de la modification de la lentille de Bootlace et basée sur les principes de l'optique géométrique. Le mode de fonctionnement d'une lentille de Rotman fait que les ports d'entrée ou de sortie, selon que l'on est en émission ou en réception, alimentent l'intérieur d'une cavité plate dont la périphérie est convenablement définie. L'excitation d'un port d'entrée produit une distribution d'amplitude approximativement uniforme et une déclivité de phase linéaire (gradient de phase constant) aux ports de sortie. La contrainte de longueur de chemins égaux jusqu'au front de l’onde réelle assure que la direction des faisceaux émis reste invariable avec la fréquence. La lentille est donc un véritable dispositif à retard de temps.
La forme de la cavité, aussi bien que les positions et la taille des ports, déterminent le niveau des ondulations de distribution. Le succès, en fait, d'une conception d'une lentille de Rotman est de minimiser ce niveau d'ondulation sur une large bande de fréquences. La taille des ports est généralement inférieure à une demi-longueur d'onde correspondant à la plus haute fréquence d'utilisation, afin de ne pas exciter les modes d'ordre supérieur et, par conséquent, de ne pas augmenter les pertes d'insertion.
Description :
La première lentille de Rotman est apparue au début des années soixante comme le montre la Figure 2.4, et sa géométrie est basée sur les équations générales de Gent pour la génération du contour intérieur C1 [13]. Le modèle expérimental utilisait alors un guide d’onde à plaques parallèles avec les ports d’entrées et les ports du réseau d’antennes distribués à la périphérie des contours opposés. Le schéma d'une lentille Rotman à deux dimensions est
illustré dans la Figure 2.5 [15]. Cette lentille, dont la hauteur entre les deux plaques est inférieure à λ/2 (λ : longeur d’onde) afin de stimuler uniquement un mode de propagation TEM, possède trois foyers situés sur l’arc focal circulaire d’entrée de la lentille dont deux (F1, F2) sont de part et d’autre de son axe de symétrie et définis par l’angle α, le troisième G siégeant sur l’axe lui-même. Ces trois points produisent un gradient de phase parfait sur le réseau. En d’autres mots, les autres ports d’entrées subissent des petites aberrations de phase (perte du gradient de phase).
Figure 2.4 - Première lentille de Rotman [7].
Front d’onde
Sortie de la lentille sur le contour C1
Sources en réseau Entrées de
la lentille
Figure 2. 1 :
Paramètre de la lentille Rotman en technologie micro-onde [8]Figure 2.5 - Paramètre de la lentille Rotman en technologie micro-onde [15].
Avantages et Inconvénients :
La lentille de Rotman présente beaucoup d’avantages car elle offre une certaine liberté de conception avec de nombreux paramètres à ajuster. Elle bénéficie de l’obtention d’une quantité appréciable de faisceaux et elle dispose surtout d’un système stable en fréquence. Bien qu’elle soit intéressante du point de vue de la stabilité en fréquence, elle engrange néanmoins beaucoup d’inconvénients:
§ le nombre important de paramètres à régler peut poser des complications au niveau de la conception;
§ la difficulté à maîtriser le couplage entre chaque port d’entrée;
§ l’inexistence des faisceaux orthogonaux ;
§ le manque de précision du choix de la direction du faisceau;
§ la taille du système qui est assez importante;
§ et enfin, la bande passante très étroite.
D’ailleurs, ce dernier aspect a suscité de nombreuses analyses et adaptations au cours du temps [16]-[17] et une comparaison des différentes performances a été précisée [18]. L’expérimentation en technologie micro-ruban et tri-plaque [19]-[20] a été réalisée. Ses avantages majeurs sont la réduction de la taille de la lentille avec un substrat diélectrique fort et une simplification du procédé de réalisation par gravure. Cependant, deux facteurs significatifs réduisent les performances d’une lentille imprimée par rapport à celles d’une lentille en guide d’ondes : l’absorption des ondes électromagnétiques sur les parois latérales et la disposition des ports d’entrée de la lentille.
Deux des types des répartiteurs de faisceaux de type quasi-optique, la lentille de Bootlace et celle de Rotman ont été traité. Nous allons passer maintenant aux formateurs de faisceaux de types circuits : la matrice de Blass, la matrice de Nolen et la matrice de Butler.