Brevet FR2112039A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne une structure perfecticnée d'aériens à angle d'ouverture variable Le désir d'utiliser un équipement radar en vue des différents tyres de fonctionnements né- cessités par la navigation et même la surveillance a conduit les utilisateurs à rechercher des types d'antennes dont le diagramme de rayonnement puisse entre modifié, tout en maintenant le rendement constant. On recherche une structure d'antenne qui puisse simultané- nent assuerer une surveillance (diagramme d'antenne trés aivert) et, une fois la cible trouvée, assurer la pou5rsuite (diagramme de raxon nement très sélectif).Il est bien entendu que e résultat peut être facilement atteint an utilisant deux aériens différents successivement connectés au dispisitif radar. Cette solution ne peut être euvisagée dans le cas de matériel aéroporté ou simplement mobile r-a suite de l'encombrement résultant de l'utilisation de deux aériens du point de vue économique cette solution n1est pas satisfaisante non plus. On a donc envisagé de résoudre ne problème à l'aide d'une antenne unique. L'une des solutions proposées consiste à modifier le dia- gramme de rayonnement de l'antenne par déformation mécanique de l'é lément réflecteur. Cette solution a donné lieu à des réalisations ui ne permettent pas toujours d'assurer la garantie de fiabilité c sirée. L'objet de la présente invention est essentiellement une oins tenne à uverture variable entiérement électronique. En d'autres termes, les diagrammes de rayonnement das antennes selon la présent invention sont modifiables par une commande électronique.Elles prê sentent par rapport à la solution mécanique rappelée ci-dessus, neu eulement une fiabilité accrue, mais encore des avantages tent du point de vue poids et encombrement que consommation en énergie se vitesse de réponse. Selon les caractéristiques essentielles de l'in vention, une antenne du type cierge, est munie d'un revêtement, ::u moins partiel, de matériau ferro-magnétique associé à des bobi nages. La modification du diagramme de rayonnement de l'antenne cier ge est obtenueen modifiant le courant du circuit d'aimantation du e- vêtement ferro-magnétique.Ce revêtement peut, suivant les utilisa tions envisagées, recouvrir la totaslité de la surface de l'antenne ou une partie seulement, et dans ce das de préférence la partie de l'antenne voisine du point d'excitation0 Selon une variante, il est prévu de réaliser ce revêtement en enfilant des anneaux de ferrite successivement l'un à côté de l'autre sur la structure diélectrique constituant l'antenne cierge Belon une variante de l'inven- tion, chaque anneau en matériau ferro-magnétique est associé à son circuit d' aimantation propre et les courants envoyés dans ces circuits sont différents0 L'invention sera bien comprise en se reportant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent et dans lesquels:: les figures 1 et 2 sont des représentation schématiques d'antennes selon la présente invention la figure 3 représente la variation de l'angle d'ouverture d'une antenne en fonction de la longueur du revêtement ferro-magnétique (sans courant) la figure 4 représente, en l'absence de courant, la variation du gain en fonction de la longueur du revêtement ferro-magne- tique la figure 5 représente la variation de l'angle d'ouverture de la même antenne revetue partiellement de ferrite en fonction du courant dàimantation la figure 6 représente la variation du gain du méme aérien en fonction du courant d'aimantation; la figure 7 représente, en fonction du courant, la variation de l'angle d'ouverture d'une deuxième variante de réalisation. On a représente d'une façon schématique sur la figure 1, une structure diélectrique tronc-conique , constituant ce que l'on a coutume d'appeler, une antenne cierge ; on trouvera une explication détaillée du fonctionnement de ce type d'antenne dans l'ouvrage "Les Antennes" de J. Thourel > page 188 de l'édition datée 1956 chez punod. Ainsi qu'il est bien couru, l'excitation de la structure rayonnante est assurée par le couplage schématisé par la boucle 2, avec un générateur d'énergie électro-magnétiqueO la base de l'an- tenne est montée dans une structure métallique 3. Conformément à l'invention, il est prévu d'associer à cette structure rayonnante diélectzrique, un revêtement, au moins partiel, de matérieau ferro-magnétique associé à un dispisitif d'aimantation. Sur la figure 1, on a appelé d la longueur de l'antenne pourvue d'un revetement en matériau ferro-magnétique, la longueur totale de l'antenne étant L. Le revêtement se présente sous la forme de deux anneaux 4 et 5 associés chacun à un enroulement d'aimantation 4' et 5'. Il est bien entendu que lton pourrait réaliser le revêtement de longueur d à l'aide d'une seule pièce en matériau ferro-magnétique entourant la base de la structure diélectrique 1. On peut aussi envisager un revêtement de la surface désirée de la structure diélectrique 1 à l'aide du matériau ferro-magnétique par tout procédé connu en soi (pulvérisation cathodique, dépôt par sédimentation, etc...), le mode de réalisation des conducteurs d'aimantation étant adapté dans chaque cas. Le schéma de la figure 2 représente une même structure d'antenne cierge munie d'un revêtement de matériau ferro-magnétique sur la totalité de sa longueur 1. Comme précédemment, ce revêtement est constitué par un empilage d'anneaux 4, 5, 6, ... 10 associés chacun à une bobine d'aimantation. Les diagrammes des figures 3, 4, 5 et 6 permettent de mettre en évidence l'influence du rev8tement ferro-magnétique sur le comportement de la structure rayonnante. Ils caractérisent tous la m'eme structure constituée par une antenne cierge fonctionnant en bande X associée à un tore de matériau ferromagnétique réalisé en ferrite du type 63 07,fabriqué par la Demande ressetprésentant une épaisseur de 5 mm.La composition de ce ferrite correspond à la formule 40 Fe203,9 MnO,46 MgO,5(TiO2 NiO) qui fait L'objet de la 1ère Addition nO 86.409 au brevet français nO 1.354.232 déposée le 24 juillet 1964 par la Demanderesse pour "Matériaux ferromagnétiques et procédés pour leur fabrication". le diagramme de la figure 3 montre l'influence sur l'angle d'ouverture aérien de la longueur d d'antenne revêtue de matériau ferro-magnétique. Pour simplifier le diagramme, on a pris comme me d sure de la longueur d , la valeur rationalisée T; qui peut donc varier entre O (absence de matériau ferro-magnétique) et 1 (antenne entièrement revêtue). En l'absence de tout courant d'aimantation du matériau ferro-magnétique, on note un élargissement considérable du diagramme de rayonnement lorsque la fraction d'antenne revêtue augmente. L'antenne cierge nue présente un angle d'ouverture à 3 décibels d'environ 300, lorsque le quart de l'antenne est muni d'un revêtement en matériau électro-magnétique, l'angle d#ouverture est de 1600.La croisance de l'angle d'ouverture est extrêmement rapide, puis ralentit gour un revêtement de la moitié de la longueur de l'antenne, l'angle d'ourerture est de 1850 et passe à 2000 lorsque l'antenne est entièrement recouverte de matériau magnétique. Simultanéments la courbez de la figure 4 représente dans les mêmes conditions, la variation du gain en fonction de la fraction d'antenne recouverteO Le gain de l'antenne cierge est d'envi- ron 15 dB, il diminue très rapidement pour tomber à 4 dB lorsque le quart de la longueur de l'antenne est revêtue, la diminution se ralentit considérablement pour passer de la valeur 3 dB pour un revetement de la moitié de la longueur et 2 dB pour un revêtement complet de l'antennes Il est de pratique courante d'associer le rende ment d'une antenne au produit Gnum # #1 # #2 lorsque les angles d'ou verture e1 et #2, mesurés dans deux plans perpendiculaires, restent faibles et GnUm est la valeur du gain (valeur numérique alors que les échelles des courbes sont les valeurs relatives du gain en dB par rapport au gain d'un dipôle). Dans le cas d'une antenne à symé-. trie axiale comme l'antenne cierge e1 = 02. En calculant les valeurs du produit GnUm e2 à partir des données des courbes des figures 3 et 4, on obtient les résultats suivants d/l Gnum # 1 6,35 # 104 0,5 6,8 # 104 0,25 6,8 # 104 0 3. 104 On voit que la loi empirique qui lie le rendement de l'antenne au produit Gnum # montre que ce rendement est sensiblement constant jusqu'à # = 50 .Il est bien connu que cette formule n'est applicable que pour des ouvertures Saiblest Le calcul plus précis utilisant la formule faisant intervenir l'angle solide intéressé par le rayonnement conduit à une meilleure précision et,appliquée à l'exemple de réalisation ci-dessus, montre que le rendement de l'aérien ainsi constitué est pratiquement constant. La courbe de la figure 5 représente les variations de l'angle d'ouverture pour une antenne cierge dont la base est entourée d'un tore du meme ferrite que précédemment sur 20 % de sa hauteur en fonction de la perméabilité dudit ferritebmesuréepar le courant circulant dans une bobine de 12 spires montée directement sur le tore. Ainsi qu'il apparat une variation de l'angle d'ouverture entre 1500 et 500 peut Qtre obtenue. L'augmentation du courant se traduit par une diminution de ltangle d'ouverture. La courbe de la figure 6 représente,pour la méme antenne, la variation du gain en fonction du courant alimentant la bobine. On peut encore vérifier que le rendement de l'antenne est indépendant de la valeur de ce courant. L'épaisseur du revêtement est de 1 cm. L'exemple ci-dessus concerne une antenne fonctionnant à une fréquence voisine de 10 GHz. La courbe de la figure 7 est loe- ouivalent de la courbe de la figure 5 dans le cas d'une antenne cierge fonctionnant au voisinage de 6 GHz recouverte dtun seul morceau de ferrite sur 30 fio de sa hauteur totale. Le ferrite utilisé dans cette réalisation est un grenat Fe - Y - Gd - li. L'épaisseur du revttement est de 1,6 cm. BEVENDICBTIONS I Structure d'antenne à angle d'ouverture variable sous l'ac- tion d'un champ magnétique de commande, constituée par une structure diélectrique du type cierge entouréed'un matériau ferro-magnétique à perméabilité variables 2. Structure d'antenne selon revendication 1 dans laquelle le revêtement de matériau ferro-magnétique recouvre la base excitée de la structure diélectrique et s 'détend sur une fraction de la longueur totale. 30 Structure d'antenne selon revendication 1 dans laquelle le revêtement de matériau ferro-magnétique recouvre la totalité de la structure diélectrique. 4. Structure d'antenne selon revendication 1 dans laquelle le champ magnétique est établi par un enroulement bobiné autour du re vetement ferro-magnétique. 5. Structure d'antenne selon revendication 1 dans laquelle l'épaisseur du matériau ferro-magnétique est d'environ 1 cm, fonctionnant vers 10 GHz. 6. Structure d' antenne selon revendication 1 dans laquelle le revêtement est assuré en enfilant plusieurs tores autour de la structure diélectrique, chaque tore étant associé à un circuit d1aimanta- tion propre.