Brevet FR2341956A1 — publié le 19770916

L'invention concerne des antennes à éléments en spirale non symétriques et notamment des intallations d'antennes donnant une structure d'antenne essentiellement indépendante de la fréquence et de la phase, destinée à des installations de guidage et de poursuite à impulsion unique. Les antennes ainsi que les installations d'antennes comportant des éléments en spirale à un seul bras, suivant une spirale logarithmique ou une spirale d'Archimède sont connues dans la technique. Les antennes de ce type travaillent très bien dans une plage de fréquences limitées, caractéristique. Cependant des installations d'antennes comportant des éléments en spirale unique, décrites cidessus, ne travaillent pas dans des plages de fréquences étendues. Le modèle de rayonnement et le gain de telles installations varient notablement en fonction de la fréquence. En outre, ces types d'antennes doivent rayonner contre un plan de base, à cause de leur entrée d'alimentation unique. Cela rend ces antennes et ces installations sensibles aux fréquences. Etant donné les problèmes cidessus liés aux antennes à éléments en spirale à un seul bras, on obtient une faible réponse aux impulsions uniques, si les structures de telles antennes sont utilisées dans des installations de poursuite à impulsion unique. On connaît également des installations à impulsion unique actuelles, comportant une antenne à éléments en spirale à bras multiples travaillant en mode multiple, Bien que les divers éléments distincts de ces types d'antennes permettent une couverture de fréquence en bande large, les modèles de rayonnement et les signaux d'erreur d'axes X et Y, qui résultent, tournent avec la fréquence autour d'un axe perpendiculaire à la spirale. Ainsi, sans circuit complexe pour corriger cette rotation, ces éléments d'antenne ne peuvent fournir la réponse à l'impulsion unique, dans une installation de poursuite à impulsion unique. En outre, le circuit de compensation complexe, nécessaire est non seulement imparfait et onéreux, mais augmente les pertes de l'installation et diminue le gain de l'antenne. Dans une tentative destinée à augmenter la largeur de bande d'antenne à éléments en spirale, on a fabriqué les éléments d'antenne ayant un enroulement décalé, carré ou suivant une spirale d'Archimède ou une spirale logarithmique. Cependant comme chaque élément de spirale, distinct de l'antenne comporte des spirales enroulées de façon décalée, alimentées séparément, il faut que les éléments de spirale enroulés de façon décalée, coopèrent avec un plan de base comme indiqué ci-dessus. Ainsi, même si ces types d'éléments de spirale travaillent dans des plages de fréquences plus étendues que les éléments enroulés sans décalage, ils restent néanmoins sensibles aux fréquences.De plus, comme les éléments à bras unique peuvent travailler dans plusieurs modes de fréquence différents, même peu nombreux, s'ils sont utilisés dans une installation de poursuite à impulsion unique, on arrive à des résultats défavorables. Comme les modèles distincts des divers éléments de l'installation peuvent ne pas avoir une direction unique, cela se traduit par des anomalies dans le modèle de rayonnement, ce qui donne une faible réponse d'impulsion unique. Etant donné la faible réponse de fréquence de ces antennes, on a une erreur de phase qui entraîne des décalages gênants du modèle nul du modèle de rayonnement à impulsion unique provenant de telles installations. I1 est ainsi nécessaire de créer une installation d'antenne à impulsion unique, dont la phase soit indépendante de la fréquence, et qui remédie au problème de l'art antérieur. Ainsi, l'invention concerne une antenne à éléments en spirale qui est essentiellement indépendante de la fréquence. L'invention a également pour but de créer un élément d'antenne en spirale soit en spirale logarithmique, soit en spirale d'Archimède ou toute autre forme ronde, carrée ou en croissant, et qui soit asymétrique autour de l'élément central. L'invention a également pour but de créer une structure d'antenne comportant plusieurs éléments d'antenne en spirale, asymétriques, à bras multiples, utilisables dans une installation de poursuite à impulsion unique. Suivant l'invention, on a une structure d'antenne comprenant des éléments de spirale enroulés de façon décalée, à bras multiples, ronds, rectangulaires, en forme de lunule, ou encore en forme de spirale logarithmique ou de spirale d'Archimède, dont les décalages par rapport au centre, pour la fréquence, donnent un modèle de rayonnement d'antenne essentiellement indépendant de la fréquence. La région active ou séparation du centre de rayonnement, reste électriquement constante en correspondant normalement à une demi-longueur d'onde de la fréquence de travail.Les éléments en spirale à bras multiples, distincts, peuvent être combinés dans une installation d'antenne, avec au moins trois éléments pour une installation d'antenne, avec au moins trois éléments pour une installa tion de recherche de direction et de poursuite à impulsion unique, ayant une précision améliorée, une largeur de bande plus grande et un circuit d'alimentation notablement plus simple. - La figure 1 est une vue en plan d'un mode de réalisation de l'invention d'un élément d'antenne en spirale d'Archimède carrée, à bras multiples, à enroulement décalé. - la figure 2 est une vue en plan illustrant un autre mode de réalisation d'un élément d'antenne en spirale à bras multiples, logarithmique, à enroulement décalé - la figure 3 est une vue en plan illustrant un autre mode de réalisation de l'invention d'un élément d'antenne en spirale d'Archimède à bras multiples à enroulement décalé. - la figure 4 est une vue en plan illustrant un autre mode de réalisation de l'invention d'un élément d'antenne en spirale d'Archimède, à bras multiples en forme de croissant, à enroulement décalé. - la figure 5 est une vue en plan illustrant une installation à quatre éléments de spirale d'Archimède à bras multiples, rectangulaires, à enroulement décalé selon la figure 1. - la figure 6 est un graphique illustrant la séparation de centre de phase d'un élément d'antenne à spirale asymétrique, logarithmique d'un mode de réalisation de l'invention en fonction de la fréquence. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERENTIELS DE L'INVENTION La figure 1 représente un élément de spirale à bras multiples 10 comportant des spirales 12 et 14 asymétriques ou à enroulement rectangulaire décalé, correspondant à une spirale d'Archimède. Les éléments d'antenne à spirale d'Archimède sont connus ; il est clair que l'élément de forme carrée à bras multiples 10 peut être placé sur une feuille diélectrique (non représentée) en utilisant les techniques de dépôt ou de pbotocorrosion connues. Les extrémités intérieures 16 et 18 de l'élément en spirale respective 12 et 14, comportent l'élément central de l'élément en spirale à bras multiples 10. Chaque élément de spirale 12, 14 a une asymétrie dans sa géométrie autour de l'élément central suivant la diagonale 20. Le nombre de spires formant les éléments en spirale 12 et 14 est déterminé par la fréquence de la bande supérieure à laquelle l'antenne doit fonctionner et qui supporte le rayonnement en fonction des équations de réalisation d'antenne. L'écartement général entre les éléments en spirale 12 et 14 est également déterminé par les équations connues. Les extrémités intérieures 16 et 18 des éléments de spirale respectifs 12 et 14 sont destinées à être alimentées par un circuit d'alimentation équilibré de façon que les signaux appliqués soient déphasés de 1800 l'un par rapport à l'autre. L'avantage de l'utilisation d'éléments d'antenne en spirale à bras multiples à enroulement décalé, est que l'on peut utiliser un circuit d'alimentation équilibré de façon que la structure de la figure 1 ne néc6rs- site pas de plan de base pour son fonctionnement. La suppression du plan de base ne détermine pas la sensibilité en fréquence de l'élément d'antenne 10 à cause de la distance entre les divers éléments de spirale et d'un plan de base.Ainsi, le mode de réalisation de la figure 1 peut travailler dans des bandes de plus grande largeur que les structures d'éléments d'antenne unique ou à alimentation unique. Le rayonnement de l'antenne de l'élément de spirale à bras multiples 10 se produit à la fréquence pour laquelle la périphérie des spires des éléments de spirale 12, 14 correspond à une longueur d'onde en même temps que les polarités des deux signaux appliqués aux extrémités intérieures 16 et 18 confident. On obtient une pureté de mode qui ne peut s'obtenir par des structures d'antenne à élément de spirale unique, introduisant par ailleurs des anomalies dans le modèle de rayonnement de l'antenne. Lors du fonctionnement de l'élément en spirale à bras multiples 10 selon la figure 1, la partie de l'élément de spirale 12, 14 qui rayonne, est la partie dont la périphérie correspond à une longueur d'onde. La région centrale des spires des éléments de spirale 12, 14 qui a une périphérie d'une longueur d'onde, est définie comme le rayonnement ou la face centrale de l'élément de spirale pour la fréquence particulière d'émission de l'antenne. L'asymétrie autour de l'élément central entraîne ainsi le déplacement du centre de phase dans un plan d'un élément de spirale à bras multiples suivant la diagonale 20 de la façon décrite. Lorsque la fréquence de fonctionnement diminue, le centre de phase se déplace vers l'extérieur le long du plan mentionné. Bien que le centre de phase varie suivant l'asymétrie de l'élément de spirale, la région active (modèle de rayonnement) reste électriquement constante en dimension, lorsque la périphérie des spires coïncide avec la lon gueur d'onde de la fréquence de fonctionnement. C'est pourquoi, le modèle de rayonnement reste essentiellement indépendant de la fréquence. Aux figures 2 à 4, on a représenté des variantes de modes de réalisation de l'invention travaillant sensiblement de la même façon que l'élément de spirale d'Archimède rectangulaire, asymétrique 10, décrit ci-dessus. Dans cet ordre : l'élément d'antenne 20 est un élément en spirale logarithmique à bras multiples ; l'élément 22 est un élément de spirale d'Archimède à bras multiples l'élément 24 est un élément de spirale d'Archimède en forme de croissant, à bras multiples. Tous-les éléments d'antenne ci-dessus ont une asymétrie dans leur géométrie autour des éléments centraux de façon que l'antenne soit essentiellement indépendante de la fréquence. La figure 5 représente une installation d'antenne 26 à quatre éléments comprenant l'élément en spirale rectangulaire à bras multiples, asymétrique, selon la figure 1.Les éléments de spirale 28, 30, 32, 34 sont décalés de façon que le centre de phase respectif soit décalé en diagonale vers l'extérieur à partir du centre de l'installation. L'installation d'antenne 26 peut être adaptée à la poutsuite à impulsion unique par addition d'un circuit de somme et d'un circuit de différence, adéquate, de façon à dériver des canaux de différence et de somme pour donner des informations de recherche de direction et de poursuite. L'avantage de l'installation d'antenne 26 par rapport aux installations connues utilisées pour la poursuite à impulsion unique est que l'on peut arriver à un modèle directionnel par addition du rayonnement des divers éléments à spitales multiples, ce qui donne une plus grande précision que les moyens connus et une largeur de bande plus grande. De plus, on peut utiliser un circuit d'alimentation notablement plus simple, puisqu'il n'est pas nécessaire d'avoir un circuit de compensation de rotation. Ainsi, on arrive des gains plus importants, en réduisant la puissance et la largeur du faisceau.En outre, il est à remarquer que n'importe lequel des éléments de spirale à bras multiples, distincts, ci-dessus, peut être prévu dans une installation d'antenne de la même manière que le montre la figure 5, cette installation ayant alors les mêmes avantages que ci-dessus. Selon la figure 6, on a représenté la séparation de centre de phase, mesurée, par rapport aux caractéristiques de fréquence d'un élément d'antenne en spirale asymétrique logarithmique d'un mode de réalisation de l'invention, fabriqué en utilisant les techniques décrites La courbe 36 représente la performance réellement mesurée de l'antenne. Les courbes 38 et 40 représentent les caractéristiques théoriques respectives d'antenne en spirale asymétrique et non asymétrique. Bien que cela ne soit pas représenté, il est à remarquer que chacun des éléments d'antenne en spirale des figures 1 à 4 pourrait être modifié de façon qu'au niveau des centres des éléments, les spires soient symétriques. Les spires extérieures peuvent être rendues asymétriques autour des éléments centraux. En réglant le degré d'asymétrie des spires, on peut réduire les erreurs de poursuite créées par le modèle. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes-et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10) Antenne destinée à fonctionner dans une plage de fréquences prédéterminées, caractérisée par : des éléments de spirale à bras multiples (10, 22, 24), chaque élément de spirale distinct ayant un nombre choisi de spires, cet élément de spirale distinct se terminant à une extrémité interne qui forme l'élément central de l'antenne, les spires se développent vers l'extérieur de façon prédéterminée, l'écartement étant comprimé d'un côté de l'élément central pour donner une asymétrie dans la géométrie de façon que le centre de phase de l'antenne varie dans l'espace suivant l'axe formé par cette structure asymétrique pour créer un modèle de rayonnement d'antenne essentiellement indépendant de la fréquence. 20) Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de spirale, distincts (10) ont une structure rectangulaire. 30) Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rayon des spires successives des éléments en spirale, distincts (22), augmente linéairement avec l'angle de rotation. 40) Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de spirale, distincts (24) ont une forme de croissant. 50) Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rayon des spires successives des éléments de spirale distincts (20) augmente exponentiellement avec l'angle de rotation. 60) Installation à antennes caractérisée par un ensemble d'antennes selon la revendication 1. 70) Installation d'antennes destinée à fonctionner dans une bande prédéterminée de fréquences caractérisée par un ensemble d'éléments de spirale à bras multiples (10, 20, 22, 24) ayant chacun un ensemble d'éléments de spirale à bras multiples comprenant au moins une paire de bras de spirale distincts et chacun des bras de spirale distincts ayant un nombre choisi de spires comprenant des spires intérieures et des spires extérieures qui tournent vers l'extérieur suivant une direction prédéterminée, la spire intérieure d'au moins une paire de bras de spirale distincts se terminant à une extrémité interne formant l'élément central de chaque ensemble d'éléments en spirale à bras multiples, l'espace de chaque élément de spirale d'au moins une paire de bras de spirale distincts étant comprié d'un côté de l'élément central pour former un enroulement non symétrique d'éléments en spirale à bras multiples. 80) Installation d'antennes selon la revendication 7, caractérisée parce que les spires successives d'au moins une paire de bras en spirale distincts ont une forme rectangulaire. 90) Installation d'antennes selon la revendication 8, caractérisée en ce que le rayon des spires successives d'au moins une paire de bras de spirale distincts augmente linéairement avec leur angle de rotation. 100) Installation d'antennes selon la revendication 8, caractérisée en ce que le rayon des spires successives de chacune des paires de bras en spirale distincts, augmente exponentiellement avec l'angle de rotation-. 110) Installation d'antennes selon la revendication 8, caractérisée parce que les spires successives d'au moins une paire de bras de spirale distincts ont une structure circulaire.