Brevet FR2399138A1 — publié le 19790223

La présente invention concerne une antenne formée par un réseau résonnant à ondes stationnaires à rayonnement unidirectionnel dont les éléments rayonnants sont des doublets symétriques en forme de plaques. Dans les antennes classiques, les réseaux utilisent, comme sources rayonnantes, des cornets, des doublets classiques, des fentes réalisées sur une face large ou étroite d'un guide d'onde, etc. Un objet de la présente invention consiste à prévoir la fabrication de réseaux à partir de sources rayonnantes réalisées pratiquement intégralement en circuit imprimé, qui, par rapport aux sources rayonnants classiques, sont d'un prix de revient sensiblement plus faible et permettent d'atteindre une meilleure précision. En effet, la photogravure très précise des circuits imprimés s'exécute avec des tolérances que 1 ton peut atteindre avec un usinage traditionnel. On a déjà proposé d'utiliser la technique des circuits imprimés pour fabriquer des antennes plaques. A ce sujet, on pourra notamment se référer au livre technique intitulé "Antennes à large bande" par G. Dubost et S. Zisler, édite par Masson en 1976 et, en particulier, aux pages 120 à 130 de cet ouvrage consacrées aux antennes plaques. A titre de référence, on peut également citer l'article technique intitulé "!ricrostrip Antennas" par J. Q. Howell, paru dans la revue américaine TEEE Transactions on Antennas and Propagations, de janvier 1975, pages 90 à 93. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un réseau de doublets symétriques en forme de plaques, les doublets étant alignés les uns à coté des autres-, les doublets étant alimentés en phase, chaque doublet étant constitué par deux demi-doublets plaques alimentés en opposition de phase. Il est connu que, dans un tel réseau, il faut, pour assurer un compromis entre un gain satisfaisant et des niveaux de lobes secondaires relativement faibles, assurer une distribution convenable des courants dans les éléments rayonnants. Un objet de la présente invention consiste -encore à prévoir un réseau de doublets symétriques en plaques dans lequel on assure la distribution non uniforme des courants dans les éIéments rayonnants. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un tel réseau, dans lequel les plaques des demi-doublets ont des largeurs et des longueurs qui varient en fonction de leurs distances respectives au centre de symétrie du réseau, les doublets fonctionnant à la première fréquence d'antirésonance. Suivant une autre caractéristique, il est prévu un réseau formé d'un premier alignement de demi-doublets en plaques formés sur une face d'une plaque isolante, les bases des demi-doublets du premier alignement étant reliées en parallèle à un premier conducteur imprimé d'une ligne de distribution bifilaire et d'un second alignement de demi-doublets en plaques formés symétriquement sur l'autre face de la plaque isolante, les bases des demi-doublets du second alignement étant reliées en parallèle au second conducteur imprimé de ladite ligne de distribution bifilaire, les premier et second conducteurs imprimés étant disposés face à face, leurs milieux géométriques, entre les deux doublets centraux, étant respectivement reliés aux extrémités de deux tronçons conducteurs imprimés respectivement sur les deux faces de la plaque isolante, l'un en face de l'autre, et constituant une ligne d'alimentation bifilaire, les autres extrémités desdits tronçons étant respectivement reliées à l'âme et au conducteur extérieur d'un câble coaxial fendu passant à travers la plaque isolante. Suivant une autre caractéristique, la longueur desdits tronçons est égale à trois quarts de longueur d'onde pour adapter l'impédance d'entrée du réseau. Les caractéristiques de la présente invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparattront plus clairement à la lecture-de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en perspective éclatée de l'avant dune antenne à réseau de doublets plaques, suivant l'invention, la Fig. 2 est une en perspective, également éclatée, de l'arrière de l'antenne de la Fig. t, la Fig. 3 est une vue plus détaillée, en élévation, d'une moitié d'un alignement de demi-doublets en plaques de l'antenne des Figs. 1 et 2, la Fig. 4 est une vue analogue de l'autre alignement, et la Fig. 5 est une vue en perspective, avec arraché partiel, du dispositif d'alimentation des deux alignements. En se référant simultanément aux Figs. 1 et 2, il apparatt que antenne, suivant l'invention, se compose d'un circuit imprimé 1 portant, sur une face, un alignement 2 de demi-doublets en plaques 3.1 à 3.26, les demi-doublets portant une référence numérique impaire étant à droite du centre de l'antenne et ceux qui portent une référence numérique paire étant symétriquement à gauche, et sur l'autre face, un alignement 4 de demi-doublets en plaques 5.1 à 5.26 disposés d'une manière analogue aux demi-doublets 3.1 à 3.26. L'antenne comporte encore un réflecteur 6 et un radôme de protection 7. Le réflecteur 6 est constitué par une plaque métallique bonne conductrice. Le circuit imprimé 1 est porté par la plaque 6 au moyen de courtes entretoises en matériau isolant 8. Le radôme 7 se fixe également sur les bords de la plaque 6. La Fig. 3 montre la moitié de l'alignement 2 comprenant les demi-doublets impairs 3.1 à 3.25. les bases des demi-doublets sont alimentés par un conducteur imprimé 9 d'une ligne bifilaire. La Fig. 4 montre la moitié de l'alignement 4 comprenant les demi-doublets 5.1 à 5.25 dont les bases sont alimentées par l'autre conducteur imprimé 10 de la ligne bifilaire. La longueur électrique, le long de chaque conducteur 9 ou 10 de la ligne, comprise entre deux demi-doublets adjacents est égale à 3600 de manière que tous les doublets rayonnent en phase. Donc, la longueur mécanique entre deux doublets adjacents est égale à Ad représentant la longueur d'onde à la fréquence de fonctionnement le long des conducteurs 9 et 10 séparés par le diélectrique du circuit imprimé.A titre d'exemple, avec du verre téflon de 0,8 mm d'épaisseur qui convient bien du point de vue mécanique pour réaliser le circuit imprimé et dont la constante diélectrique relative fr est de 2,6, le rapport entre la vitesse de propagation théorique dans la ligne et la vitesse de propagation dans le vide est égal à 0,68. Donc la distance entre deux doublets rayonnants adjacents est de 0,68 0, où Ao est la longueur d'onde dans le vide à la fréquence de fonctionnement. Les Figs. 3 et 4 montrent également comment les conducteurs 9 et 10 de la ligne bifilaire sont alimentés, en leurs centres, c'est à dire entre les doublets 3.1-5.1 et 3.2-5.2 au milieu du segment défini par ces derniers, au moyen d'une ligne bifilaire symétrique constituée par deux tronçons de conducteurs imprimés 11 et 12, 11 étant relié à 9 et 12 à 10. Les tronçons Il et 12 sont tous deux tournés dans le même sens que les demi-doublets de l'alignement 4.L'extrémité inférieure du tronçon 17 est reliée au conducteur central 13 d'une ligne coaxiale dont le conducteur extérieur 14 est fendu sur une certaine distance, comme le montre la fente 15, passe à travers la carte du circuit imprimé 1, et est réuni à l'extrémité inférieure du tronçon 12 par un bout de fil 16 qui, de nouveau à travers la carte 1, réunit le bord avant du conducteur extérieur 14 à 120 Ainsi, on réalise le passage symétrique-assymétrique entre la ligne coaxiale 13-14 et la ligne bifilaire 11-12. La liane coaxiale est orientée Perpendiculairement au plan de la carte du circuit imprimé 1 et passe à travers le réflecteur 6 pour être couplée à un tronçon de guide d'onde rectangulaire 17 alimentant un détecteur, non montré, quand l'antenne est utilisée en réception, ou alimentée par un oscillateur, non montré, quand l'antenne est utilisée à l'émission. Ce montage permet notamment l'utilisation de l'antenne dans la bande X. Pour chaque doublet 3.n-5.n, on rappelle qu'une antenne plaque isolée disposée perpendiculairement à un plan conducteur présente une impédance de rayonnement dont l'allure en fonction de la fréquence est semblable à celle d'un doublet cylindrique classique, comme cela est indiqué à la page 123 du livre technique "Antennes à large bande", déjà mentionné plus haut. A la première fréquence d'antirésonance, la conductance d'entrée est fonction de la largeur de la plaque alors que pour la première fréquence de résonance elle est pratiquement constante et égale à 1/37 mhos. Cette propriété se conserve lorsque le doublet en plaque est disposé parallèlement à un plan réflecteur à une distance égale à M4 On utilise cette propriété pour assurer la distribution convenable des courants dans les doublets de l'antenne afin d'obtenir un bon diagramme de rayonnement. Dans l'antenne décrite, on a choisi le rapport des amplitudes entre le courant dans les doublets centraux 3.1-5.1 et 3.2-5.2, d'une -part, et le courant dans les doublets extrêmes 3.25-5.25 et 3.26-5.26, d'autre part, égal pratiquement à 5. 11 en résulte pour les doublets les dimensions en mm indiquées cidessous, pour une fréquence centrale de fonctionnement à 9,9 GHz:: doublets doublets largeur longueur du 1/2 doublet impairs pairs 3.1 - 5.1 3.2 - 5.2 3,500 6,75 3.3 - 5.3 3.4- - 5.4 3,450 6,80 3.5 - 5.5 3.6 - 5.6 3,380 6,90 3.7 - 5.7 3.8 - 5.8 3,280 7,07 3.9 - 5.9 3.10 - 5.10 3,100 7,35 3.11 - 5.11 3.12 - 5.12 2,9oye 7,60 3.13 - 5.13 3.14 - 5.14 2,600 8,10 3.15 - 5.15 3.16 - 5.16 2,400 8,50 3.17 - 5.17 3.18 - 5.18 1,900 8,90 3.19 - 5.19 3.20 - 5.20 1,500 9,70 3.21 - 5.21 3.22 - 5.22 0,500 10,60 3.23 - 5.23 3.24 - 5.24 0,500 10,60 3.25 - 5.25 3.26 - 5.26 0.500 10,60 Bien entendu, une fois déterminée, la largeur de chaque doublet en fonction du courant désiré, la longueur de chaque demi-doublet s'endéduit en imposant que les premières fréquences d'antirésonances sont toutes égales à la fréquence de fonctionnement du réseau. Il faut encore noter qu'au delà des doublets extrêmes, les- conducteurs 9 et 10 ont chacun une longueur égale à une demi-longueur d'onde, soit 0,34 0. Il faut aussi noter qu'au centre de l'antenne, entre les conducteurs 9 et 10 on voit une impédance de rayonnement du réseau faible, de l'ordre de quelques ohms. C'est pourquoi, on donne de préférence aux tronçons 71 et 12 une longueur égale à 4 Ads ce qui permet à la fois de s'écarter du réseau pour le branchement 4 de la ligne coaxiale 13-14 et d'adapter l'impédance d'entrée (à 50 ohms par exemple) que l'on a prévu sur la ligne formé par des tronçons Il et 12 une capacité en parallele, formée de deux plaques 18 et 19, qui permet d'adapter l'admittance d'entrée de l'antenne à celle de la ligne coaxiale, c'est à dire à 50 ohms. La longueur de tronçons il et 12 est de 15,40 mm et sa largeur de 3 mm.La largeur des conducteurs de la ligne bifilaire 9-10 est de 1,20 mm. Le radome 7 est compensé par la fréquence de 9,9 GHz et fabriqué en verre polyester ayant une constante diélectrique relative ar v 4, a une épaisseur de 7,5 mm. Avec une telle antenne, équipée du radôme, on a obtenu les résultats suivants: - ouverture entre directions à 3 dB du lobe principal, dans le plan H, 40 dans le plan E, 640 - niveau des lobes secondaires dans le plan H, inférieur à 15,5 dB - niveau de composante croisée dans le plan E, inférieur à 22 dB, - niveau de composante croisée dans le plan H, inférieur à 20 dB, - rapport d'ondes stationnaires de l'impédance d'entrée rapportée & 50 ohms inférieur à 1,15 à la fréquence de 9,9 GHz, - rapport d'ondes stationnaires inférieur à 2 dans une bande passante de 500 MHz, et - gain maximal isotrope linéaire, 17,4 dB (et 18 dB sans radôme). REVENDIGÇTIONS 1) Antenne formée par un réseau résonnant à ondes stationnaires à rayonnement unidirectionnel dont les éléments rayonnants sont des doublets symétriques en forme de plaques, caractérisé en ce que les plaques des demi-doublets ont des largeurs et des longueurs qui varient en fonction de leurs distances respectives au centre de symétrie du réseau, les doublets fonctionnant à la première fréquence d'antirésonance. 2) Antenne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau est formé d'un premier alignement de demi-doublets en plaques formés sur une face d'une plaque isolante, les bases des demi-doublets du premier alignement étant reliées en parallèle à un premier conducteur imprimé d'une ligne de distribution bifilaire et d'un second alignement de demi-doublets en plaques formés symétriquement sur 1 1autre face de la plaque isolante, les bases des demi-doublets du second alignement étant reliées en parallèle au second conducteur imprimé de ladite ligne de distribution bifilaire, les premier et second conducteurs imprimés étant disposés face à face, leurs milieux géomètriques entre les deux doublets centraux, étant respectivement reliés aux extrémités de deux -tronçons conducteurs imprimés respectivement sur les deux faces de la plaque isolante, l'un en face de l'autre, et constituant une ligne d'alimentation bifilaire, les autres extrémités desdits tronçons étant respectivement reliées à l'âme et au conducteur extérieur d'un cible coaxial fendu passant à travers la plaque isolante pour réaliser un passage symétrique-dissymétrique. 3) Antenne suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur desdits tronçons est égale à trois quarts de longueur d'onde pour adapter l'impédance d'entrée du réseau.