Brevet FR2420855A1 — publié le 19791019

L'invention concerne les systèmes d'antennes verticales à dipôles alignés, en particulier ceux d'entre eux qui sont commandés électroniquement. Ce type d 'antenne, fonctionnant à fréquence fixe, est capable de produire un diagramme de rayonnement tournant qui peut être utilisé dans les radars et notamment dans les systèmes TACAN. Habituellement, dans les systèmes d'antennes à rotation mécanique chaque antenne comporte un élément rayonnant central qui est un dipôle alimenté en énergie à frequence F et autour duquel tourne un ou plusieurs groupes de dipôles parasites de longueur voisine de X X entant la longueur d'onde correspondant à F. 2' À étant la longueur En tournant,chaque groupe de dipôles parasites produit un champ electrique modulé en une fréquence (15 Hz ou 135 Hz en système TACAN) qui dépend de la distance au centre. Le diagramme de rayonnement vertical d'une telle antenne n'est pratiquement pas affecté par la présence des dipôles parasites. Bien qu'elles soient de conception simple les antennes tournant mécaniquement sont encombrantes, lourdes et consomment desquantites d'energie relativement importantes. En outre, lorsque la vitesse de balayage est assez grande la rotation mécanique devient difficile à mettre en oeuvre. C'est pourquoi, on réalise des antennes commandées électronîquement. Classiquement, les antennes commandées électroniquement comportent un monopôle rayonnant alimenté en énergie hyperfréquence et des~ anneaux coacentriques de monopôles À parasites de longueur voisine de- ces monopoles étant normaux à- un plan de masse conducteur de forme circulaire et axe sur l'élément rayonnant. Les éléments parasites comportent à leur base un élément de blocage, tel qu'une diode de type PINd branché au plan de masse, ce qui permet de faire passer l'élément a volonté de l'état passif (lorsque la diode est bloquée) a-l'état parasite (lorsque la diode est conductrice). On voit que si, séquentiellement1 on fait conduire i'une après l'autre les diodes de chaque élément parasite, on se retrouve dans le cas d'une antenne mécanique, mais dans laquelle le parasite tournerait non pas à la vitesse uniforme, mais par sauts. Cette rotation électronique est réalisée par une logique de commutation reliée aux diodes par des fils de commande. Si le plan de masse était parfaitement conducteur et de dimensions infinies, le principe des images électriques montre que le diagramme de rayonnement au-dessus du plan de masse serait identique à celui que produit un ensemble sans plan de masse d'un élément rayonnant et d'éléments parasites disposés de la même façon mais de longueur double. En pratique, le plan de masse étant de dimensions'finies il existe un-rayonnement parasite dû en particulier à la diffraction du bord du plateau. A cause de cette diffraction, on peut difficilement réduire le rayonnement sous le plan d'horizon et d'autre part la pente à l'horizon reste relativement faible du fait de la source unique d'émission. C'est pourquoi, un système d'antennes à dipôles alignés est indispensable si 1 'on veut obtenir un diagramme à forte pente à l'horizon, une énergie réduite sous l'horizon et si l'on veut diminuer l'angle du site correspondant au maximun du diagramme de rayonnement tout en augmentant le gain absolu du système. Aussi a-t-on imaginé un système d'antennes sans plan de masse et à dipôles rayonnants alignés, commandé électroniquement. Dans un premier temps, on a envisagé des antennes comportant des couronnes de dipôles parasites constitués par deux éléments de longueur 4 réunis entre eux par une diode PIN. La commutation convenable de ces diodes assure le bon fonctionnement de l'antenne. Mais, le gros problème d'un tel ensemble est que suivant l'emplacement vertical des couronnes le diagramme vertical est modifié profondément. La déformation du diagramme de rayonnement par une couronne d'éléments parasites, même de longueur réduite à 1 est inacceptable. L'invention porte donc essentiellement sur l'amélioration structurelle des éléments parasites. Selon une caractéristique de l'invention, chaque dipôle parasite d'une longueur voisine de À est constitué par une chaîne de tronçons métalliques de longueur infé 2 rieure ou égales à 1X, ces tronçons étant réunis par des éléments de blocage tels que des diodes de type PIN, toutes orientées dans le même sens. Dans ces conditions, lorsque les diodes ne conduisent pas, les dipôles parasites sont quasi-transparents aux ondes hyperfréquences et le diagramme de rayonnement n'est pratiquement pas affecté par leur présence. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaltront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels - la figure I représente le schéma d'un élément parasite selon l'invention - la figure 2 représente le schéma d'une couronne d'éléments parasites tels que celui représenté à la figure 1 ; - la figure 3 représente, schématiquement, un système d'antennes à dipôles alignés utilisable en système TACAN, chaque antenne comportant deux couronnes du type représenté à la figure 2. A la figure 1, on a schématise un élément parasite de longueur L, voisine de la moitié de la longueur d'onde X du rayonnement électromagnétique. Cet élément est constitué par des brins métalliques tels que les brins 3 de longueur ,inferieure ou égale à1O À Ces brins sont réunis par des éléments permet- a-10 tant le blocage ; dans le cas figuré, ces éléments de blocage sont des diodes de type PIN telles que la diode 4, toutes orientées dans le meme sens. La valeur de e est choisie de façon à optimiser le nombre d'éléments de blocage. D'autre part, chaque dipôle parasite comporte deux selfs de choc 2 et 2', une à chaque extrémité. Ces selfs permettent d'avoir un circuit ouvert dt point de vue hyperfréquence, à l'extrémité du dipôle. L'une des extrémités 1 est reliée au fil d'alimentation, l'autre 1' est reliée à la logique de commutation de l'antenne par l'intermédiaire d'un fil de commande. La figure 2 représente schématiquement une couronne de modulation axée sur un élément rayonnant 5 et constituée de dipôles parasites du type decrit à la figure 1. Les éléments constituant cette couronne sont tous identiques et en particulier, ils ont tous la même longueur L. Cette longueur L peut varier en fonction du rayon de de la couronne, tout en restant voisine de- Le fil d'alimentation 6 des dipôles parasites, constituant la couronne, est disposé en spirale autour de l'élément rayonnant et forme un cercle à la partie supérieure de la couronne ; les extrémités 1 des dipôles parasites sont reliées à ce cercle. Grâce à cette disposition, le fil 6 est perpendiculaire au champ électrique et ne modifie pas le diagramme de rayonnement. Chaque extrémité 1' des dipôles parasites est reliée à un fil de commande7, connecté à la logique de commutation qui permet de faire tourner électroniquement le diagramme de rayonnement, de la façon exposée plus haut. Cette logique de commutation comporte, classiquement, un registre à décalage à S étages (S -étant le nombre de dipôles parasites de la couronne) commandé par une horloge. La fréquence de l'horloge est égale a S T désignant la durée d'une T rotation de 3600 du diagramme de rayonnement. La figure 3 représente, schématiquement, un système de trois antennes à dipôles 8, 9, 10 alignés, utilisable en système TACAN. Ces trois antennes étant identiques, on se contente de décrire l'antenne axée sur le dipôle 8. Cette antenne comporte un élément rayonnant central 8, qui est un dipôle alimenté en énergie hyperfréquence, et deux couronnes de modulation 11 et 12, chacune de ces couronnes étant du type décrit à la figure 2. La couronne 11 realise la modulation en 15 Hz-et la couronne 12 celle en 135 Hz. L'ensemble des éléments rayonnants est alimenté en énergie hyperfréquece par un emetteur E. Les torons 13 et 14 sont constitués par les fils d'alimentation et de commande électronique des dipôles parasites qui forment les couronnes. Ces torons doivent être placés avec soin afin de ne pas rayonner à leur tour et affecter le diagramme de rayonnement ; c'est pourquoi ils sont placés en spirale autour des éléments rayonnants. Ces torons sont connectés à la commande C du système. Cette commande comprend l'alimentation et la logique de commutation qui permet au système de tourner electroniquement. Selon le principe illustré à la figure 3, on peut réaliser un système d'antennes large bande (plus ou moins 25Z en système TACAN),en prévoyant, pour chaque antenne, plusieurs couronnes concentriques voisines pour une même modulation et en activant une seule d'entre elles. Un exemple d'une telle réalisation consiste à prévoir pour chaque antenne deux couronnes concentriques voisines pour la modulation en 15 Hz et trois couronnes pour la modulation en 135 Hz. En fonctionnement, la logique de commutation n'activera qu'unie seule couronne pour la modulation en 15 Hz et une seule couronne pour la modulation en 135 Hz. Dans cette réalisation, on adapte la longueur des brins parasites en fonction de leur distance au centre : la longueur L du brin parasite diminue quand le rayon de la couronne auquel il appartient diminue. Les systèmes d'antennes décrits ci-dessus permettent d'obtenir des résultats proches des meilleurs résultats obtenus avec des antennes mécaniques. En outre, cette solution à l'avantage de permettre une réduction de lténergie sous l'horizon et un accroissement de la pente à l'horizon par rapport aux antennes à plan de masse, co andees électroniquement. Enfin, un système d'antennes large bande peut être réalisé par un choix judicieux de couronnes concentriques, dont une seule couronne active pour chaque modulation. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système d'antennes verticales à dipôles alignés, commandé electroniquement, dont chaque antenne comporte un élément rayonnant central alimenté en énergie à fréquence F, des couronnes de modulation constituées de dipôles parasites parallèles a l'élément rayonnant et une logique de commutation couplée aux couronnes de modulation par des fils de commande et d'alimentation, caractérisé en ce que chaque dipôle parasite d'une longueur voisine de la moitié de la longueur d'onde A, correspond à F, est constitué par une chaîne de tronçons métalliques de longueur inférieure ou égale au dixième de A, ces tronçons étant-réunis par des éléments permettant le blocage. 2. Système d'antennes verticales à dipôles alignés, commandé électroniquement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de blocage des dipôles parasites sont des diodes de type PIN, toutes orientées dans le même sens. 3. Système d'antennes verticales à dipôles alignés, commandé électroniquement, selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque dipôle parasite comporte deux selfs de choc, une à chaque extrémité. 4. Système d'antennes verticales à dipôles alignés, commandé électroniquement, selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les torons, regroupant les fils de commande et d'alimentation, sont placés en spirale autour des éléments rayonnants. 5. Système d'antennes verticales à dipôles alignés, commandé électroniquement selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que plusieurs couronnes concentriques voisines sont affectées à une meme modulation et qu'unie seule d'entre elles est activée lors du fonctionnement du système. 6. Système d 'antennes verticales à dipôles alignés, commandé electroniquement, selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments parasites d'une même couronne ont tous la même longueur et en ce que cette longueur varie avec le rayon de la couronne.