Brevet FR2466879A1 — publié le 19810410

L'invention concerne une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal et son application aux aériens des radars. Dans certains équipements de détection ou de transmission par ondes électro- magnétiques, il est nécessaire de disposer d'une antenne répondant aux conditions suivantes: - avoir une large bande passante en fréquence, permettre un déplacement du centre de phase en fonction de la fréquence selon une loi linéaire de manière à pouvoir effectuer des mesures d'écartométrie par l'association d'au moins deux antennes similaires, - posséder un encombrement réduit. Des antennes répondant au moins partiellement à ces conditions sont connues dans l'art antérieur, qui propose soit des antennes du type spirale équiangulaire bobinée sur un cône, soit du type log-périodique. Cependant, ces deux types d'antennes, bien que présentant certaines des conditions demandées, ne possèdent pas un rayonnement axial permettant de réaliser une antenne pouvant se loger dans des volumes de faible épaisseur. Pour répondre à cette condition d'encombrement réduit, l'art antérieur a proposé des antennes planes à double spirale embortées; mais ce type d'antenne bien qu'à large bande en fréquence, possède un centre de phase fixe par rapport à la longueur d'onde utilisée. La présente invention vise à définir une antenne plane bifilaire présentant toutes les conditions évoquées précédemment et dont le rayonnement se fait dans une direction transversale. Selon une caractéristique principale, l'antenne plane bifilaire à rayonnement transversal selon l'invention, comporte deux lignes conductrices disposées sur deux plans parallèles symétriquement par rapport au plan médian et présentant chacune N repliements dont l'enveloppe est définie par deux droites formant un angle de valeur 0 parcourus par un courant en phase pour la longueur d'onde utilisée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit de deux exemples non limitatif de réalisation donnée à l'aide des figures qui représentent: - la figure 1, un premier exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention; - la figure 2, l'antenne de la figure 1 vue de face permettant ainsi une meil- leure représentation des différents éléments; - la figure 3, un second exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention vuede face; - la figure 4, une variante de réalisation de l'antenne des figures 1 et 2; les figures 5 et 6, les emplacements d'un élément réflecteur adjoint à l'antenne selon l'invention; - les figures 7 et 8, deux exemples non limitatifs de groupement d'antennes selon l'invention. Une ligne bifilaire dont les conducteurs sont suffisamment rapprochés l'un de l'autre a un rayonnement très faible car les conducteurs étant parcourus par un courant en opposition de phase, leurs rayonnements respectifs s'annulent. Si, par un moyen quelconque, l'un des conducteurs voit sa longueur électrique augmentée par rapport à l'autre, il se crée les conditions d'un rayonnement qui sera maximal à l'endroit o les conducteurs seront parcourus par des courants en phase. Cette méthode est utilisée pour créer le rayonnement de l'antenne objet de l'invention. Les figures 1 et 2 montrent un premier exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention vu en perspective cavalière et de face. Elle comporte une plaque de diélectrique 10 limitée par deux plans P1 et P 2, dont l'épaisseur est faible, et sur laquelle sont fixées de part et d'autre, et respectivement, deux lignes métalliques conductrices 1 et 2, par exemple par gravure selon la technique connue des circuits imprimés; ces lignes présentent N repliements qui sont disposés de façon à être inscrits dans un angle d'ouverture oC. A titre d'exemple non limitatif, la figure 2 montre une géométrie possible des repliements qui ici sont tels qu'ils ne comportent que des angles droits et délimitent de la sorte des éléments de lignes conductrices rectilignes, parallèles et équidistant les uns des autres. Dans cet exemple, l'une des lignes conductrices 2, est rallongée d'une longueur e úpar rapport à l'autre ligne conductrice 1 à chaque repliement. Dans ces conditions, si l'on alimente les deux lignes en opposition de phase au point 0, sommet de l'angle dans lequel les repliements sont inscrits, on obtient à partir de ce point 0 une variation de la phase relative des deux lignes conductrices 1, 2 directement fonction de la distance au point 0 de l'élément de ligne conductrice considéré. Lorsque ce déphasage atteint 1800, les deux conducteurs sont parcourus par des courants électriques en phase, donc en condition de rayonnement maximal. Afin que la direction de rayonnement maximal soit perpendiculaire au plan de l'antenne, c'est-à-dire que le rayonnement soit transversal, il.faut que deux éléments voisins de lignes conductrices, par exemple sur les figures l et 2, comporant les points A et B, soient en phase. Ceci suppose que les deux conditions suivantes sont remplies simultanément pour une longueur d'onde 7\ donnée: - différence de marche de 7\/2 entre les lignes conductrices I et 2 au point médian entre A et B, - longueur moyenne des éléments de lignes conductrices contenant les points A et B égale à ?\/2. La conséquence de ces deux conditions est que, le centre de phase de l'antenne ainsi constituée s'écarte du point d'alimentation 0 de façon proportionnelle à la longueur d'onde. De plus, dans l'exemple décrit sur les figures 1 et 2 les éléments de lignes sont équidistants; de ce fait les accroissements A ", à chaque repliement, de la longueur de la seconde ligne conductrice 2 sont égaux. La valeur de cc n'est pas critique car elle ne détermine, en combinaison avec la distance d entre deux éléments consécutifs d'une même ligne conductrice, que l'intervalle A ?v de longueur d'onde entre les rayonnements maximaux. Ainsi, si Ion désire que l'antenne présente un accord quasi continu il faut que >C et d soient aussi faibles que possible, ce qui bien sur augmente la taille de l'antenne et sa difficulté de réalisation. La valeur donnée à d est de toute façon limitée inférieurement par les phénomènes de couplage entre les éléments de lignes voisins. La fieure 3 montre un second exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention pour laquelle la distance entre deux éléments successifs d'une même ligne conductrice varie proportionnellement à la distance de ces éléments de lignes au point 0 d'alimentation. Cette variante dans la géométrie des repliements, implique que les variations AP? à chaque repliement sont proportionnels à la distance par rapport au point 0 d'alimentation de l'antenne. Ces deux exemples de géométrie par les repliements ne sont pas limitatifs. En particulier, il est concevable que les éléments de lignes délimités par les repliements successifs ne soient pas rectilignes, ni mêmes parallèles les uns par rapport aux autres; de plus la distance entre deux éléments de ligne successifs peut varier selon une loi quelconque prédéterminé, autre qu'une loi linéaire. Quelle que soit la géométrie des repliements choisie, ceux-ci doivent cependant conserver comme enveloppe un angle d'ouverture oC constante. Une valeur préférentielle de cet angle oC est de 90 car elle permet l'association dé quatre antennes identiques sur une plaque diélectrique carrée. Une antenne élémentaire telle qu'ainsi décrite, peut être utilisée pour l'émis- sion et/ou la réception à très largebande en fréquence d'une onde polarisée rectiligne par exemple dans un dispositif de détection électromagnétique. L' association d'au moins deux de ces antennes peut être utilisée comme aérien d'écartométrie; on mesure alors la différence de phase entre les signaux reçus par deux antennes voisines, celles-ci pouvant être alimentées soit en phase, soit en opposition de phase comme cela est montré sur les figures 7 et 8. Des groupements de plusieurs antennes de ce type peuvent se faire de nom- breuses façons différentes. Pour un couple de deux antennes on peut, par exemple, les disposer sur un même plan et symétriquement par rapport à un point ou par rapport à une droite de ce même plan comme cela est montré sur les exemples correspondants aux figures-7 et 8. De façon à obtenir le rayonnement transversal dans un seul sens, un plan Il réfléchissant les ondes électromagnétiques, comme par exemple une plaque métallique, peut être disposée soit parallèlement à cette antenne à une distance voisine de A M /4 o A M est la longueur d'onde moyenne de l'antenne, soit passant par le point 0 et faisant un angle 16 de façon que Itélément de ligne conductrice quelconque soit situé à une distance A/4 du plan réfléchissant, mesurée paral- lèlement à la direction de rayonnement, ou ?\ est la longueur d'onde correspondant à la résonnance de cet élément de ligne. Ces deux- variantes de réalisation sont illustrées par les figures 5 et 6. Il est possible, comme cela est montré à la figure 4, dans une variante de. réalisation, de supprimer la variation A 'de la ligne conductrice 2. Les deux lignes conductrices 1 et 2 étant alors parfaitement symétriques par rapport au plan médian des plans P1 et P2, on fixe sur l'une des deux lignes 2 une plaque diélectrique 12- d'indice et d'épaisseur convenables et la recouvrant totalement ou partiellement de manière à obtenir un effet similaire à l'allongement géométrique d'une des deux -30 lignes conductrices. Dans le cas de l'exemple choisi à la figure 3, la- plaque diélectrique recouvre alors entièrement une face de l'antenne de façon à créer un allongement électrique t ú variant proportionnellement à la longueur de la ligne conductrice. Dans le cas de l'exemple donné à la figure 2 et illustré par la figure 4, o l'accroissement A t est proportionnel à la distance du point 0, la plaque diélectrique n'occupe que deux secteurs angulaires délimités par des angles 0 On a ainsi décrit une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal, et son application aux aériens radars. i., REVENDICATIONS 1. Antenne plane bifilaire à rayonnement transversal, caractérisée en ce qu'elle comporte deux lignes conductrices (1, 2) disposées sur deux plans parallèles (P1 et P2) symétriquement par rapport au plan médian de ces deux plans, et présentant chacune N repliements dont l'enveloppe est définie par deux droites faisant un angle de valeur oc constante prédéterminée, ces deux lignes conductrices (1, 2) ne différant que par une variation A P, de la longueur électrique d'une même ligne conductrice (2) au niveau des repliements de façon que deux éléments de ligne adjacents appartenant aux deux plans et délimités par deux repliements successifs soient parcourus par un courant en phase pour la longueur d'onde utilisée. 2. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accrois- sement A P est réalisé par une augmentation de la longueur d'une des deux lignes conductrices à chaque repliement. 3. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accrois- sement A úest réalisé par la présence d'une plaque en matériau diélectrique (12) recouvrant complètement ou partiellement une face de l'antenne bifilaire. 4. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de lignes conductrices déterminés par les N repliements sont parallèles. 5. Antenne plane bifilaire selon la. revendication 4, caractérisée en ce que les éléments de lignes conductrices déterminés par les N repliements sont rectilignes. 6. Antenne plane bifilaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que d'une part les éléments de lignes conductrices sont équidistants les uns des autres et d'autre part l'accroissement A Lest constant à chaque repliement. 7. Antenne plane bifilaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que la distance entre deux éléments de lignes parallèles consécutifs variant avec l'éloi- gnement du premier de ces éléments de lignes par rapport au point 0 d'alimentation des deux lignes conductrices (1, 2) selon une fonction prédéterminée, l'accrois- sement à Ede la longueur électrique d'une des lignes conductrices (2) varient selon cette même fonction. 8. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée eh ce que les deux lignes conductrices (1, 2) sont fixées de part et d'autre d'une même plaque diélectrique (10). 9. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une surface réfléchissante (11) plane parallèle aux plan de la ligne bifilaire et située à une distance voisine du quart de la longueur d'onde moyenne de l'antenne. 10. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une surface réfléchissante plane, (11) passant par le point O et faisant avec le plan de l'antenne bifilaire un angle 13 de façon à ce que chaque élément de ligne soit distant du plan réfléchissant d'une longueur égale approximativement à la moitié de la longueur du morceau de ligne considéré. Il. Antenne radar, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux antennes planes bifilaires connectées en parallèles ou en série ou alimentées séparemment en phase ou en opposition de phase, selon l'une quelconque des revendications précédentes.