Brevet FR2497001A1 — publié le 19820625

La présente invention concerne des antennes radioélectriques et plus précisément des antennes à fentes. Elle concerne notamment mais non exclusivement des antennes à fentes qui peuvent être montées à la partie supérieure du fuselage d'un aéronef afin qu'elles reçoivent les signaux radioélectriques des satellites de navigation. Le système "Navstar" est un système de localisation globale qui nécessite une antenne apte à recevoir des signaux provenant simultanément d'au moins quatre satellites "Navstar". Les directions d'arrivée sur l'antenne qui est portée par exemple par un aéronef, peuvent être quelconques dans un hémisphère disposé au-dessus de l'antenne, et elles dépendent de l'orientation de l'aéronef, des satellites choisis pour la réception et de l'heure de la journée. Un diagramme avantageux de rayonnement pour une telle antenne est de type hémisphérique et polarisé circulairement. Une antenne connue qui peut être utilisée pour la réception des signaux des satellites "Navstar" est décrite dans l'article "Conformal Microstrip Antennae and Microstrip Phased Arrays", de R.E. Munson, IEEE Trans. AP-22 N01, p. 74-78 (janvier 1974). Dans un mode de réalisation, l'antenne connue comporte une plaque conductrice circulaire séparée d'un plan de masse par une feuille diélectrique. Cette antenne, surtout lorsqu'on l'utilise sur un aéronef, présente un gain peu important lorsqu'elle reçoit des signaux provenant de satellites d'une faible hauteur. L'invention concerne une antenne radioélectrique comprenant un résonateur à disques à microbandes plates, comprenant des disques conducteurs supérieur et inférieur distants, un dispositif de connexion d'alimentation raccordé au disque supérieur, et un dispositif de support du résonateur au-dessus d'un plan de masse, les disques se trouvant dans des plans parallèles au plan de masse, le disque inférieur étant à une distance de ce plan de masse qui est comprise entre 0,25 et 0,1 fois la longueur d'onde A. Le dispositif de support est de préférence réalisé de manière qu'il porte le résonateur à disques de sorte que le disque inférieur se trouve à 0,1G i au-dessus du plan de masse. Le résonateur à disques à microbandes plates peut être de construction stratifiée et comprend un disque diélectrique solide auquel sont fixés les disques supérieur et inférieur, et le dispositif de support peut être fixé à la face inférieure du disque conducteur inférieur. L'antenne peut en outre comporter des lignes reliées au dispositif de connexion d'alimentation, ces lignes passant par un ou plusieurs trous formés dans le disque conducteur inférieur et en étant isolées. Le dispositif de support peut comprendre un montant ayant une configuration qui n'introduit qu'une faible traînée aérodynamique et il peut comprendre un dispositif permettant la fixation du montant sur le plan de masse qui peut être une enveloppe conductrice externe de l'aéronef. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un résonateur à disques à microbandg conductrices plates de type connu la figure 2 représente un autre résonateur connu à disques à microbandes oenductrices, ayant une alimentation coplanaire par des microbandes plates conductrices la figure 3 est une vue en plan d'une antenne radioélectrique selon l'invention ; la figure 4 est une élévation en coupe partielle suivant la ligne X-X de l'antenne de la figure 3 la figure 5 est un graphique qui représente les diagrammes de rayonnement de l'antenne de la figure 3 et d'une autre antenne dans un plan vertical ; la figure 6 est une coupe d'un autre mode de réalisation d'antenne selon l'invention ; et la figure 7 est une perspective de l'antenne de la figure 6. La figure 1 représente une antenne connue à microbande conductrice plate, comprenant un disque métallique 1 séparé d'un conducteur 3 formant un plan de masse par une feuille diélectrique 2 formée de polytétrafluoréthylène. Des lignes électriques 4 et 5 d'alimentation d'un coupleur hybride à 90" (non représenté) passent à travers la feuille diélectrique 2 et sont soudées à la face inférieure du disque. Celui-ci a un diamètre A/3, X étant la longueur d'onde du rayonnement émis. Une fente annulaire formée entre le disque 1 et une partie du conducteur 3, au-dessous de la périphérie du disque, émet un rayonnement polarisé circulairement lorsqu'un courant est transmis aux lignes 4 et 5 d'alimentation, Le gain de l'antenne est le plus élevé vers le haut et le long de l'axe du disque. Lorsqu'elle est montée sur un plan de masse de dimension importante par rapport à la longueur d'onde du rayonnement émis, le diagramme d'émission, dans le plan vertical, est représenté par la courbe A de la figure 5.La polarisation est linéaire dans le plan de masse car le champ électrique, au niveau de la surface conductrice, est très atténué. Le gain de l'antenne, à 100 de hauteur (voir figure 5) est inférieur d'environ 13 dB au gain le long de l'axe du disque. Ainsi, une telle antenne ayant un disque monté sur un conducteur formant un plan de masse faisant partie de l'enveloppe du fuselage de l'aéronef, bien qu'ayant une faible traînée souhaitable, possède un gain réduit pour les faibles hauteurs. La figure 2 représente une autre antenne connue à microbandes plates conductrices, comportant un disque métallique 6 séparé d'un conducteur 13 formant un plan de masse par un diélectrique comme dans le mode de réalisation de la figure 1. L'antenne est alimentée par un coupleur 9 à 3 dB ayant une ligne de dérivation à microbandes conductrices plates,par l'intermédiaire de lignes 7, 8 d!accord. Le coupleur 9 a des bornes d'alimentation 11, 12. Les figures 3 et 4 représentent une antenne expérimentale selon l'invention. Cette antenne comporte un disque 18 de cuivre qui est alimenté électriquement en-des points qui se trouvent sur des axes orthogonaux, par des lignes 19 et 20 d'alimentation et un coupleur hybride à 900 à 3 dB. Un second disque 28 de cuivre qui est coaxial au disque 18 et a le même diamètre, est séparé de ce disque par une feuille 21 de polyrétrafluoréthylène. Les lignes 19, 20 d'alimentation passent par des trous formés dans le second disque 28 et sont isolées par rapport à ce second disque. Les disques 18, 28 et la feuille 21 forment une structure stratifiée-qui est supportée par un tube 26 formé d'une matière isolante de l'électricité.Le tube 26 peut coulisser de façon réglable dans un organe annulaire 22 de montage fixé à la face inférieure d'un conducteur 27 formant un plan de masse ayant une forme générale de disque, ayant une partie supérieure séparée de a face inférieure du disque 28 d'une distance d mesurée verticalement. On constate que lorsque cette distance d est égale à 0,î6 A, le diagramme de rayonnement obtenu est celui de la courbe B de la figure 5. Une quantité importante d'énergie est rayonnée au-dessous du plan du disque 18 lorsque celui-ci a un petit plan local de masse. Les champs émis vers le bas sont en opposition de phase par rapport à ceux qui sont émis vers le haut.Si la position du tube 26 est réglée de manière que le disque 28 soit au contact du plan de masse puis soit soulevé progressivement avec augmentation de la distance d jusqu'à 0,25 X, on note que le gain de rayonnement vers le haut, suivant l'axe du disque, diminue mais que le gain aux faibles hauteurs augmente. Pour une hauteur de 100 et une distance d = 0,16 A, on obtient un gain de 4 dB par rapport au gain obtenu pour d = 0. L'optimisation du diagramme de rayonnement, obtenue de cette manière, est réalisée avec des points fixes d'alimentation le long de diamètres orthogonaux du disque 18. On peut obtenir une optimisation meilleure par variation de la position des points d'alimentation. La feuille de polytétrafluoréthylène 21 a une épaisseur de 1,59 mm et une largeur de bande,pour un rapport d'amplitudes de 2/1 et pour chacune des alimentations 19, 20, de 1,3 %, la bande étant centrée à 1575 MHz. Lorsque l'épaisseur de la feuille 21 de polytétrafluoréthylène est portée à 3,18 mm, on peut obtenir une meilleure réception des signaux du système "Navstar" dans la bande de fréquences L1. Les figures 6 et 7 représentent une autre antenne selon l'invention, ayant une forme prévue pour un montage sur un fuselage d'aéronef ou une autre partie d'une structure d'un aéronef. L'antenne comprend un disque circulaire 29 d'aluminium qui est alimenté électriquement par un coupleur hybride à 900 de 3 dB (non représenté) par l'intermédiaire de fils 33, 34. Un second disque 31 d'aluminium est séparé du disque 29 par un disque 30 de polytétrafluoréthylène ayant une épaisseur de 3,18 mm, les disques étant collés l'un à l'autre sous forme d'un stratifié qui est supporté par un organe de matière plastique armée de fibres de verre, ayant une ailette verticale 32 et une base 36 en forme de bride. La base 36 est maintenue en place sur une partie supérieure d'un fuselage 37 d'aéronef formé d'un alliage d'aluminium, l'ailette étant alignée sur la direction prévue de l'air sur cette partie du fuselage afin que la structure présente une faible traînée. Les fils 33, 34 passent dans une cavité formée dans l'ailette 32 et dans une virole 35 de matière plastique placée dans un trou du fuselage 37. La distance comprise entre le disque 31 et le fuselage 37 est telle que d = 0,16 X (voir figure 6). REVENDICATIONS 1. Antenne radioélectrique, caractérisée en ce qu'elle comprend un résonateur à disques à microbandes conductrices plates,comprenant des disques conducteurs supérieur et inférieur distants 18, 28, un dispositif de connexion d'alimentation relié au disque supérieur (18), et un dispositif (26) de support de résonateur au-dessus d'un plan de masse (27), les disques étant placés dans des plans parallèles au plan de masse, le disque inférieur (28) étant à une distance du plan de masse (27) qui est comprise entre 0,25 et 0,1 X. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de support (26) est destiné à supporter le résonateur de manière que le disque inférieur (28) se trouve au-dessus du plan de masse (27) à une distance égale à 0,16 A. 3. Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le résonateur à disques à microbandes plates a une construction stratifiée et comprend un disque diélectrique solide (21) auquel les disques supérieur et inférieur (18, 28) sont fixés. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif de support (26) est fixé à la face inférieure du disque conducteur inférieur (28). 5. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des lignes (19, 20) reliées au dispositif de connexion d'alimentation, les lignes passant par un ou plusieurs trous formés dans le disque conducteur inférieur (28) et étant isolées par rapport aux trous. 6. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de support (32, 36) comprend un montant (32) ayant une configuration introduisant une faible traînée aérodynamique. 7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que le montant (32) est fixé au plan de masse (37) qui est une partie conductrice de l'enveloppe d'un aéronef.