Brevet FR2508714A1 — publié le 19821231

Antenne à micro-ondes. La présente invention concerne une antenne à micro-ondes ayant un élément à micro-ondes constitué par une zone plane électriquement conductrice. Les antennes à micro-ondes conventionnelles sont de deux types: une antenne en forme de pavillon ou une antenne plane réalisée à l'aide d'éléments imprimés Les antennes en pavillon sont relativement grandes et lourdes mais ont un rendement intéressant, c'est-à-dire que la pro- portion d'énergie de micro-ondes transmise par rapport à celle réfléchie par l'arrière de l'antenne est élevée sur une grande gamme de fréquences. Les antennes planes ont un bon rendement sur une gamme de fréquences relativement étroite, la proportion d'énergie réfléchie augmentant ra- pidement pour les fréquences voisines de la fréquence idéale Les antennes planes présentent l'avantage d'être compactes, légères, de fabrication facile et peu coûteuse. La présente invention se propose de réaliser une antenne du type à élé- ment plan, qui a un bon rendement sur une grande gamme de fréquences. L'antenne à micro-ondes selon l'invention est caractérisée en ce que cet élément comprend une région électriquement non conductrice locali- sée dans la zone électriquement conductrice, qui définit une fente par laquelle l'énergie des micro-ondes est propagée ou est reçue pour rert- forcer l'énergie propagée ou reçue par la zone électriquement conductri- ce. L'élément peut être alimenté en énergie de micro-ondes au niveau de la fente. t - Selon un autre aspect de la présente invention, l'antenne à micro-ondes est caractérisée en ce que l'élément comporte une zone électriquement non conductrice, localisée dans la zone qui définit une fente par laquelle l'énergie des micro-ondes est transmise à, ou est reçue par la zone électriquement conductrice L'énergie de micro-ondes peut être transmise à ou reçue par la fente, par contact électrique avec l'élément à la périphérie de la fente, ou capacitivement depuis le bas de la fente L'antenne peut comporter -2- une série d'éléments à micro-ondes et dans ce cas, l'énergie de micro- ondes peut être transmise à un premier élément, l'énergie de micro-ondes du premier élément peut être transférée aux autres éléments par une autre desdites fentes. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel La figure 1 représente schématiquement un système d'altimètre à radar pour avion, La figure 2 représente la surface antérieure d'une antenne selon l'invention, La figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 et, La figure 4 représente la face arrière d'une partie d'une autre forme de réalisation d'une antenne selon l'invention. En référence à la figure 1, le système d'altimètre à radar pour avion comporte une antenne émettrice 1 et une seconde antenne réceptrice 2 identique à la précédente,boulonnées à la base du fuselage 3 de l'avion. Une unité émettrice/réceptrice 4 montée sur une avion émet des microondes le long de la ligne 5 vers l'antenne émettrice l,et reçoit selon la li- gne 6 des signaux transmis par l'autre antenne 2 en fonction de l'éner- gie de micro-ondes réfléchie par le dispositif récepteur et provenant du sol situé sous l'avion En mesurant d'une manière usuelle l'inter- valle de temps entre les signaux transmis et les signaux reçus, l'unité 4 peut calculer la hauteur de l'avion au-dessus du sol et transmettre des signaux appropriés à un indicateur d'altitude 7 logé dans la cabine de l'avion. Les unités émettrice et réceptrice 1 et 2 seront décrites plus en dé- tail ci-dessous en référence aux figures 2 et 3 Les unités 1 et 2 comportent chacune une plaque dorsale rigide 10 en aluminium, de forme sensiblement rectangulaire avec des anglesarrondis La plaque 38 10 a approximativement 145 mm de long et 75 mm de large, et compor- -3 te des trous fraisés 11 pour permettre le montage de l'ensemble La plaque à environ 5 mm d'épaisseur à ses extrémités, et sa partie centrale est découpée sur l'une des surfaces pour former un évide- ment central 12 ayant environ 90 mm de long d'épaisseur réduite. L'évidement central 12 reçoit la plaque d'antenne 20,dont la surface antérieure 21 est à fleur avec les surfaces des tronçons d'extrémités de la plaque 10. La plaque 20 de l'antenne est de préférence une plaque en fibres de verre chargée de Teflon ou tout matériau laminé strié approprié, et por- te sur sa surface antérieure 21 une grille d'antenne plane 22 constituée par une couche de cuivre Cette grille 22 est divisée en trois éléments 23, 24 et 25 séparés les uns des autres par deux fentes longitudinales 26 et 27,qui s'étendent en travers de la grille 22 en laissant subsister entre les éléments des pistes conductrices latérales 28 Chacun des éléments 23, 24 et 25 est de forme rectangulaire et comporte deux pistes conductrices 30 et 31, 32 et 33, et 34 et 35 qui sont séparées l'une de l'autre respectivement par les fentes 36, 37 et 38 Les fentes 36 à 38 s'étendent latéralement par rapport à chaque élément 23,24 et 25, c'est-à-dire longitudinalement sur la grille 22, en laissant subsister de petites pistes conductrices 39 aux deux extrémités des fentes, assu- rant le raccordement respectif des pistes 30 à 35 de chaque élément. La grille d'antenne 22 est localisée approximativement au centre de la plaque 20 et a une longueur d'environ 80 mm et une largeur d'environ mm Chacun des trois éléments 23 à 25 a approximativement 25 mm de large, les fentes latérales 36 à 38 ayant environ 5 mm de large. La surface arrière 40 de la plaque 20 est entièrement couverte par une couche de cuivre 41 La plaque 20 est pourvue d'une petite ouverture centrale 42 qui est alignée avec le bord de l'une des pistes 32 de l'élément central 24, adjacent à la fente 37 L'ouverture 42 de la plaque 20 est alignée avec une ouverture plus large 50 ménagée dans la plaque dorsale 10, à travers laquelle s'étend l'extrémité du câble 43 Le conducteur central 44 du câble traverse l'ouverture 42 de la plaque,et est soudé à la piste conductrice 32 Le câble 43 est fixé 37 à la face arrière de la plaque 10 au moyen d'un connecteur. -4- La grille d'antenne 20 peut avantageusement être réalisée au moyen d'une plaque recouverte sur ses deux faces par une couche de cuivre. Le cuivre est retiré (par exemple par photo-érosion ou abrasion) dans les régions qui doivent être non conductrices, de façon à ce que l'on obtienne une grille 22 à la surface antérieure 21, Une couche protectrice ou carter d'antenne de radar 52 en matière synthétique, est appliquée sur la surface antérieure 21 du dispositif 1 pour protéger les régions cuivrées de la corosion. Un signal de 4 300 Miz est appliqué au travers du câble 43 à l'extré- mité de la fente centrale 37 La fente 37 alimente les pistes 32 et 33 de chaque côté, ces pistes propageant la radiation de manière conven- tionnelle et cette propogation étant renforcée par la propagation provenant-directement de la fente L'alimentation au travers de la fente 37 peut accroître le rendement de l'antenne, en permettant d'ob- tenir une proportion plus importante entre la puissance transmise et la puissance réfléchie sur une grande gamme de fréquences La propagation obtenue directement par la fente 37 augmente également les caractéristi. ques de l'antenne. Les fentes longitudinales 26 et 27 de chaque côté de l'élément central 24 servent à alimenter les autres éléments 23 et 25,qui en fait propa- gent l'énergie à la fois par leuispistes conductrices 30 et 31, 34 et 35, et par les fentes latérales 36 et 38 On notera que les élé- ments latéraux 23 et 24 peuvent être omiset que des éléments additionnels pourraient être couplés sur la grille par l'utilisation de fentes simi- laires. -30 Au lieu d'alimenter la fente 37 par un contact électrique direct autour de sa périphérie, on pourrait utiliser un couplage capacitif Dans cet agencement,la surface arrière 40 de la plaque 20 est modifiée comme le montre la figure 4, en retirant le cuivre de la région centrale 45 pour réaliser une zone non conductrice 46 à l'intérieur de laquelle on laisse subsister un îlot conducteur rectangulaire 47 La zone rectan- gulaire 46 s'étend latéralement par rapport à la plaque 20 et à une 37 longueur d'environ 15 mm L'îlot conducteur 47 est disposé de manière -5- à couper la fente 37 de l'élément central 24 formé sur la surface arrière 27 de la plaque 20 On réalise la connexion à l'îlot 47 par un câble similaire au câble mentionné précédemment, le signal trans- mis à l'îlot conducteur 47 alimentant capacitivement la fente 37. Par le couplage capacitif de la grille d'antenne 22 depuis la face arrière 40 de la plaque 20,-on supprime la connexion électrique directe au travers de la plaque Ceci permet à la surface antérieure de la plaque d'être lisse et ininterrompue par une connexion élec- trique,et supprime les problèmes d'étanchéité des ouvertures ména- gées au travers de la plaque. La forme et les dimensions des éléments d'antenne sont imposées par la nature des radiations que l'on souhaite propager, et ne sont pas nécessairement limitéesà celles décrites ci-dessus On peut imaginer des élémentspassifs ayant la forme de bandes ou de fentes qui pour- raient être ajoutés à la grille 22 pour constituer des radiateurs secon- daires dans le but de modifier l'aspect des radiations ou de perfection- ner les caractéristiques électriques de l'antenne. Pour contrôler la répartition de la puissance entre les éléments 23,24 et 25, des fentes 60 peuvent être ménagées dans les éldments 32 et 33 comme indiqué en traitsinterrompussur la figure 2 L'antenne réceptrice 24 2 est identique à l'antenne de transmission 1 décrite ci-dessus. -6- Revendications 1 Antenne à micro-ondes ayant un élément à micro-ondes constitué par une zone plane électriquement conductrice, caractérisée en ce que cet élé- ment ( 23,24,25) comprend une région électriquement non conductrice ( 36, 37,38) localisée dans la zone électriquement conductrice ( 22), qui définit une fente par laquelle l'énergie des micro -ondes est propagée ou est reçue pour renforcer l'énergie propagée ou reçue par la zone électriquement conductrice. 2 Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément ( 24) est alimenté en énergie de micro-ondes par la fente ( 37). 3 Antenne à micro-ondes ayant un élément à-micro-ondes constitué par une zone plane électriquement conductrice, caractérisée en ce que l'é- lément ( 23,24,25) comporte une zone électriquement non conductrice ( 36, 37,38) localisée dans la zone ( 22), qui définit une fente par laquelle l'énergie des micro -ondes est transmise à ou reçue par la zone électriquement conductrice. 4 Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractéri- sée en ce que l'énergie des micro -ondes est transmise ou reçue par la fente ( 371 par le contact électrique avec l'élément ( 24) à la périphérie de la fente. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l'énergie des micro -ondes est transmise à ou reçue par la fente ( 32) capacitivement depuis le dessous de la fente. 6 Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que l'élément à micro -ondes ( 23,24,25) comporte deux chemins conducteurs ( 30 et 31, 32 et 33, 34 et 35) séparés par une fente ( 36,37,38), et en ce que ces chemins ont sensiblement les mêmes dimen- sions. 7 Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes carac- térisée en ce que l'élément à micro-ondes ( 23,24,25) est de forme rectan- 38 gulaire,et en ce que la fente ( 36,37,38) s'étend latéralement par rap- -7- port à cet élément. 8 Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisée en ce qu'elle comporte une série d'éléments à micro-ondes ( 23,24,25). 9 Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'énergie des micro -ondes est transmise à un premier élément ( 24),et en ce que l'énergie des micro -ondes dudit premier élément est transmise aux autres éléments ( 23,25) par une ou les deux fentes 26,27. Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que les élé- ments à micro-ondes ( 23,24,25) sont de forme rectangulaire, et en ce que les autres fentes ( 26,27) par lesquelles l'énergie des micros-ondes est transmise auxdits éléments, s'étendent longitudinalement entre ces éléments. t