Brevet FR2604564A1 — publié le 19880401

1. La présente invention concerne une antenne com- portant un guide d'ondes à ruban, pour ondes à polarisa- tion circulaire. Une antenne à guide d'ondes à ruban comprend un élément diélectrique, un élément conducteur monté. sur l'élément diélectrique, et un élément conducteur de masse monté sur la surface opposée de l'élément diélectrique par rapport à l'élément conducteur, et constitue une antenne qui utilise la perte de rayonnement d'un circuit résonant plan ouvert. Une telle antenne présente un pro- fil bas, un poids réduit, est compacte et facile à fabri- quer. La figure 7 représente une antenne classique à guide d'ondes à ruban pour ondes à polarisation circulai- re. Comme cela est representé, l'antenne comprend une feuille de diélectrique 110 suffisamment fine par rapport à la longueur d'onde utilisée, et sur une surface de 2. laquelle est appliquée une feuille conductrice 120 de rayonnement formée par un clinquant en cuivre, alors que sur la surface opposée est entièrement.appliquée une feuille conductrice 130 à la masse formée par un clin- quant en cuivre, d'o la définition d'une antenne à gui- de d'ondes à ruban. L'antenne comprend un dispositif d'ali- mentation dans lequel un petit trou 111 est formé qui s'étend à travers la feuille diélectrique 110, la feuil- le 120 de rayonnement et la feuille 130 de masse. Un connecteur 140, ou plus précisément un conducteur exté- rieur associé, est souadé à la feuille 130 et un conduc- teur interne ou âme du connecteur 140 est relié à un fil 141 revêtu d'or qui est soudé à la partie d'alimentation de la feuille 120. Le trou 111 est rempli d'un matériau isolant, non représenté, ce qui a pour effet d'isoler le fil 141 vis-à-vis de la feuille 130. Le connecteur 140 est relié à un câble coaxial 150 qui est lui-même connec- té à un amplificateur haute fréquence d'un récepteur, comme cela est indiqué par la flèche dans la figure. Dans une antenne à guide d'ondes à ruban pour des ondes à polarisation circulaire du type décrit,. les dimensions de la feuille conductrice rayonnante 120 sont déterminées par la longueur d'onde impliquée, alors qu'aucun chiffre défini n'est donné pour les dimensions de la feuille de masse 130 même si elle doit être théori- quement étendue à l'infini pour éliminer les effets in- ternes. Cependant, une feuille s'étendant à l'infini-est inconcevable pour la feuille 130, et par conséquent, la pratique de l'art antérieur a été d'avoir une feuille 130 de dimensions suffisamment grandes par rapport à celles de la feuille 120, par exemple, en ayant un côté qui. est trois à quatre fois plus long que celui de la feuil- le rayonnante. Lorsque le diagramme de rayonnement réel est proche d'un diagramme idéal et que le rapport axial 3b réel peut être considéré comme représentant une onde à 3. polarisation circulaire, on en conclut qu'une telle anten- ne est prête à un emploi pratique. La figure 4 représente un diagramme idéal de rayonnement pour une antenne à guide d'ondes en ruban dans le cas d'ondes à polarisation circulaire. Le diagram- me idéal est indiqué par la courbe en trait plein ayant une demi-valeur pour l'angle 00 d'environ 75 d'o une ré- duction de 3 dB se produit et une dépression latérale A d'environ 14 dB Par suite de son profil bas, de son faible poids et de sa compacité, on monte fréquemment cette antenne dans un espace limité. Dans ce cas, il est souhaitable que l'an- tenne soit aussi petite que possible dans la mesure o elle permet une caractéristique comparable. Cependant, une tel- le exigence ne peut être satisfaite avec les antennes clas- siques à guide d'ondes à ruban.En d'autres termes, il n'y a aucune discipline dans la technique qui concerne les dimensions même si on a eu la possibilité de les réduire. La présente invention a pour objet une discipline en matière de dimensions pour une antenne à guide d'ondes en ruban destinée à des ondes à polarisation circulaire qui permet d'en réduire les dimensions. En conséquence, la présente invention prévoit une antenne à guide d'ondes en ruban pour ondes à polarisa- tion circulaire comprenant une feuille diélectrique, à une surface de laquelle est appliquée une feuille conduc- trice de rayonnement, alors que sur sa surface opposée est appliquée une feuille conductrice de masse. Selon la présente invention, lorsqu'un point o un segment d'une ligne passant par le centre géométrique o, o de la feuille rayonnante coupe sa périphérie est représenté par a alors que le point o le segment coupe la périphérie de la feuil- le de masse est représenté par b, le rapport de la lon- gueur entre les points o eta et de la longueur entre les points o et b doit être au moins égal à 1,5. A titre 4. d'exemple, dans le cas o les feuilles rayonnante et de masse sont des rectangles disposés de façon que les perpendiculaires passant par le centre des feuilles res- pectives coïncident, on obtient une polarisation circulai- re satisfaisante pour un rapport des diagonales égal ou supérieur à 1,5. Dans ce cas, on prévoit une antenne à guide d'ondes à ruban pour ondes à polarisation circulai- re ayant un diagramme de rayonnement qui ne présente aucu- ne perturbation, et qui est satisfaisante sur le plan pra- tique. De cette manière, une discipline relative aux dimen- sions de l'antenne est donnée par la présente invention. Ce- la débouche sur une utilisation efficace de l'espace aux dimensions limitées. La présente invention sera bien comprise lors de la description sulvante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: Les figures 1 et 2 sont une vue en perspective et une élévation de côté d'une antenne à guide d'ondes en ruban pour ondes à polarisation circulaire selon un mode de réalisation de la présente invention; La figure 3 représente graphiquement un diagram- me de rayonnement de l'antenne illustrée en figures 1 et 2; La figure 4 représente graphiquement un dia- 2b gramme idéal de rayonnement; Les figures 5a, 5b et 6 illustrent graphique- ment un changement dans les réponses de l'antenne à guide d'ondes à ruban du mode de réalisation alors que le rapport GG'/AC varie; et La figure 7 est une vue en perspective d'une antenne classique à guide d'ondes à ruban pour ondes à polarisation circulaire. La figure 1 est une vue en perspective d'une antenne à guide d'ondes à ruban pour ondes à polari- sation circulaire selon un mode de réalisation de 5. l'invention. La construction de l'antenne est semblable à celle illustrée en figure 7, et comprend une feuille diélectrique 2, sur la surface avant de laquelle est ap- pllquée une feuille conductrice 1 rayonnante alors que sur sa surface opposée est appliquée une feuille conduc- trice de masse 3. Un point d'alimentation 4 est placé comme cela est indiqué. Comme illustré en figure 2, un radome 6 est monté sur l'antenne.Comme représenté, la sur- face arrière de l'antenne comporte un connecteur 5. En figure 1, la feuille 1 de rayonnement a la for- me d'un rectangle ayant une cote longitudinale W et une cote latérale L. La feuille diélectrique 2 et la feuil- le de masse 3 ont des dimensions identiques à l'exception de l'épaisseur et sont des rectangles semblables à la feuille 1. Les perpendiculaires qui passent par le centre géométrique de la feuille 1, de la feuille 2 et de la feuille 3 sont sur la-même ligne. Dans la description qui va suivre, la longueur diagonale, ou longueur entre les angles A et C de la feuille 1 est représentée par AC et la longueur de la diagonale de la feuille 3, mesurée entre les angles G et G', est représentée par GG', et l'épaisseur de la feuille diélectrique 2 par h. Une antenne A à guide d'ondes à ruban pour ondes à polari- sation circulaire de 1,584 GHz se prépare en utilisant le modèle dit DICLAD 522 (522 T 125 - 1150 qu'on peut se procurer auprès de la société dite Keene Company), une seconde antenne.B à guide d'ondes à ruban pour on- des à polarisation circulaire de 1,571 GHz se prépare en utilisant le modèle dit CU-CLAD 250 (250 DT 0625 - 50 - 11) qu'on peut se procurer auprès de la société dite 3M Company, et une troisième antenne C à guide d'onde à ruban pour ondes à polarisation circulaire de 2,433 GHz se prépare en utilisant ce dernier modèle. Le rapport axial ou le rapport de l'intensité du champ électrique de l'onde à polarisation verticale et de 6. celle de l'onde à polarisation horizontale de l'onde rayonnée ainsi que la dépression latérale A (voir figu- re 4) sont déterminés par le rapport GG'/AC. Le tableau 1 ci-après indique les diverses dimensions des antennes A, Bet C. TABLEAU 1 Antenne A B C _rq ec ( GH z III Fréquence (GHz) | 1,548 1,571 2,433 Epaisseur de la feuille rayonnan- te (mm) 0,035 0,035 0,035 Epaisseur de la j feuille de mas- |se (mm) 0,035 0,035 0,035 Epaisseur de la feuille diélec- trique (mm) 3,105 1.,518 1,518 W (mm) 57,8 79,5 38,1 L (mm) 56,0 58,6 37, 2 AC (mm) 80,48 83,51 53,25 h/longueur d'on- de (%) 1,60 0,79 1,23 La figure 5a illustre le rapport axial des an- tennes individuelles A,B et C à plusieurs fréquences nomi- nales alors que le rapport GG'/AC varie. Dans cette figu- 2b re, les résultats de la détermination obtenue avec l'an- tenne A sont indiqués sur une ligne en trait plein al, alors que les mesures réelles sont indiquées par x. D'une façon similaire, les résultats. de la détermination pour l'antenne B sont indiqués par la courbe en tirets bl avec ses mesures réelles représentées par des cercles. Les résultats de la détermination pour l'antenne C sont indiqués sur la courbe en trait mixte cl avec les mesu- res réelles illustrées par L. On prefère que le rapport axial soit proche de O dB pour des ondes à polarisation circulaire. En liaison avec la figure 5a, on remarquera 7. que le rapport axial de l'antenne A a une valeur se rap- prochant de 3 dB lorsque le rapport GG'/AC est égal à 1,5. La figure 5b représente graphiquement la dé- pression latérale A des antennes A, B et C pour plu- sieurs fréquences nominales alors que le rapport GG'/AC varie. Les résultats de la détermination faite pour l'antenne A sont indiqués par la ligne en trait plein a2 avec les mesures réelles illustrées par x. Les résul- tats de la détermination pour l'antenne B sont indiqués par la courbe en tirets b2, avec les mesures réelles re- présentées par des cercles. Les résultats de la déter- mination pour l'antenne C sont indiqués par la courbe en trait mixte c2, avec les mesures réelles illustrées par A. On remarquera en figure 5b que la dépression latérale est aux alentours de 10 dB pour chacune des antennes A, B et C lorsque le rapport GG'/AC est égal à 1,5, ce qui se rapproche de la valeur idéale (14 dB). Cependant, on trouve que les fréquences optimum de l'antenne varient avec un changement du rapport GG'/AC. En figure 6, la courbe e indique la proportion de l'écart de la frequence optimum par rapport à la fréquence nominale (qu'on désignera par ordonnée gauche), 2b alors que le rapport GG'/AC varie pour l'antenne A.Plus spécifiquement, pour l'antenne A, la fréquence optimum sera légèrement inférieure à la fréquence nominale lors- que le rapport GG'/AC est égal à 1,5. On obtient des résultats similaires avec les autres antennes. Lors de la détermination du rapport axial de l'antenne A qui emploie la fréquence optimale alors-que le rapport GG'/AC varie, on trouve qu'il en résulte la relation indiquée par la courbe f (appelée ordonnée de droite). Il apparait d'après l'examen de la courbe f que le rap- port axial pour le rapport GG'/AC de 1,5 est proche 8. de 0 dB, indiquant une réponse favorable en matière de polarisation circulaire. L'antenne 4 présente un diagramme de rayonne- ment qui est indiqué par la courbe en trait plein épais de la figure 3. La demi-valeur de l'angle O est égale à 78 , ce qui se rapproche étroitement du diagramme idéal de la figure 4. Cela signifie qu'en choisissant une fré- quence nominale qui 'est légèrement supérieure à la fré- quence d'utilisation (d'environ 0,32 %) et en agençant les composants de façon que le rapport GG'/AC soit égal ou supérieur à 1,5, on obtient une antenne à guide d'on- des à ruban pour ondes à polarisation circulaire qui est satisfaisante sur le plan pratique. Dans ce cas, la feuil- le diélectrique peut avoir une épaisseur h qui est égale ou inférieure à 1,6 % de la longueur d'onde utilisée. Comme on l'a décrit, avec la présente inven- tion, on obtient une antenne à guide d'ondes à ruban pour ondes à polarisation circulaire de taille minimum, qui présente une polarisation circulaire satisfaisante, qui est exempte de perturbations dans le diagramme de rayonnement et qui est satisfaisante sur le plan prati- que. A titre d'exemple, lorsque la feuille de rayonne- ment et la feuille de masse ont la forme d'un rectangle ayant des perpendiculaires qui passent par le centre des éléments respectifs, on obtient une antenne à gui- de d'ondes à ruban pour ondes à polarisation circulaire qui est satisfaisante sur le plan pratique lorsque le rapport des diagonales est égal ou supérieur à 1,5. De cette manière, on a une utilisation efficace d'un espace restreint, ce qui évite tout gaspillage de l'espace. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVENDICATIONS 1 - Antenne à guide d'ondes à ruban pour on- des à polarisation circulaire, comprenant une feuille diélectrique (2) qui est suffisamment fine par rapport à la longueur d'onde utilisée, et sur une surface de la- quelle est appliquée une feuille conductrice de rayonne- ment (1) alors que sur son autre surface est appliquée une.feuille conductrice de masse (3), caractérisée en ce qu'en désignant par a un point o un segment d'une li- gne passant par le centre géométrique o, o de la feuille rayonnante coupe une partie importante de sa périphérie et par b un point o le segment coupe une partie impor- tante de la périphérie de l'élément conducteur de masse, le rapport de la longueur entre les points o et a à la longueur entre les points o et b est au moins égal à 1,5. 2 - Antenne selon la revendication 1, dans la- quelle la feuille diélectrique a une épaisseur qui est égale ou inférieure à 1,6 % de la longueur d'onde uti- lisée. 3 - Antenne selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la feuille rayonnante et la feuille de masse ont toutes deux la forme de rectangles, vus dans une représentation en plan, ayant le même centre géomé- trique.