Brevet FR2608325A1 — publié le 19880617

Groupe d'antennes comprenant deux antennes dipôles élémentaires d périodicité logarithmique La présente invention concerne un groupe d'antennes comprenant deux antennes dipôles élémentaires a périodicité logarithmique présentant le même plan de symétrie longitudinale interconnectées, dont le plan de symétrie passe à mi -distance entre les plans E des deux antennes dipôles élémentaires. On utilise de tels groupes d'antennes connus dans la pratique, appelés également "antennes superposées" dans le cas d'antennes dipôles élémentaires superposées dans le plan H, lorsque l'on forme le diagramme résultant de la sommation pour augmenter le gain et/ou produire un lobe principal du diagramme de rayonnement aussi identique que possible dans le plan E et le plan H, c'est-a-dire de section droite circulaire, par exemple pour une irradiation favorable de miroirs paraboliques, comme sources de rayonnement primaires de ceux-ci, et à des fins de radiogoniométrie, lorsqu'on forme le diagramme résultant de la soustraction. Dans le cas des groupes d'antennes disposés de la façon indiquée, les structures des antennes-dipôles élémentaires présentent un fort couplage radiatif mutuel. En particulier, en raison des courants parasites circulant en sens oppose sur les lignes d'alimentation qui apparaissent de ce fait, qui présentent des résonances dans la gamme des fréquences utiles, les diagrammes directionnels de groupe de telles antennes se déforment de façon fâcheuse. Cet effet est déjà très net dans le cas de groupes d'antennes YAGI, mais il est particulièrement fortement marqué dans le cas de groupes d'antennes se composant d'antennes dipôles élémentaires à périodicite logarithmique. Les déformations considérables des diagrammes ainsi provoquées entraînent, dans le cas du diagramme de sommation, le déport du lobe principal et, par suite, des irradiations très irrégulières du miroir qui ne sont plus utilisables dans des cas particuliers, ou une forte réduction du gain de groupe pouvant être atteint avec une allure de diagramme idéale, le déport du zéro dans le cas du diagramme de différenciation et, dans les deux cas, la diminution de l'atténuation des lobes secondaires. En conséquence, l'invention a pour objet de constituer un groupe d'antennes du type précité d'une façon simple et économique telle que les courants parasites qui circulent dans les lignes d'alimentation soient aussi atténués que possible ou sans effets dans la gamme des fréquences utiles. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, les structures radiantes et les lignes d'alimentation des deux antennes dipôles élémentaires à périodicité logarithmique sont disposées symétriquement par rapport au plan de symétrie du groupe d'antennes et les sections de lignes d'alimentation en regard sont reliées mutuellement par au moins une résistance pure pour atténuer des courants de déplacement parasites. Grâce à la disposition symétrique des lignes d'alimentation, il est possible, contrairement aux antennes superposées connues, d'intercaler entre les sections de lignes d'alimentation en regard, de façon simple et pratiquement sans frais supplémentaire, une résistance ou, en cas de besoin, plusieurs résistances, sans que cela provoque une absorption de puissance utile et, de ce fait, une diminution du gain de l'antenne, du fait que la ou les résistances se trouvent sur la diagonale d'un pont sans tension pour la puissance utile.On peut ainsi atténuer les courants de déplacement provoqués par les courants parasites circulant en sens contraire sur ces sections de lignes d'alimentation et, par suite, les courants parasites eux-memes si fortement qu'il ne se produit plus de déformation notable du diagramme de rayonnement du groupe d'antennes. Le diagramme directionnel de sommation du groupe d'antennes selon l'invention comporte, au contraire, dans une gamme de fréquences très étendue, un lobe principal de section droite circulaire et un gain aussi élevé que possible pour la distance donnée des deux antennes dipôles élémentaires. On obtient ainsi une irradiation nette du miroir parabolique, indépendamment du sens de polarisation de l'excitateur choisi dans le cas particulier, ainsi, par suite, qu'un optimum en ce qui concerne le gain et le diagramme directionnel de l'ensemble de l'antenne parabolique. Dans le cas du diagramme de différenciation, le zéro est situé avantageusement, dans toute la gamme des fréquences utiles, exactement dans la direction principale du rayonnement. Le nombre de résistances nécessaire dans chaque cas particulier et leurs points d'insertion les plus favorables dépendent des dimensions des structures des antennes-dipôles élémentaires et doivent être déterminés empiriquement de façon très simple. Des essais ont montré que les valeurs de résistance correspondent sensiblement aux valeurs d'impédance caractéristique de la ligne à deux fils comprenant les sections de ligne d'alimentation en regard aux points concernés et doivent être, par suite, de l'ordre d'environ 2 à 3Q. Dans l'état actuel de la technique, en raison de la disposition non symétrique des deux antennes dipôles élémentaires, les tensions utiles des sections de ligne d'alimentation en regard auraient une polarité opposée, de sorte que ce ne serait pas les courants parasites, mais les courants utiles qui seraient atténués, le gain de l'antenne subirait une diminution décisive rien que pour cette raison, et par suite, l'effet des courants parasites serait encore amplifié. Si, dans un cas particulier, on le souhaite, on peut, en réduisant la distance mutuelle des deux antennes dipôles élémentaires à la valeur minimale pratiquement possible, réaliser une antenne se comportant, en ce qui concerne le diagramme de rayonnement, comme une antenne élémentaire (antenne quasi-élémentaire), mais ne présentant plus les déformations de diagramme évoquées et décrites avec davantage de détail, par exemple, dans l'article zAsymmatry Phenomenon of Log-Periodic Dipole Antennas", de K.G. Balmin et J.N. Nkeng, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. AP-24, n 4, Juillet 1976, mais un diagramme non déformé à lobe principal de section droite elliptique. Bien entendu, on peut aussi connecter plusieurs groupes d'antennes selon l'invention sur une pluralité de colonnes et/ou de lignes, pour augmenter ainsi, de façon connue, la directivité ou produire des diagrammes de rayonnement déterminés. Par exemple, un agencement de plusieurs groupes d'antennes sur une colonne ou une ligne convient pour l'irradiation d'antennes cylindreparabole. Dans des cas particuliers, il peut aussi être judicieux d'utiliser une combinaison de groupes d'antennes selon l'invention et des antennes quasiélémentaires appliquant l'invention décrites. Comme exemple, on peut envisager ici une structure rhombique avec un groupe d'antennes au centre et deux antennes quasi-élémentaires latérales, présentant une forte atténuation des lobes secondaires en raison de la distribution binomiale de la puissance. La disposition symétrique par rapport au plan de symétrie des structures radiantes des deux antennes dipôles élémentaires entraîne une disposition des dipôles symétrique par rapport au plan de symétrie longitudinal des antennes dipôles élémentaires disposé orthogonalement au plan de polarisation, de sorte qu'on peut produire deux types d'antennes dipôles élémentaires pour le groupe d'antennes selon l'invention. Cela est cependant possible pratiquement sans coût technique de fabrication supplémentaire et, par suite, sans frais supplémentaires, lorsque; selon un mode de réalisation préféré du groupe d'antennes selon l'invention, dans lequel les structures radiantes des deux antennes-dipôles élémentaires sont réalisées selon la technique des circuits imprimes, du fait que, dans ce cas, il faut tourner le masque seulement pour irradier les différentes platines.Un tel mode de réalisation par la technique des circuits imprimés, dont le principe est connu, a, en outre, l'avantage d'une précision dimensionnelle et d'une reproductibilité appropriées pour la fabrication en série. L'utilisation de résistances d'amortissement réalisées sous la forme de composants concentrés (par exemple, de résistances à couche de carbone) selon un autre mode de réalisation, représente une solution très économique. Dans ce cas, la disposition en des points de courant de déplacement maximum est particulièrement favorable, du fait que c'est la que le maximum d'énergie parasite est absorbée. Les courants de déplacement résiduels encore existants au voisinage de ces points sont à la vérité, avec cette méthode, non atténués ou seulement moins atténués, et ils peuvent encore provoquer certaines dissymétries du diagramme de rayonnement.On peut aussi cependant supprimer également ces courants parasites si (certes avec un coût technique légèrement supérieur), selon un autre mode de réalisation, la résistance d'amortissement a une conformation plane et, par suite, intercepte également, au mieux sur toute la longueur des sections de lignes d'alimentation en regard, les courants de déplacement situés entre les maxima. Dans ce cas, le mieux, c'est que la résistance plate soit distribuée uniformément, car cela est, pour un effet égal, meilleur marché qu'une surface résistive å amortissement adapté å l'allure de la valeur du courant de déplacement. Gr ce à un mode de réalisation avantageux de l'invention dans lequel il est prévu une entretoise en matière isolante électriquement mince dans le sens de polarisation du champ de l'antenne, fixée aux antennes dipôles élémentaires et à une partie de support d'antenne, qui porte la résistance existant à au moins un exemplaire, dans lequel l'entretoise isolante sert de support des résistances concentrées ou de la résistance plate, on a la garantie d'une position stable des résistances, ainsi que d'une fixation durablement sûre des deux antennes dipôles élémentaires et, par suite, d'un diagramme de rayonnement optimal, largement indépendant d'influences extérieures (par exemple, de fortes secousses ou accélérations dans le cas d'une utilisation mobile), du point de vue d'un gain aussi élevé que possible et/ou d'une irradiation correcte de miroirs paraboliques et, de ce fait, d'une efficacité d'ouverture optimale. Pour cela, bien entendu, l'entretoise elle-même ne doit pas perturber le champ utile de l'antenne et, par suite, le diagramme et l'impédance de raccordement, par absorption d'une fraction notable de l'énergie de ce champ. C'est pourquoi, selon ce mode de réalisation, elle est électriquement mince ( 4 à x/2) dans la direction de polarisation du champ utile. A cette condition, son effet est pratiqueemnt indépendant de la nature de la matière qui la constitue.Dans l'état actuel de la technique, il ne serait pas possible de disposer une telle entretoise du fait que celle-ci affaiblirait fortement les courants utiles en raison des sections de ligne d'alimentation différentes en regard. Une autre possibilité très simple et économique pour inhiber les courants parasites décrits et conserver en même temps les avantages mécaniques de l'entretoise, consiste, selon un autre mode de réalisation, à prévoir une entretoise en matière diélectrique a pertes le plus élevées possible, électriquement mince dans la direction de polarisation du champ de l'antenne, fixée aux antennes dipôles élémentaires. On peut, par ce moyen aussi éviter entièrement les dissymetries du diagramme de rayonnement en raison des courants parasites.On peut aussi alors, sans coût technique supplémentaire, gracie à une réalisation de ltentretoise selon un autre mode d'exécution de l'invention dans lequel l'entretoise comporte des fixations devant s'engager dans les sections de ligne d'alimentation en regard, obtenir encore une bonne fixation et un guidage exact des sections de ligne d'alimentation en regard. Ce peuvent être, par exemple, les conducteurs extérieurs des sections de ligne d'alimentation coaxiales en regard, ou (lorsque les antennes dipôles élémentaires ne sont pas réalisées par la technique des circuits imprimés) les conducteurs des sections de ligne d'alimentation non coaxiales. Dans le cas d'antennes comportant des groupes d'antennes a superposition multiple selon l'invention, les entretoises précitées peuvent être aussi placées, en raison de la disposition a symétrie alternée des antennes dipôles élémentaires, entre les groupes d'antennes, et elles augmentent ainsi la stabilité mécanique et l'atténuation des courants parasites de l'ensemble de l'antenne. Selon un autre mode de réalisation, on prépose une variante de solution du problème à la base de l'invention, dans laquelle, pour supprimer les courants parasites, on ne prévoit pas leur atténuation, mais le décalage de leurs fréquences de résonance dans une gamme située en dehors de la gamme des fréquences de fonctionnement. Dans le cas de cette structure extrêmement économique, les liaisons galvaniques sont disposées en des points à déterminer empiriquement, de façon que les tensions parasites soient minimales au point d'alimentation des antennes dipôles élémentaires. Dans le cas de structures d'antenne S bande étroite relativement courtes, la qualité de cette solution est comparable à celle correspondant au premier mode de réalisation, mais elle se dégrade dans le cas d'antennes dipôles élémentaires plus longues. Grâce à une réalisation rigide des tronçons de conducteur selon un autre mode d'exécution de l'invention, on obtient, non seulement l'effet électrique précité, mais également, de façon très simple, une structure mécanique plus stable du groupe d'antennes, qui empêche en même temps efficacement les variations de diagramme dues a des mouvements relatifs des deux antennes dipôles élémentaires. On va décrire à présent l'invention avec davantage de détail au moyen d'exemples de réalisation représentés sur le dessin annexé dont La figure 1 représente la structure de principe d'un groupe d'antennes selon l'invention, avec une liaison électrique entre les sections de ligne d'alimentation en regard selon les deux derniers modes de réalisation La figure 2 représente la structure de principe d'un réseau d'antennes formé par deux groupes d'antennes superposés selon la figure 1, et La figure 3 et la figure 4 sont des vues en perspectives de la structure d'un groupe d'antennes selon le cinquième mode de réalisation de l'invention, servant d'excitateur pour une antenne parabolique rotative. Sur toutes les figures, des composants semblables sont désignés par des références numériques identiques. Le groupe d'antennes selon l'invention comprend deux antennes dipôles élémentaires 1, 2 å périodicité logarithmique, présentant le même plan de symétrie longitudinale, dont les sections de ligne d'alimentation coaxiales 3, 4 sont connectées par l'intermédiaire d'un répartiteur 5, a une ligne coaxiale commune 6 et dont la longueur et le nombre de leurs dipôles 7 coïncident.Le plan de symétrie S du groupe d'antennes se trouve à mi-distance entre les plans E parallèles x des antennes dipôles individuelles 1, 2, dont les structures radiantes et les lignes d'alimentation sont disposées symétriquement par rapport a ce plan de symetrie S. dans les présents exemples de réalisation, les deux sections de ligne d'alimentation coaxiales 3, 4 sont en regard, mais l'invention se rapporte également à des réalisations dans lesquelles les sections de ligne d'alimentation non coaxiales l&commat;,il 11reliées aux conducteurs intérieurs 8, 9 des sections de ligne d'alimentation coaxiales 3, 4 sont opposées. La distance mutuelles des antennes dipôles élémentaires 1, 2 (perpendiculairement au plan de polarisation) est choisie de façon que le lobe principal du diagramme directionnel présente une allure prescrite circulaire en section droite. Gracie à la disposition symétrique indiquée, il est possible, contrairement aux antennes superposées connues, de relier mutuellement les sections de ligne d'alimentation opposées 3, 4 galvaniqueemnt ou par l'intermédiaire de résistances, sans que cela perturbe le champ utile ou absorbe de l'énergie utile.Dans le cas où, pour augmenter le gain et/ou irradier des antennes cylindre-parabole, des groupes d'antennes sont rassemblés en réseaux d'antennes multiples, par exemple, selon la figure 2, par l'intermédiaire d'un autre répartiteur 12 et d'un câble 13, en un groupe d'antennes double, des sections de ligne d'alimentation identiques (ici l, 11) se trouve forcément aussi en regard entre les groupes d'antennes élémentaires, de sorte que les connexions indiquées sont également possibles dans ce cas. Déjà des antennes dipôles élémentaires à périodicité logarithmique comportent (comme on l'a déja indiqué) des courants parasites avec des résonances dans la gamme des fréquences de fonctionnement, effet qui est encore amplifié lorsqu'on constitue des groupes d'antennes et entraîne des diminutions de gain et des distorsions de diagramme de rayonnement considérables. On peut, selon l'invention, éliminer ces courants parasites soit en les atténuant, soit en décalant leurs fréquences de résonance à l'extérieur de la gamme des fréquences utiles. La possibilité indiquée en dernier lieu est utilisée dans les modes de réalisation selon les figures 1 et 2, ce pour quoi les sections de ligne d'alimentation mutuellement opposées, respectivement 3, 4 et 1, 11 sont reliées ensemble galvaniquement par des conducteurs 14, 15 en des points détermines empiriquement (la tension parasite étant minimisee aux points d'alimentation P des antennes dipôles élémentaires 1, 2).Cela permet d'obtenir dans une large mesure, pratiquement sans coût technique supplémentaire par rapport à l'état actuel de la technique, la section droite prescrite circulaire du lobe principal du diagramme directionnel sans distorsions notables, nécessaire pour une irradiation favorable (dans chaque direction de polarisation) de miroirs paraboliques et cylindre-paraboliques avec un gain élevé. Dans le cas de l'excitateur pour antenne parabolique de révolution dans la gamme des micro-ondes (2 GHz) représenté sur les figures 3 et 4 sans la fixation non essentielle pour l'invention, les deux antennes dipôles élémentaires 1, 2 à périodicité logarithmique sont placées par la technique des circuits imprimés sur deux platines 18, 18', 19, 19' vissées sur une plaque de support 16, qui sert également à la fixation d'une enveloppe de protection contre les intempéries non représentée, au moyen d'une barre d'écartement 17, platines dont la distance diminue de façon connue en direction du point d'alimentation et qui y sont rleiées entre elles par des vis plastiques 2.Les plans E des antennes dipôles élémentaires 1, 2 à périodicité logarithmique sont disposées parallèlement entre eux et à une même distance du plan de symétrie du groupe d'antennes, par rapport auquel les structures radiantes et les lignes d'alimentation 3, 1 reliées à un cable non représenté par l'intermédiaire d'un répartiteur 5 sont symétriques. Les sections de ligne d'alimentation coaxiales 3, 4 y sont opposées. La réalisation des platines 18, 19, respectivement 18', 19', n'est pas plus coûteuse pratiquement, malgré les structures radiantes différentes obligatoires en raison de cet agencement par rapport au cas d'une même platine, du fait qu'il suffit de faire tourner le masque pour les deux types, lors de l'irradiation. En raison de la structure symétrique indiquée, contrairement aux antennes superposées connues, les sections de ligne d'alimentation coaxiales 3, 4 opposées sont reliées entre elles par des résistances 21. Celles-ci sont placées, dans le présent exemple de réalisation, dans des évidements 22 d'une entretoise en matière plastique 23, qui sont placés en des points de courant de déplacement maximum déterminés empiriquement et provoquent ainsi l'atténuation maximale possible pour des composants concentrés des courants parasites circulant sur les sections de ligne d'alimentation coaxiales 3, 4. L'entretoise de matière plastique 23 est réalisée de façon à être électriquement mince dans la direction de polarisation ( 4 k/2) avec une épaisseur de paroi d'environ 2 mm, et elle ne provoque donc pas d'atténuation notable du champ utile, indépendamment de sa matière.Elle est fixée au moyen de deux brides 24 et de vis 25 à la plaque support 16, par les platines 18, 18', 19, 19' à des attaches 26 embrassant les extrémités libres, ainsi que des fixations 27 embrassant les sections de ligne d'alimentation coaxiales 3, 4. Le groupe d'antennes est, par suite, rigide en soi dans son ensemble, ce qui non seulement garantit une réalisation mécanique sûre, mais permet également d'éviter de façon simple et efficace des variations de diagramme provoquées par des décalages de position mutuels des antennes dipôles élémentaires (par exemple, sous l'effet de fortes accélérations). La distance mutuelle des deux antennes dipôles élémentaires 1, 2 à périodicité logarithmique est choisie de façon que le lobe principal du diagramme de rayonnement ait une allure prescrite circulaire en section droite. Cette distance est, dans le cas présent, supérieure à la longueur de connexion de résistances à couche de carbone usuelles dans le commerce. En outre, des fils de connexion longs constitueraient des inductances parasites. Par suite, dans chaque branche transversale, trois résistances 21 à fils de connexion relativement courts sont intercalées entre les conducteurs extérieurs des sections de ligne d'alimentation coaxiales 3, 4. En outre, la matière plastique de l'entretoise 23 présente des pertes élevées, ce qui atténue encore les champs parasites qui y passent. Globalement, la structure décrite procure un groupe d'antennes dans lequel, d'une façon extremement simple et économique, en plus d'une structure stable, les déformations du diagramme de rayonnement par des courants parasites présents sur la structure sont minimisées durablement à coup sûr, de sorte que, pour un gain maximum, on obtient une irradiation des miroirs correcte et, par suite, un diagramme de rayonnement optimal et une efficacité d'ouverture optimale de l'ensemble de l'antenne parabolique. Revendications 1. Groupes d'antennes comprenant deux antennes dipôles élémentaires à périodicité logarithmique interconnectées, présentant le même plan de symétrie longitudinal, dont le plan de symétrie passe à égale distance entre les plans E des deux antennes dipôles élémentaires, caractérisés en ce que les structures radiantes et les lignes d'alimentation (3, 4, 1, 11) des deux antennes dipôles élémentaires (1, 2) sont disposées symétriquement par rapport au plan de symétrie (S) du groupe d'antennes, et en ce que les sections de ligne d'alimentation opposées en regard (3, 4) sont reliées entre elles par au moins une résistance pure (21) pour atténuer des courants de déplacement parasites. 2. Groupes d'antennes selon la revendication 1, caractérisés en ce que les structures radiantes des deux antennes dipôles élémentaires (1, 2) sont réalisées par la technique des circuits imprimés. 3. Groupes d'antennes selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que la résistance (21), au moins à un exemplaire, est ou sont réalisée(s) sous la forme d'un ou (de composants) concentré (s) , et est (sont) placée(s) au(x) point(s) de courant de déplacement maximum. 4. Groupes d'antennes selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que la résistance (21) å au moins un exemplaire relie, sous la forme d'un résistance plate, les sections de ligne d'alimentation en regard (3, 4) sur au moins une partie de leur longueur. 5. Groupes d'antennes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisés en ce qu'il est prévu une entretoise (23) en matière isolante, électriquement mince dans la direction de polarisation du champ de l'antenne, fixée aux antennes dipôles élémentaires (1, 2) et à une partie de support d'antenne (16), qui comporte au moins une résistance (21). 6. Groupes d'antennes selon la revendication 4, caractérisés en ce qu'on prévoit une entretoise (24) en matière diélectrique présentant les pertes les plus élevées possibles, électriquement mince dans la direction de polarisation du champ d'antenne, fixée aux antennes dipôles élémentaires (1, 2). 7. Groupes d'antennes selon la revendication 5 ou 6, caractérisés en ce que l'entretoise (23) comporte des fixations (27) devant s'engager dans les sections de ligne d'alimentation (3, 4 > en regard. 8. Groupes d'antennes comprenant deux antennes dipoles élémentaires à périodicité logarithmique interconnectées, présentant le même plan de symétrie longitudinal, dont le plan de symetrie passe à égale distance entre les plans E des deux antennes dipoles, caractérisés en ce que les structures radiantes et les lignes d'alimentation (3, 1, respectivement 4, le) des deux antennes dipoles élémentaires (1, 2) sont disposées symétriquement par rapport au plan de symétrie (S),et en ce que les sections de ligne d'alimentation (3, 4) en regard sont reliees galvaniquement entre elles par au moins un élément conducteur (14) disposé de façon que la fréquence de résonance des courants parasites soit en dehors de la gamme des fréquences utiles 9. Groupes d'antennes selon la revendication 8, caractérisés en ce que l'élément conducteur (14), à au moins un exemplaire, est rigide.