Brevet FR2644635A1 — publié le 19900921

SYSTEME D'ANTENNES DE PENTE D'ATTERRISSAGE L'invention concerne un système d'antennes de pente d'atterris- sage destinées à fonctionner dans un espace relativement restreint, par exemple l'espace de radôme d'un avion, comprenant une ou plu- sieurs antennes en demi-boucle supportées par le plan de base con- ducteur électrique dudit espace. Des antennes de pente d'atterrissage ou antennes d'angle d'ap- proche sont généralement utilisées en combinaison avec des antennes de guidage ou antennes directionnelles dans un système d'atterris- sage automatique d'avion. Des transmetteurs au début et à la fin de la piste d'atterrissagetransmettent des faisceaux de signaux qui sont reçus par lesdites antennes. Si l'avion se dévie d'une course d'approche prédéterminée, cela sera indiqué par une différence d'intensité des signaux reçus. Des antennes de pente d'atterrissage sont connues en soi de l'art antérieur, par exemple des brevets U. S. 3 906 507 et 3 220 006. Lorsqu'elles sont utilisées dans un avion, ces antennes de pente d'atterrissage sont généralement situées dans l'espace de radôme dans le nez de l'avion, lequel espace de radôme est délimité, d'un côté, par une surface verticale perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'avion. Il est possible que cette surface soit la cloison de pression avant de la cabine des passagers. Les antennes de pente d'atterrissage sont des antennes à pola- risation horizontale, semi-circulaires, du type en arc ou semi- boucle. En d'autres termes, les antennes de pente d'atterrissage peuvent être considérées comme étant des dipôles magnétiques dont l'axe du dipôle est orienté verticalement et s'étend dans un plan vertical passant par les points de base de l'antenne. En principe, une telle antenne semi-circulaire du type en arc située dans un plan de base infiniment grand a un diagramme non- directionnel dans le sens avant et n'a pas de composante de dépola- risation. Etant donné que la cloison, qui doit servir de plan de base pour l'utilisation dans un avion, n'est pas infiniment grand, mais a, par exemple, un diamètre de seulement 1,5 X (= 1,5 longueur d'onde), les courants induits dans le plan de base, du fait du rayonnement électromagnétique engendré par l'antenne, seront déviés au bord du plan de base, ce qui produit une composante relativement forte dans le sens dudit bord. Si l'antenne se trouve au centre du plan de base (qui, pour la facilité, est supposé être simplement symétrique), la composante de dépolarisation qui en résulte, formée par la composante verticale des courants de bord qui en résulte serait équilibrée dans les principaux plans de symétrie, d'o le modèle de rayonnement n'aura pas de composante de dépolarisation dans ces directions. Toutefois, pour d'autres directions, il res- tera une faible composante de, par exemple, -20 dB. Toutefois, si on situe l'antenne non pas au centre du plan de base, mais que l'antenne est, par exemple, poussée vers le haut, le courant n'est plus dévié symétriquement au bord et, de ce fait, les composantes verticales de courant ne sont plus équilibrées et il est produit une composante de dépolarisation dans le modèle de rayonnement, même dans des directions situées dans le plan de symétrie principal. Plus l'antenne se rapproche du bord du plan de base, plus l'effet devient fort. En particulier, lorsque la dis- tance du bord du plan de base devient inférieure à 1/6 k, les cou- rants réactifs autour de la base de l'antenne sont également affec- tés. Etant donné qu'il n'y a généralement que très peu d'espace dans l'espace de radôme d'un avion et qu'il y a lieu d'installer un nombre croissant d'antennes (à des fins de radar, systèmes d'atterrissage automatique, etc.) dans ledit espace de radôme, il ne sera généralement pas possible de monter l'antenne de pente d'atterrissage au centre du plan de base. Toutefois, en pratique, il n'arrive pas qu'il y ait des distances du bord inférieures à 1/6 k. Si deux ou plusieurs antennes sont situées dans la zone d'influence l'une de l'autre dans le plan de base, des courants de couplage commenceront à circuler dans le plan de base. En général, cette situation se présentera en pratique. Les courants de couplage qui se produisent affectent le modèle de rayonnement des deux antennes et ont, en outre, des composantes verticales dans le cas o les antennes ne se trouvent pas à la même hauteur. Toute incli- naison du plan de base, la présence de raidisseurs situés à l'extérieur du plan de base et des bords élevés de l'espace de radôme entraînent également une déformation du modèle de rayonne- ment et une dépolarisation supplémentaire. L'effet des éléments raidisseurs peut être éliminé en montant une plaque plane dans l'espace de radôme en face de la structure irrégulière des raidisseurs, sur laquelle plaque peuvent être mon- tées les antennes de pente d'atterrissage. Toutefois, les effets précités, dus à la délimitation de l'espace de radôme par un bord (élevé) et à toute inclinaison de la cloison de pression ne sont pas éliminés par cette dernière. L'objet de l'invention consiste, par conséquent, à offrir des mesures par lesquelles le système d'antennes de pente d'atterris- sage acquière des caractéristiques électromagnétiques telles que a) l'effet nuisible que peut avoir la structure locale, située à l'arrière, du plan de base sur le modèle de rayonnement et sur la dépolarisation soit considérablement réduit, et b) le couplage aux autres antennes de pente d'atterrissage situées dans le voisinage et réglées sur la même bande de fréquences soit réduit. Cet objet est réalisé, dans un système d'antennes de pente d'at- terrissage du type mentionné dans l'introduction, par le fait que chaque antenne est montée sur une plaque de base séparée dont les dimensions sont choisies de telle manière que la plaque de base soit résonante à la fréquence à laquelle fonctionne l'antenne con- cernée, laquelle plaque de base est positionnée dans ledit espace de telle manière que la plaque de base s'étende au moins sensible- ment parallèlement audit plan de base, la distance entre la plaque de base et le plan de base étant environ égale à 1/4 de la longueur d'onde à laquelle fonctionne l'antenne concernée. La plaque de base à utiliser doit être aussi petite que pos- sible, du fait de l'espace restreint disponible, et doit, en outre, être électriquement neutre, c'est-à-dire que le modèle de rayonne- ment de l'antenne montée sur la plaque de base soit affecté le moins possible et que la résistance au rayonnement de l'antenne reste la même. Cette neutralité électrique est réalisée en choisis- sant les dimensions et la forme de la plaque de base de telle manière que la distribution du courant soit maintenue, de manière inhérente, en équilibre par le champ réactif qui l'entoure tandis que, par ailleurs, le courant ne doive pas chercher de sortie du côté arrière de la plaque de base, par les moyens de montage par lesquels la plaque de base est montée sur le plan de base. En d'autres termes, la plaque de base doit être résonante de sorte que la valeur du vecteur de courant soit zéro aux points o le vecteur de courant est perpendiculaire au bord. Dans l'antenne de pente d'atterrissage, dcknt le modèle de rayonnement est de caractère asymétrique dans le plan de la plaque de base avec des maxima dans les directions transversales horizontales vues par rapport à l'avion, et des minima dans la direction verticale, la direction princi- pale du courant dans la plaque de base est horizontale. Afin de remplir la condition précitéeque la distribution du courant à la plaque de base soit maintenue, de manière inhérente, en équilibre par le champ réactif qui l'entoure, la plaque de base doit être de carac- tère linéaire dans la direction dudit courant principal. Aussi, la longueur de la plaque de base doit être environ égale à 1/2 X ou un multiple de celle-ci et, du fait des dimensions minimales souhai- tables, la longueur de la plaque de base doit être, de préférence, d'environ 1/2 k. La largeur de la plaque (en position montée, la hauteur de la plaque) doit être suffisante pour permettre la ferme- ture de la boucle de courant à la base de l'antenne. Ledit courant de fermeture circule environ suivant un arc circulaire d'une branche de l'antenne du type en arc circulaire à l'autre branche. La lar- geur de la plaque de base doit, de ce fait, être au moins égale à la distance entre les branches, afin d'offrir un espace continu approprié pour une trajectoire ininterrompue dudit courant et est, dans le cas présent, d'une et demie à deux fois aussi grande. Ci-dessus, il a, par ailleurs, été mentionné que la plaque de base doit être d'une construction telle que le courant n'ait pas de sortie du dôté arrière de la plaque de base vers la structure se trouvant au-dessous. De ce fait, la plaque de base doit se situer à une certaine distance, parallèlement à et en face du plan de base, de préférence de telle manière que le montage agisse centra- lement sur le côté arrière de la plaque de base, entre la plaque de base et la cloison de pression. De cette manière, la plaque de base forme, avec la cloison de pression, une ligne de Lecher court- circuitée centralement. Si ses extrémités se trouvent à 1/4 k du court-circuit, elles ont une impédance infiniment élevée par rap- port à la cloison et, par conséquent, la décharge du courant vers la cloison est empêchée. Si plus d'une antenne de pente d'atterrissage est située sur la cloison, chacune d'elles étant pourvue de sa propre plaque de base, il ne passera pas de courant de couplage vers le plan de base, d'o il en résulte qu'il ne pourra pas non plus être produit de composante de dépolarisation, tandis que la composante de courant résonante forte sur la plaque de base de chaque antenne est orientée horizontalement et, de ce fait, ne provoque pas de dépolarisation. L'invention sera expliquée plus en détail ci-dessous, en réfé- rence aux figures jointes, O : la Figure 1 illustre schématiquement la disposition de trois antennes de pente d'atterrissage situées chacune directement sur le même plan de base, dans ce cas la cloison avant d'un avion. Les antennes sont illustrées schématiquement par un arc semi-circu- laire, ce qu'elles sont sensiblement aussi; la Figure 2 illustre la même configuration, mais maintenant chaque antenne a sa propre plaque de base construite comme plaque verticale parallèle au plan de base, à une distance d'environ 1/4 k de celle-ci et supportée au centre du côté arrière. La longueur (dimension horizontale) est environ égale à 1/2 k, tandis que la largeur (dimension dans le sens de la hauteur) est environ d'une et demie à deux fois le diamètre de la boucle de l'antenne; la Figure 3 illustre, plus en détail, un mode de réalisation d'une des antennes associées avec le système de la Figure 2; la Figure 4 illustre schématiquement l'effet d'écran de la pla- que de base et illustre également l'angle d'ombre a; la Figure 5 est une vue frontale d'un mode de réalisation pra- tique de trois antennes de pente d'atterrissage combinées avec d'autres éléments d'antenne sur la cloison avant d'un avion. La Figure i illustre la section du nez d'un avion 1, l'espace de radôme réel n'étant indiqué que schématiquement par 2, de sorte que la cloison de pression avant 3 devient visible à la figure. Montées sur ladite cloison de pression 3 se trouvent trois antennes de pente d'atterrissage 4, 5 et 6. Lesdites antennes de pente d'atterrissage peuvent, par exemple, être du type décrit dans le brevet U. S. 3 220 006. Etant donné que lesdites antennes 4, 5 et 6 sont montées directement sur la cloison de pres- sion 3, on obtient les inconvénients déjà indiqués plus haut. La Figure 2 illustre, à nouveau, la section du nez de l'avion 1, l'espace de radôme 2 étant, à nouveau, illustré en ligne inter- rompue, de sorte que la cloison de pression avant 3 devient visible. Trois antennes de pente d'atterrissage, indiquées par 7, 8 et 9, sont montées, à l'aide d'éléments d'espacement, à une dis- tance prédéterminée de, et supportées par, la cloison de pression 3. Chacune desdites antennes 7, 8 et 9 est construite de la manière illustrée plus en détail à la Figure 3. La Figure 3 illustre deux vues d'une antenne conçue pour être utilisée dans le système de la Figure 2. Chaque antenne comprend l'élément d'antenne du type en arc semi-circulaire monté sur la plaque de base 11. L'élément d'antenne 10 n'est illustré que sché- matiquement. Le diamètre de l'arc circulaire de l'élément d'antenne est indiqué par a. Il est souligné que ledit élément ne doit pas nécessairement être du type en arc semi-circulaire et que la con- nexion entre l'élément d'antenne 10 et la plaque de base 11 n'est pas non plus une connexion directe dans tous les cas, mais qu'il peut être utilisé des éléments de couplage, des bandes de connexion, des pièces de connecteur, etc. Toutefois, tous ces détails sont sans importance en ce qui concerne l'invention et, de ce fait, ne seront pas décrits plus en détail. Référence est faite à la documentation pour des modes de réalisation réels d'un tel élément d'antenne 10. La plaque de base 11 est d'une longueur L environ égale à 1/2 A (k étant la longueur d'onde à laquelle fonctionne l'élément d'an- tenne 10) et d'une largeur B, qui doit, de préférence, être supé- rieure à 2a. Monté au centre de la plaque de base 11 se trouve un élément de support composé, dans ce mode de réalisation simple à titre d'exemple, d'une tige 12 et d'une plaque de montage 13, dans laquelle il est prévu un certain nombre de trous à travers lesquels peuvent être introduits des boulons. Le dimensionnement des pièces 12 et 13 est tel que, après montage de l'antenne sur la cloison de pression avant de l'avion 1, la plaque de base 11 est située à une hauteur h, égale à environ 1/4 X, au-dessus de la cloison de pres- sion avant 3. La plaque de base 11 séparée pour chacune des antennes 7, 8 et 9 assure un découplage des antennes par rapport à la cloison de pression, avec le résultat que le couplage mutuel entre les différentes antennes est notablement réduit. La Figure 4 illustre schématiquement "l'effet d'ombre" prove- nant de la plaque de base. A la Figure 4, l'antenne est, à nouveau, indiquée par 10, la plaque de base par 11 et le plan de base par 14. La plaque de base est montée, à l'aide du support 12 et de la plaque de montage 13, sur le plan de base 14. A la Figure 4, une partie du fuselage de l'avion est, en outre, indiqué visiblement par 15. La "ligne de vision" 16 indique que la partie 15 n'est pas visible de l'élément d'antenne 10. Il ressort de la Figure 4 que, par un positionnement approprié, la partie extrême en projection de l'antenne ne peut pas "voir" le bord de l'espace de radôme, indiqué par 15 à la figure 4. En d'autres termes, lorsqu'elle est positionnée telle qu'illustrée, la plaque de base assure que le bord de l'espace de radôme reste à "l'ombre". Il en résulte que la plaque de base fonctionne également comme plaque d'écran. Dans un mode de réalisation pratique, la ligne d'ombre s'étend suivant un angle de a = 38', tandis que l'angle de vision du bord 15 au bord de la plaque de base 11 (ligne 17 à la figure 4) s'étend suivant un angle de 54, en d'autres termes, le bord du radôme se trouve dans l'ombre. Un rayonnement réduit du bord 15 se produira également si le bord 15 peut, en fait, être vu par une section de l'antenne. Les Figures 5a et 5b sont des vues qui montrent clairement la manière dont les antennes de pente d'atterrissage suivant l'inven- tion sont positionnées dans l'espace de radôme d'un avion. La Figure 5a est une vue frontale d'un avion avec la gaine du radôme enlevée, de manière à révéler les diverses antennes du système d'atterrissage à instruments. La Figure 5b est une vue partielle plus détaillée du positionnement des diverses antennes, en perspec- tive. A la Figure 5a, l'avion est indiqué dans son ensemble par 20. Ledit avion est pourvu d'un système d'atterrissage à instruments comprenant cinq antennes montées à l'intérieur de l'espace de radôme, dans le nez de l'avion. Plus précisément, ce sont trois antennes de pente d'atterrissage, indiquées à la Figure 5a par les chiffres de référence 31, 32 et 33, lesquelles antennes servent à déterminer l'angle de pente pendant la descente de l'avion. Par ailleurs, le système d'atterrissage à instruments est pourvu de deux antennes dites antennes de guidage, indiquées par le chiffre de référence 41 et une antenne combinée de guidage indiquée par le chiffre de réfé- rence 42, lesquelles antennes sont utilisées pour détermi-- ner la direction pendant le vol de descente. Pour être plus com- plet, la Figure 5a indique également l'endroit o est situé le radar d'intempérie, indiqué par le chiffre de référence 43, dans ce schéma de positionnement. La Figure 5b illustre, à nouveau, la position des diverses antennes, en perspective, l'avion lui-même étant illustré de manière plus ou moins générale. L'un des éléments d'antenne de pente d'atterrissage est indiqué séparément par le chiffre de réfé- rence 10'. L'ensemble de l'élément est enveloppé dans un boîtier et est situé sur la plaque de base, à l'aide dudit boîtier. Les pla- ques de base, qui ne sont pas pourvues de numéros de référence séparés à la Figure 5b, sont montées à l'aide d'une structure de support sur la cloison de pression avant de l'espace de radome. L'antenne de guidage 21, qui est également illustrée en détail, ne fait plus partie de l'invention et ne demande pas de description plus détaillée. REVENDICATIONS 1. Système d'antennes de pente d'atterrissage (7,8,9; 31,32,33) destinées à fonctionner dans un espace relativement restreint, par exemple l'espace de radôme (2) d'un avion (1), comprenant une ou plusieurs antennes en demi-boucle supportées par le plan de base (14) conducteur électrique dudit espace, caractérisé en ce que chaque antenne (7,8,9; 31,32,33) est montée sur une plaque de base (11) séparée dont les dimen- sions sont choisies de telle manière que la plaque de base (11) soit résonante à la fréquence à laquelle fonctionne l'antenne concernée, laquelle plaque de base (11) est positionnée dans ledit espace (2) de telle manière que la plaque de base (11) s'étende au moins sensiblement parallèlement audit plan de base (14), la distance entre la plaque de base (11) et le plan de base (14) étant environ égale à un quart de la !ongeur d'onde à laquelle fonctionne l'antenne concernée. 2. Système d'antennes de pente d'atterrissage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément d'antenne (10) du type en arc sensiblement semi- circulaire est situé sur une plaque de base (11) de telle manière que le plan passant par l'élément d'antenne (10) du type en arc semi-circulaire soit perpendiculaire à la plaque de base (11), la longueur (L) de la plaque de base (11) mesurée dans le sens de la ligne d'intersection des deux plans mentionnés étant environ égale à une demi-longueur d'onde, tandis que la largeur (B) de la plaque de base (11) mesurée dans un sens perpendiculaire à la ligne d'intersection des deux plans mentionnés est, de préférence, au moins égale au diamètre (a) de l'élément d'antenne (10) du type en arc semi-circulaire. 3. Système d'antennes de pente d'atterissage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque de base (11) est pourvue de moyens de mon- tage appropriés par lesquels la plaque de base (11) peut être montée à une distance d'environ 1/4 de la longueur d'onde au-dessus d'une surface de support. 4. Système d'antennes de pente d'atterrissage selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de base (11) est positionnée par rapport au plan de base (14) dudit espace (2) de manière telle que le bord (15) de ce dernier soit, de préférence, situé entièrement dans l'ombre de la plaque de base, tel que vu de la partie la plus extreme en projection de l'élément d'antenne (10) monté sur ladite plaque de base (11).