Brevet FR2736470A1 — publié le 19970110

L'invention se rapporte à une antenne hyperfréquence protégée à surface rayonnante horizontale. Dans le cadre de la protection à certaines contraintes mécaniques importantes, ou durcissement, d'antennes hyperfréquence pouvant être utilisées soit dans le domaine des télécommunications, soit dans le domaine radar (radars multistatiques), on est amené à protéger ces antennes par des radômes. Ces radômes sont constitués en un matériau diélectrique, tel qu'une matière plastique, alvéolaire ou non, de qualité appropriée. L'épaisseur du radôme doit être suffisante pour que le radôme ait les qualités de résistance mécanique désirées, et son épaisseur doit d'autre part être adaptée de façon à ne pas perturber l'émission et la réception des ondes électro-magnétiques dans la bande de travail de l'antenne. Une solution classique consiste à définir une épaisseur de radôme compatible à la fois avec les contraintes mécaniques et avec les contraintes radio-électriques, de façon à créer la perturbation minimum à la traversée des ondes dans la bande de travail de l'antenne. Pour obtenir une "transparence" convenable dans la bande de travail de l'antenne, on doit satisfaire à l'équation e = ngo dans laquelle 2 - n est un nombre entier, - XGO est la longueur d'onde dans le milieu diélectrique pour la fréquence centrale de la bande de travail de l'antenne, - e est l'épaisseur du radôme. Il apparait donc que l'on doit en général surdimensionner l'épaisseur du radôme pour tomber sur un nombre entier de demi-longueurs d'onde, faute de quoi, l'adaptation électromagnétique n'est pas obtenue. Outre ce surdimensionnement, ce procédé a également l'inconvénient que l'adaptation électromagnétique n'est en général pas satisfaisante, dès que l'on s'écarte notablement de la longueur d'onde moyenne de la bande de fréquence de travail. En d'autres termes, la fenêtre électromagnétique autorisée est très étroite, la bande d'*mission/réception étant limitée à environ 5 % autour de la longueur d'onde centrale, et même à moins si n devient supérieur à trois. Un autre inconvénient encore de ce procédé est que pour des antennes à ouvertures importantes, l'adaptation devient mauvaise lorsque l'angle d'incidence du rayonnement s'incline trop par rapport à l'axe central de l'antenne, par exemple pour une incidence inférieure à 30 . En particulier, cet inconvénient devient rédhibitoire, si l'on veut concevoir des antennes enterrées à surface rayonnante horizontale susceptibles de travailler pour des élévations faibles, c'est-à-dire relativement proche du plan horizontal. De façon plus précise, l'invention a pour objet de concevoir des antennes enterrees à surface rayonnante horizontale dont les diagrammes de rayonnement en élévation et en gisement soient modulables sans présenter les limitations de souplesse d'emploi ci-dessus indiquées. Ces limitations concernent plus particulièrement le niveau d'énergie rayonné pour des élévations très basses de l'ordre de quelques degrés. On connait des antennes enterrées à surface rayonnante horizontale dont le diagramme de rayonnement est dirigé vers le zénith. Ce type de diagramme peut convenir par exemple pour des liaisons de transmission par réflexion sur météorites (comme décrit notamment pour une application aux USA : meteor burst communication with a buried antenna FEMA - /GTE de mars 1985). Dans cette application, le gain de l'antenne est toujours situé nettement sous l'isotrope pour des élévations inférieures à 20 . De plus, l'alimentation par cavité conduit à une faible largeur de bande. L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients, en modifiant la répartition de l'énergie dans l'espace de façon à renforcer les diagrammes de rayonnement vers les sites bas, et d'autre part, à élargir la bande passante instantannée, ceci afin d'optimiser les paramètres de transmission selon les différents modes de réflexion rencontrés dans l'espace. L'invention a la particularité de souscrire à cette optimisation des paramètres de transmission et de permettre le durcissement des antennes pour leur enfouissement dans le sol en assurant leur protection par un radôme de forte épaisseur disposé horizontalement au niveau du sol. Le procédé permettant de réaliser une antenne hyperfréquence enterrée, protégée par un radôme de forte épaisseur sensiblement disposé horizontalement au niveau du sol, à surface rayonnante horizontale et à bande passante élargie pour le travail notamment sous de faibles incidences se caractérise selon l'invention en ce que - on part d'un diagramme site choisi de répartition du champ électrique à inclinaison désirée, le vecteur champ électrique étant contenu dans le plan de ce diagramme, - on choisit la répartition du champ sur la surface S1 normale à l'axe du diagramme en tant que transformée de FOURIER inverse du diagramme de rayonnement désiré, - on choisit la répartition du champ sur la surface supérieure du radôme en tant que transfonnée de FOURIER du champ sur la surface S1, - on calcule la répartition du champ sur la surface supérieure du radôme dans le diélectrique au moyen des équations de FRESNEL, - on calcule la répartition du champ sur la surface inférieure du radôme dans le diélectrique par transformation de FOURIER à partir de la répartition du champ dans le diélectrique sur la surface supérieure du radôme et application des équations de FRESNEL, - on effectue une dernière transformée de FOURIER permettant de déterminer le champ correspondant sur la surface rayonnante de l'antenne (c'est-à-dire sa loi d'éclairement), - et l'on construit l'antenne de façon qu'elle émette à sa surface rayonnante le champ ci-dessus déterminé. Lorsqu'on procède de la sorte, on satisfait à chaque instant aux lois de transmission optimales dans la bande de travail considérée pour l'incidence considérée. L'invention concerne également les antennes réalisées de la façon susindiquée. L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés illustrant des exemples pratiques de réalisation. Dans ces dessins La figure 1 montre de façon schématique une antenne enterrée conçue selon l'invention, le schéma permettant de reconnaître et déterminer les différents paramètres successifs devant être pris en compte pour, à partir d'un diagramme d'éclairement souhaité associé à une antenne enterrée pouvoir déterminer et calculer la loi d'éclairement qui doit être fourni sur la face rayonnante de l'antenne ; la figure 2 montre un exemple de réalisation faisant appel à un guide d'onde terminé par un cornet et comportant une lentille prisme la figure 3 montre une autre réalisation faisant appel à un réseau de dipôles associé à un prisme formant source de rayonnement. En se reportant à la figure 1, on a indiqué l'implantation d'une antenne rayonnante, par exemple une antenne radar 1 enfouie dans une cavité 2 creusée dans le sol 3. L'antenne 1 est protégée par un radôme épais 4 en matériau diélectrique convenable fermant la cavité 2 sensiblement au niveau du sol. En D, on a figuré le diagramme site désiré correspondant à la répartition du champ électrique E > sur la surface S1. Le faisceau d'éclairement est dirigé par rapport à l'horizontale sous l'angle a de faible inclinaison. La polarisation du vecteur champ électrique E > comporte une composante verticale à la sortie du radôme ; le vecteur champ doit donc être contenu dans le plan du diagramme site S1. Pour satisfaire les exigences ci-dessus indiquées, on organise la construction pour satisfaire les conditions ciaprès 1) La polarisation doit être telle que le vecteur champ électrique *comporte une composante verticale à la sortie du radôme 4. Le vecteur champ doit donc être contenu dans le plan du diagramme site D. 2) La répartition du champ sur la surface S1 doit être égale à la transformée de FOURIER inverse du diagramme de rayonnement désiré. 3) La répartition du champ sur la surface S2 supérieur du radôme 4 est choisie comme la transformée de FOURIER de la répartition du champ sur la surface du diagramme S1. 4) Le champ sur la surface 52 dans le diélectrique du radôme 4 est obtenu au moyen des équations de FRESNEL. 5) Le champ sur la surface inférieure S3 du radôme 4 dans le diélectrique du radôme est obtenu par transformation de FOURIER à partir de la répartition du champ sur la surface supérieure S2 du radôme dans le diélectrique et application des équations de FRESNEL. 6) On effectue une dernière transformée de FOURIER qui permet de connaître le champ sur la surface rayonnante de l'antenne S4 à partir de la répartition du champ sur la surface S3 dans le diélectrique du radôme. Cette dernière étape permet donc de déterminer la loi d'éclairement de l'antenne S4 qui permettra d'obtenir le diagramme site de départ S1 A la figure 2, on a indiqué une application dans laquelle on utilise en tant qu'antenne 1 un guide d'onde 5 terminé par un cornet 6 coiffé d'une lentille prisme 7. Il suffit de calculer la forme de la lentille prisme pour obtenir sur la surface rayonnante S4 de cette antenne la loi d'éclairement déterminée par la méthode ci-dessus indiquée. Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 3, l'antenne 1 est constituée par un réseau de dipôles 8 associés à un prisme 9. Chaque dipôle est alimenté en amplitude et en phase de manière à reconstituer sur la face rayonnante 54 de cette antenne, la loi d'éclairement souhaitée déterminée par la méthode de calcul ci-dessus expliquée. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour réaliser une antenne hyperfréquence enterrée, protégée par un radôme de forte épaisseur (4) sensiblement disposé horizontalement au niveau du sol, à surface rayonnante horizontale et à bande passante élargie pour le travail notamment sous de faibles incidences a, caractérisé en ce que - on part d'un diagramme site (D) choisi de répartition du champ électrique a inclinaison désirée, le vecteur champ électrique (t étant contenu dans le plan de ce diagramme, - on choisit la répartition du champ sur la surface (S1) en tant que transformée de FOURIER inverse du diagramme du rayonnement désiré, - on choisit la répartition du champ sur la surface supérieure (S2) du radôme en tant que transformée de FOURIER du champ sur la surface (S1), - on calcule la répartition du champ sur la surface supérieure (S2) dans le diélectrique du radôme (4) au moyen des équations de FRESNEL, - on calcule la répartition du champ sur la surface inférieure (S3) dans le diélectrique du radôme par transformation de FOURIER à partir de la répartition du champ dans le diélectrique sur la surface supérieure (S2) du radôme et application des équations de FRESNEL, - on effectue une deuxième transformée de FOURIER permettant de déterminer à partir du champ dans le diélectrique sur la surface inférieure (S3) le champ correspondant sur la surface rayonnante (S4) de l'antenne (c'est-à-dire sa loi d'éclairement), - et l'on construit l'antenne (1,5,6,7 ; 8 9) de façon qu'elle émette à sa surface rayonnante (S4) le champ cidessus déterminé. 2 - Procédé pour réaliser une antenne hyperfréquence selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'en tant qu'antenne enterrée, on utilise un guide d'onde (5) terminé par un cornet (6) et coiffé d'une lentille prisme (7) calculée pour reconstituer à sa surface libre S4 le champ correspondant précédemment déterminé au niveau de cette surface (84 > . 3 - Procédé pour réaliser une antenne hyperfréquence enterrée selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on utilise en tant qu'antenne enterrée un réseau de dipôles (8) associé à un prisme (9), et l'on alimente en amplitude et en phase chaque dipôle de l'antenne de façon à reconstituer sur la face rayonnante (S4) du prisme la loi d'éclairement déterminée. 4 - Antenne hyperfréquence enterrée protégée par un radôme de forte épaisseur (4) disposé sensiblement horizontalement au niveau du sol, à surface rayonnante horizontale et à bande passante élargie pour le travail notamment sous de faibles incidences, construite selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes.