Brevet FR2777701A1 — publié le 19991022

ANTENNE A DIAGRAMME SECTORISE L'invention concerne les antennes utilisables en hyper- fréquence, comportant un élément rayonnant (généralement un monopole ou un dipole), associé à un réflecteur ayant des dimensions comparables à la longueur de l'élément rayonnant et orthogonal à cet élément. Une antenne ne comportant qu'un élément rayonnant et un réflecteur est sensiblement omni-directionnelle en gisement. En émission, elle produit un champ majoritairement à polari- sation parallèle à la direction de l'élément rayonnant. Dans beaucoup de cas, le caractère omni-directionnel d'une antenne est recherché. Mais diverses raisons, telles que la prolifération des émissions radio-électriques, le risque d'interférences, la nocivité potentielle du champ magnétique intense à proximité de l'élément rayonnant, la dissipation d'une fraction de l'énergie dans une direction inutilisée font qu'il est souhaitable de modifier le dia- gramme d'émission ou de réception pour le limiter à un angle solide déterminé. Il existe des antennes directives; elles utilisent des moyens complexes, tels que des dipoles disposés en cascade ou des réflecteurs de forme élaborée, pour créer un lobe directif. Cela conduit à des dispositions complexes et encombrantes. L'invention vise notamment à fournir une antenne de constitution simple ayant un diagramme d'émission sélectif, notamment en ce qu'il concentre la majeurepartie de l'énergie émise dans un angle solide limité. Dans ce but, l'invention propose notamment une antenne ayant un élément rayonnant allongé, un réflecteur orthogonal à l'élément rayonnant et dont les dimensions sont du même ordre que la longueur de l'élément rayonnant, et au moins un élément correcteur de diagramme relié au réflecteur électri- que et dirigé parallèlement à l'élément rayonnant. Le terme "du même ordre" peut être compris comme indiquant entre cinq fois plus petit et cinq fois plus grand. Souvent l'élément rayonnant sera un monopole approximativement quart d'onde, de longueur h et dans ce cas la longueur et la largeur du réflecteur seront généralement comprises entre h/4 et 4h. Quant à l'élément correcteur de diagramme, il aura générale- ment une hauteur H comprise entre la moitié et le double de la longueur h de l'élément rayonnant. Le réflecteur et l'élément correcteur seront électriquement conducteurs, au moins en surface. Dans le cas d'un dipole alimenté par son milieu, les limites ci-dessus peuvent être conservées en adoptant comme valeur h la moitié de la longueur du dipole. L'élément correcteur se limitera souvent à une lame étroite placée du côté opposé à celui du lobe de rayonnement recherché. Il peut cependant être constitué par un peigne de plusieurs éléments, placés dans un même plan ou constituant un ou des dièdres. Les dispositions ci-dessus permettent de concentrer la majeure partie de l'énergie dans une zone hémisphérique à l'opposé de l'emplacement de l'élément correcteur. Il est possible de concentrer encore davantage l'énergie en dispo- sant plusieurs éléments correcteurs l'un derrière l'autre. L'invention est susceptible de nombreuses applications. Dans le cas par exemple d'un terminal de radiotéléphonie numérique, fonctionnant généralement à une fréquence de porteuse d'au moins plusieurs centaines de mégahertz, les ré- émetteurs ou balises situées contre un mur seront avanta- geusement équipées de façon à émettre la majeure partie de leur énergie à l'opposé du mur. En orientant l'émission des terminaux portables à l'opposé de la boîte crânienne, on fait une économie d'énergie et on diminue fortement la nocivité éventuelle du champ électromagnétique. Pour réduire l'encombrement de l'antenne en diminuant la longueur de l'élément rayonnant, on peut noyer celui-ci dans un radôme en un matériau ayant un coefficient diélectrique élevé, par exemple de 3 à 5. L'invention est également applicable aux engins sans pilote d'observation, qui sont classiquement équipés d'an- tennes omni-directionnelles disposées en bout de chacune de deux ailes. Le fuselage constitue un élément perturbateur qui peut rendre inutilisable une des antennes pour l'émission vers une station au sol. L'émission d'une antenne peut même gêner le fonctionnement de l'autre antenne. Cet inconvénient est écarté à l'aide d'antennes suivant l'invention dont les lobes d'émission sont dirigés du côté opposé au fuselage. Pour limiter encore les perturbations dues à la diffusion d'énergie par l'aile, cette dernière peut présenter une partie terminale courbe, écartant le lobe arrière de l'an- tenne de la surface de l'aile. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagne dans lesquels: - la figure 1 est un schéma en perspective montrant une constitution possible d'antenne; - les figures 2,3 et 4 sont des vues en coupe du dia- gramme de rayonnement d'une antenne du genre montré en figure 1, mesurées dans trois plans mutuellement orthogonaux et; - la figure 5 montre un montage possible d'une antenne du genre montré en figure 1 à l'extrémité d'une aile. L'antenne montrée schématiquement sur la figure 1 est notamment utilisable entre 100 MHz et quelques dizaines de GHz. Elle comporte un réflecteur 10 constitué par une plaque métallique qui sera en général rectangulaire mais peut avoir d'autres formes par exemple ronde ou ovale. La plaque porte un élément rayonnant 12 constitué par un monopole alimenté par un câble coaxial 14. Le raccordement entre l'élément rayonnant 12 et le câble coaxial est effectué par un connec- teur 16 de type classique. L'élément rayonnant 12 peut être enrobé dans un radôme 18 en matériau à susceptibilité diélectrique élevée, tel qu'une résine synthétique ou du polytétrafluoréthylène, qui protège l'élément et permet de lui donner une longueur h légèrement inférieure à un quart d'onde. L'antenne comporte également un élément correcteur 20 en matériau conducteur, fixé au réflecteur 10, placé à distance e de l'élément rayonnant 12 et orienté parallèlement à l'élé- ment rayonnant 12. L'élément 20 et le réflecteur 10 peuvent notamment être en aluminium lorsqu'on recherche la légèreté. La présence de l'élément correcteur réduit la puissance rayonnée par l'antenne dans la direction de cet élément et renforce la puissance dans le sens opposé. Un élément correcteur unique en forme de lame de largeur L et de hauteur H du même ordre que la longueur h permet de concentrer la puissance dans une zone approximativement hémisphérique. En pratique on respectera généralement les relations suivantes pour obtenir un diagramme approprié: h/2 H/10 Les figures 2, 3 et 4 montrent, à titre d'exemle, une coupe du diagramme d'émission à 14,9 GHz mesuré suivant les plans xz, xy et yz de la fig. 1 pour un élément rayonnant quart d'onde nu et pour H = 11 mm, L = 2mm et e = 5mm. Le réflecteur avait 20 mm de longueur (direction y) et 28 mm de large (direction x). L'échelle est en dB, c'est à dire loga- rithmique en puissance. La fig. 4 montre que le rayonnement à polarisation verticale (en traits pleins) est essentiellement dirigé à l'opposé de l'élément correcteur. Le maximum peut être déplacé vers le haut ou vers le bas en agissant notamment sur la hauteur H de l'élément correcteur. La figure 3 fait apparaître que la puissance varie peu dans un lobe de 180 environ, mais diminue notablement du côté de l'élément correcteur. Enfin la figure 2 montre l'influence du réflec- teur dans un plan orthogonal à celui qui relie l'élément rayonnant au centre de l'élément correcteur. Les figures montrent également que l'influence de l'élément correcteur sur la composante à polarisation orthogonaj_à l'élément rayonnant est beaucoup plus réduite. Mais dans la plupart des cas c'est la composante à polarisa- tion parallèle à l'élément rayonnant qui est importante du point de vue de la réception. Comme cela a déjà été indiqué, l'antenne suivant l'inven- tion présente de nombreuses applications. Sur un terminal radiotéléphonique, elle permet de diriger l'essentiel de la puissance à l'opposé de la tête. Sur une station de base ou un relais placé contre un mur, elle permet de réaliser un diagramme d'émission et de réception dont le lobe principal est à l'opposé de la paroi. Sur un engin volant, elle permet de diriger la majeure partie de l'énergie à l'opposé de la cellule ou des ailes. Dans le cas fréquent o un même engin porte plusieurs antennes, avec la sélection, pour une liaison donnée, de celle des antennes qui présentent les meilleures conditions de propagation avec une station au sol, l'antenne suivant l'invention permet de réduire l'effet de la cellule ou des ailes. Lorsque l'antenne est placée à l'extrémité d'une aile, il est avantageux de courber la partie de l'aile qui est proche de l'extrémité qui porte l'antenne, de façon à réduire les interactions entre la paroi de l'aile et l'antenne. Dans le cas illustré sur la figure 5, l'antenne est montée sur l'extrémité d'une aile 22 qui dans le cas d'un engin sera souvent en matériau composite. La partie terminale de l'aile 24 présente un coude à 90 constituant une fraction 24 souvent dénommé "winglet" qui dégage nettement le réflecteur de l'aile. En hyper-fréquence, il suffit que l'écartement entre le réflecteur et la face en regard de l'aile soit de quelques mm. En hyper-fréquence, l'antenne sera généralement alimentée par un câble coaxial 14 fixé à un connecteur 16 dans lequel est directement monté l'élément 12. Revendications 1. Antenne comportant un élément rayonnant (12) allongé, un réflecteur (10) orthogonal à l'élément rayonnant et dont les dimensions sont du même ordre que la longueur de l'élé- ment rayonnant, et au moins un élément (20) correcteur de diagramme relié électriquement au réflecteur et dirigé parallèlement à l'élément rayonnant. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que, l'élément rayonnant (12) étant un monopole de longueur h, le réflecteur (10) a une longueur et une largeur comprises entre h/4 et 4h et l'élément correcteur (20) a une hauteur comprise entre la moitié et le double de la longueur h. 3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément rayonnant est constitué par une lame étroite placée du côté opposé à celui du lobe de rayonnement re- cherché. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément correcteur est constitué par un peigne de plu- sieurs lames. 5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, portée à l'extrémité d'une aile d'engin volant et alimentée par une ligne coaxiale micro-onde placée à l'inté- rieur de l'aile, caractérisée en ce que la partie de l'aile proche de la dite extrémité est courbée de façon à réduire les interactions entre l'émission radio-électrique de l'antenne et la surface de l'aile (22).