Brevet FR2822300A1 — publié le 20020920

La présente invention concerne une antenne à large bande, destinée plus particulièrement à être embarquée sur un drone, mais qui peut également trouver de nombreuses autres applications. Les drones sont actuellement largement utilisés à des fins militaires, notamment dans le domaine de la guerre électronique. Leur mission consiste essentiellement à écouter ou, le plus souvent, à brouiller les émissions locales de l'ennemi. L'antenne embarquée doit donc pouvoir fonctionner aussi bien à l'émission qu'à la réception, et ce dans une très large bande allant par exemple de 20 MHz à 3 GHz. Elle doit également être le plus omnidirectionnelle possible. On a parfois recours à l'introduction de résistances dans les antennes pour résoudre les problèmes de désadaptation et ainsi augmenter la bande passante. Toutefois, le rendement s'en trouve diminué d'autant, en raison de la dissipation d'énergie dans ces charges d'adaptation. Une telle solution n'est donc pas utilisable dans l'application envisagée, du fait des faibles puissances embarquées sur les drones. On connaît également des antennes à large bande du type Log Périodique dont les caractéristiques de rayonnement ne répondent pas aux exigences d'omnidirectionnalité recherchées. De plus, leurs dimensions sont grandes devant la longueur d'onde et il n'est donc pas envisageable de les utiliser sur des drones qui sont de petits avions sans pilote de 5 à 8 m d'envergure. La présente invention a donc pour but principal de remédier à ces inconvénients et pour ce faire, elle a pour objet une antenne à large bande qui se caractérise essentiellement en ce qu'elle est constituée par au moins une nappe de fils conducteurs formant des mailles dont les dimensions augmentent progressivement dans le sens radial à partir d'un point d'alimentation unique. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, l'antenne comprend deux nappes symétriques constituées chacune par des ellipses conductrices emboîtées les unes dans les autres, et qui sont reliées par des radiants conducteurs de manière à former des mailles de dimensions progressivement croissantes. De préférence, les grands axes et les petits axes des ellipses sont en progression géométrique. De préférence également, les ellipses sont sensiblement homothétiques par rapport à un de leurs sommets, tout en étant légèrement décalées les unes par rapport aux autres. Grâce à cet ensemble de dispositions et ainsi qu'on le verra plus clairement par la suite, il est possible d'obtenir une antenne qui soit à la fois omnidirectionnelle et à très large bande, tout en ayant un bon rendement. Avantageusement, les deux nappes de l'antenne sont alimentées à partir d'un émetteur, par l'intermédiaire d'un transformateur à large bande à sorties asymétriques. Il est ainsi toujours possible d'adapter l'impédance de l'antenne à celle de l'émetteur qui est généralement normalisée à 50 Q. Dans une application particulière de l'invention, l'antenne est intégrée à l'aile d'un drone réalisé en matériau nonconducteur. Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont décrites ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'une antenne à large bande conforme à l'invention ; et les figures 2 et 3 illustrent des applications de l'invention, respectivement à un drone en matériau conducteur et à un drone en matériau non-conducteur. L'antenne représentée sur la figure 1 est essentiellement constituée de deux nappes filaires conductrices N et N', planes ou légèrement gauches, qui sont symétriques par rapport à un plan médian. Dans l'exemple particulier décrit ici, il s'agit de nappes elliptiques. Autrement dit, chacune des nappes N et N'est constituée de n ellipses E emboîtées les unes dans les autres et reliées par des radiants R. Les ellipses E et les radiants R sont conducteurs et forment ainsi des mailles conductrices dont les dimensions augmentent progressivement dans le sens radial à partir d'un point d'alimentation unique, respectivement A et A'. Conformément à l'invention, l'antenne est dépourvue de charge d'adaptation, afin de ne pas obérer son rendement. Son impédance doit donc être adaptée à celle du générateur, généralement normalisé à 50 0, dans la bande de fréquence voulue. C'est pourquoi, dans la plupart des cas, les deux points A et A' seront alimentés, comme représenté sur la figure, à partir d'un émetteur/récepteur G, par l'intermédiaire d'un transformateur T à large bande à sorties asymétriques. Par ailleurs, les grands axes 2aO, 2al.. 2an-l et les petits axes 2bO, 2bl.. 2ben-1 des ellipses E sont en progression géométriques. Ainsi, si l'on veut une antenne couvrant la bande allant de fb (fréquence la plus basse) à fh (fréquence la plus haute) avec n ellipses, on peut écrire l'équation suivante : aO ~ al ~ = an z = bo = bl * = bn-2 = fs = 3 = ~ ~ ~ ~ f h = K ---=f. =o. =----= : L=A=A-----L aJ Gz all-1 hl bz bn-l fb 12 fn-2 dans lesquelles fb, fl, f2.. fh sont les fréquences de résonances des ellipses correspondantes et K une constante. De plus, la plus grande dimension 2aO de l'antenne sera déterminée par la fréquence basse fb, selon les formules : 2aO 1b c 4 b f5 dans lesquelles Bb et la longueur d'onde correspondant à fb et c la vitesse de la lumière dans le vide. Les principaux paramètres de l'antenne se trouvent ainsi déterminés. Le nombre d'ellipses n choisi dépend de la tolérance d'adaptation désirée. Plus la densité de maille est grande, plus l'impédance de l'antenne est stationnaire dans la bande de fréquence et plus il est facile de réaliser l'adaptation. La présence des radiants conducteurs R améliore la stationnarité de l'impédance dans la bande de fréquence et agit aussi sur sa partie réelle. Leur multiplicité tend à diminuer la valeur de cette impédance. En théorie, les ellipses E peuvent être homothétiques par rapport à un de leurs sommets, mais pour des raisons de réalisation pratique, elles sont légèrement décalées les unes par rapport aux autres, comme représenté sur la figure. En résumé, on peut dire que l'adaptation large bande de l'antenne est réalisée par un maillage des nappes N et N'avec un motif auto similaire dont les tailles extrêmes sont calculées à partir des bornes fréquentielles de la bande à couvrir et dont la densité dépend de la tolérance de désadaptation ainsi que de la valeur de l'impédance à obtenir. Le domaine d'application de telles antennes à large bande est très étendu. Comme l'antenne est plate, on peut penser en premier lieu à l'intégrer sur des surfaces non-conductrices, planes ou légèrement gauches, comme des véhicules, des avions, des navires, des immeubles, etc. Du fait de sa légèreté et de ses faibles dimensions, l'antenne selon l'invention peut également avantageusement être embarquée sur un drone. Lorsqu'il s'agit d'un drone réalisé en un matériau conducteur, comme représenté en Dl sur la figure 2, l'antenne doit être découplée au mieux de la structure de l'avion. Les deux nappes N et N'de l'antenne seront donc fixées respectivement entre les extrémités de l'aile principale et l'arrière du fuselage. En revanche, s'il s'agit d'un drone réalisé en un matériau non-conducteur, comme représenté en D2 sur la figure 3, les deux nappes N et N'de l'antenne peuvent être directement intégrées à l'aile sous forme de dépôt métallique. REVENDICATIONS 1. Antenne à large bande, caractérisée en ce qu'elle est constituée par au moins une nappe (N, N') de fils conducteurs formant des mailles dont les dimensions augmentent progressivement dans le sens radial à partir d'un point d'alimentation unique (A, A'). 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend deux nappes symétriques (N, N') constituées chacune par des ellipses conductrices (E), emboîtées les unes dans les autres et qui sont reliées par des radiants conducteurs (R) de manière à former des mailles de dimension progressivement croissantes. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que les grands axes (2aO, 2al... 2an-l) et les petits axes (2bO, 2bl ... 2ben-1) des ellipses (E) sont en progression géométrique. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que les ellipses (E) sont sensiblement homothétiques par rapport à un de leurs sommets, tout en étant légèrement décalées les unes par rapport aux autres. 5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les deux nappes (N, N') de l'antenne sont alimentées à partir d'un émetteur (G), par l'intermédiaire d'un transformateur (T) à large bande à sorties asymétriques. 6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est intégrée à l'aile d'un drone (D2) réalisé en matériau non-conducteur.