Brevet FR2892864A1 — publié le 20070504

Elément radiant à charge résistive L'invention concerne des perfectionnements aux éléments radiants à charge résistive pour antennes à large bande ou à impulsions. De tels systèmes d'antenne sont utilisés dans un domaine étendu d'applications, y compris maisnon exclusivement les radars souterrains ou pour sondage de terrains, les systèmes de surveillance et une large gamme de mesures de compatibilité électromagnétique (EMC) et d'explosion atomique (EMP). Pour une réponse en impulsion optimale, ce qui veut dire que l'impulsion est propagée sans dispersion, on sait qu'il faut une charge résistive de l'antenne variant de façon continue, ayant la forme : z(i)(z) = 60`x' h- IzI voir Wu T T, & King R W P, "The cylindrical antenna with non-reflecting resistive loading", IEEE, Trans on Ant & Prop, AP-13 No 3, May 1965, pp. 369-373. On connaît des éléments d'antenne de ce type, voir Kanda M, "A relatively short cylindrical broadband antenna with tapered resistive loading for picosecond pulse measurements", IEEE Trans on Ant & Prop AP-26, No 3, May 1978, pp. 439-447. Cependant, de tels éléments ne peuvent être réalisés qu'en utilisant un outillage spécial dans un équipement sous vide construit à cet effet. Leur production est par conséquent extrêmement coûteuse. De tels éléments d'antenne à charge résistive sont néanmoins souhaitables dans un domaine étendu d'applications, l'une d'entre elles étant décrite dans US-A-4062010 relatif à un réseau d'antennes à dipôles croisés utilisé pour un radar de sondage de terrains. Cependant, des tentatives pratiques de réaliser de tels éléments d'antenne ont fait apparaître des inconvénients. Un but de l'invention est donc de fournir un nouvel élément d'antenne à charge résistive de fabrication simple et économique. Un autre but de l'invention est de fournir un réseau d'antennes comportant de tels éléments à charge résistive. Conformément à l'invention, un élément d'antenne à charge résistive est formé d'une bande allongée de matériau en feuille, cette feuille ayant sur toute son étendue une résistance électrique uniforme, la largeur de ladite bande variant le long de sa longueur de façon à procurer la charge résistive désirée de l'élément d'antenne. Un matériau en feuille convenable peut comprendre un substrat de matière plastique synthétique sur lequel est déposé un revêtement d'un matériau électriquement résistant, de préférence tel que la résistance électrique de surface soit dans le domaine de 10 à 20 ohms par carré. De tels matériaux en feuille sont disponibles dans le 25 commerce, par exemple auprès de NV Bekaert SA sous la désignation commerciale Altair. Un élément d'antenne selon l'invention peut être utilisé en monopôle ou deux peuvent être attaqués en dipôle ou 30 en d'autres combinaisons telles que des dipôles croisés ou comme base de réseaux d'antennes. Des raccordements à la base de l'antenne sont effectués par un faisceau de fils ou de conducteurs de divers types, 35 y compris du fil de cuivre étamé et de l'argent déposé sous vide. 10 15 20 Lorsqu'ils sont électriquement complets, les éléments peuvent être encapsulés dans diverses matières plastiques. Les éléments peuvent être roulés dans un cylindre ou 5 peuvent être pliés pour produire des éléments à dipôles repliés. Ce nouveau procédé pour réaliser des éléments d'antenne à charge résistive permet la fabrication d'antennes 10 optimales sur un large domaine de fréquences depuis au-dessous des HF et jusqu'aux bandes millimétriques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-après, et des 15 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus schématique d'un mode de réalisation d'élément d'antenne selon l'invention; 20 - la figure 2 est une vue partielle agrandie correspondant à la figure 1; - la figure 3 est une vue semblable à la figure 1 d'un autre mode de réalisation d'élément d'antenne; - la figure 4 est une vue en perspective schématique d'un réseau d'antennes incorporant des éléments du genre montré à la figure 3 et convenant pour être utilisé en liaison avec un radar de sondage de terrain; et 30 - la figure 5 est une vue en coupe schématique illustrant la structure interne du réseau d'antennes montré à la figure 4. 25 35 On se réfère à la figure 1, qui montre un élément d'antenne à charge résistive formé à partir d'une bande triangulaire 1 d'une feuille de matière plastique synthétique flexible ayant un revêtement de surface qui lui confère une résistance électrique dans le domaine de 10 à 20 ohms par carré. L'élément présente une largeur donnée indiquée en 2 et une longueur donnée indiquée en 3, et l'extrémité large de la bande est munie d'une zone de contact conductrice de l'électricité indiquée en 4 à la figure 2, par laquelle on peut réaliser un raccordement électrique entre une alimentation d'antenne et le revêtement de surface résistant de la bande. De façon surprenante, on a constaté qu'avec une largeur de base 2 et une longueur d'élément 3 convenablement choisies, la forme triangulaire de la bande reproduit avec précision le profil de résistance requis pour un élément d'antenne de façon à assurer un fonctionnement sans dispersion d'une manière mathématiquement précise. Un élément d'antenne formé comme décrit ci-dessus peut être utilisé dans des applications diverses. L'agencement d'alimentation ou de contact de l'élément d'antenne peut être modifié par exemple pour permettre à un réseau de recevoir un certain nombre d'éléments, ou pour favoriser l'adaptation d'impédance de l'élément. Dans ce dernier 25 cas, le modèle de la zone de contact peut être changé pour modifier soit la résistance de base, soit la réactance, soit les deux. Par exemple, comme montré à la figure 3, la base de l'élément peut être munie d'une zone de contact en forme de V et la bande 1 peut comprendre une portion 30 parallèle 6 située entre la zone de contact et le commencement de la portion triangulaire de la bande. Un élément d'antenne de cette configuration convient particulièrement dans la construction d'un réseau d'antennes, comprenant des dipôles croisés, par exemple 35 comme illustré à la figure 4. 5 10 15 20 La disposition illustrée à la figure 4 comprend une antenne radar souterraine pour le sondage de terrains utilisant des éléments d'antenne dans une configuration à dipôles repliés croisés. Dans ce réseau, quatre éléments d'antenne 10 ayant la configuration décrite ci-dessus en référence aux figures 1 et 3 sont supportés par une structure cruciforme 11 munie d'une poignée de transport 12. Les extrémités de base plus larges des éléments d'antenne 10 sont supportées de façon mutuellement adjacente à l'extrémité inférieure d'un support 13 couplé à la poignée 12, tandis que les extrémités effilées sont recourbées en arrière sur elles-même et enfermées dans la structure cruciforme 11. Cette disposition est illustrée plus en détail à la figure 5, où on peut voir que les extrémités de base des éléments 10 sont placées entre un couvercle inférieur extérieur 14 et un couvercle 13a faisant partie de la structure de support. Les extrémités repliées des éléments 10 sont logées dans la structure 11 entre des couches de mousse de matière plastique synthétique 15. Entre les couches 15 et les surfaces extérieures de la structure 11 sont disposées d'autres couches 61 de matériau anéchoique. La poignée tubulaire 12 reçoit des câbles d'alimentation d'antenne 17 et un autre tube 18 prévu dans le tube 12 fournit un support pour les fils d'antenne et les transformateurs 19. Les raccordements électriques entre les transformateurs et les éléments d'antenne sont effectués, de façon non représentée, dans la région de l'extrémité inférieure du tube 18. 30 Une disposition telle que décrite ci-dessus fournit un réseau d'antennes particulièrement efficace et d'une construction relativement économique, tandis que l'effet de ressort naturel du matériau de la feuille formant les 35 éléments d'antenne 10 et/ou de la couche de recouvrement protectrice extérieure permet à l'antenne d'adopter la 10 15 20 25 forme du terrain sur lequel elle est placée, assurant ainsi un bon couplage électrique. Revendications 1.- Elément d'antenne à charge résistive, caractérisé en ce qu'il comprend une bande allongée (1) de matériau en feuille, cette feuille ayant, sur toute son étendue, une résistance électrique uniforme, la largeur de ladite bande variant le long de sa longueur de façon à fournir une charge résistive désirée de l'élément d'antenne. 2.- Elément d'antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau en feuille comprend un substrat plastique synthétique sur lequel est déposé un revêtement de matériau électriquement résistant. 3.- Elément d'antenne selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance électrique de surface dudit revêtement est comprise entre 10 et 20 ohms par carré. 4.- Elément d'antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite bande allongée (1) a au moins en partie une forme triangulaire et présente une zone de contact conductrice de l'électricité (4;5) prévue en travers de l'extrémité la plus large de la bande. 5.- Elément d'antenne selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite bande (1) comprend une portion (6) de configuration rectangulaire située entre ladite zone de contact (5) et l'extrémité la plus large de la partie triangulaire de la bande. 6.- Elément d'antenne selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite zone de contact (5) a une configuration en forme de V. 7 7.- Réseau d'antenne, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paire d'éléments selon l'une des revendications précédentes, raccordés pour former un dipôle. 8.- Réseau selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux paires de tels éléments disposés en dipôles croisés. 10 9.- Réseau selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que chacun desdits éléments est replié sur lui-même. 10.- Réseau selon l'une des revendications 7 à 9, 15 caractérisé en ce que chacun desdits éléments comprend un élément selon l'une des revendications 4 à 6 et présente une portion supérieure se terminant par ladite zone de contact (4;5) et logée dans une branche d'un support (11) de section cruciforme, la portion centrale 20 de ce support recevant des conducteurs électriques couplés aux zones de contact des éléments s'étendant dans les branches respectives dudit support, et chaque élément comprenant en outre une portion inférieure (70) s'étendant sous la branche correspondante et étant élastiquement 25 déformable pour se conformer à une surface avec laquelle elle vient en contact.5