Brevet FR2939970A1 — publié le 20100618

Radôme pour antenne parabolique larqe bande La présente invention se rapporte à un radôme pour antenne parabolique permettant une utilisation sur une large bande de fréquences (5 à 25 GHz). Elle s'étend en outre à une antenne munie de ce radôme. Les antennes paraboliques sont habituellement utilisées comme antennes de radiocommunication. Une telle antenne comporte un réflecteur principal présentant une concavité ayant la forme d'un paraboloïde de révolution autour de l'axe de symétrie de cette antenne. La périphérie de la parabole est le plus souvent munie d'une paroi cylindrique, appelée aussi jupe ou écran, qui limite notamment le rayonnement latéral de io l'antenne et améliore ainsi ses performances. La présence de l'écran augmente la prise au vent de l'antenne et le risque d'accumulation d'éléments polluant. Aussi, on associe à l'écran un radôme qui présente une surface protectrice imperméable cloisonnant l'espace défini par le réflecteur et l'écran vis-à-vis de l'extérieur. Ce radôme peut être souple ou rigide. 15 Un radôme composé d'une matière souple comme une toile a un coût de production limité et un encombrement réduit préalablement à son installation sur l'antenne. Il a en outre l'avantage d'être suffisamment transparent vis-à-vis des ondes transmises par l'antenne sur une largeur de bande couvrant différentes applications de radiocommunications. Cependant, la surface du radôme en réfléchissant les ondes 20 perturbent le fonctionnement de l'antenne et peut réduire ses performances. Pour limiter ces perturbations, il est connu d'incliner la surface du radôme par rapport à l'axe de l'antenne pour introduire un déphasage entre les ondes réfléchies de telle sorte que les perturbations engendrées par ces ondes réfléchies ne peuvent s'ajouter entre elles. Toutefois, un tel radôme souple présente des inconvénients liés à une relative fragilité et 25 à un système complexe de fixation sur la jupe de l'antenne nécessitant des éléments auto-tenseurs pour sa mise et son maintien sous tension, tels que des ressorts . Un radôme rigide présente l'avantage d'une bonne résistance vis-à-vis de l'environnement climatique extérieur tel que pluie, vent ou neige. Un radôme rigide présente une surface symétrique par rapport à l'axe de l'antenne. Les radômes rigides 30 les plus utilisés actuellement sont coniques, comme par exemple celui décrit dans le brevet US-7,042,407. Le radôme est réalisé dans un matériau diélectrique, tel qu'un polymère (polycarbonate, ASA, ABS, PS, PVC, PP, ...), de la fibre de verre, etc... Un radôme conique peut être moulé par injection ou thermoformé. Lorsque le matériau ne le permet pas ou lorsque le diamètre est trop grand, le radôme ne peut être que plat. Or cette forme de radôme présente les mêmes inconvénients que le radôme souple, c'est à dire des performances insuffisantes dues aux réflexions qu'elle engendre. La solution analogue à celle appliquée au radôme souple, consistant à incliner la surface du radôme par rapport à l'axe de l'antenne, n'est pas satisfaisante. En particulier elle a le défaut d'augmenter l'encombrement de l'antenne. Par ailleurs l'épaisseur du matériau mis en oeuvre dans un radôme rigide est problématique puisque cette épaisseur est déterminée en fonction de la bande de fréquences utilisée par l'antenne. Par exemple, l'épaisseur d'un radôme rigide mis en oeuvre dans une antenne transmettant avec une longueur d'onde de l'ordre de 40 GHz est pratiquement deux fois moins importante que l'épaisseur d'un radôme rigide de même nature mis en oeuvre dans une antenne transmettant avec une longueur d'onde de l'ordre de 20 GHz. On comprend que pour utiliser l'antenne sur une large bande de fréquences, pouvant aller de 5 à 25 GHz, il est nécessaire d'utiliser cinq radômes d'épaisseur différente. Ces radômes doivent être démontés et remplacés à chaque changement de domaine de fréquence. En outre un radôme doit présenter les qualités suivantes : - une grande transparence aux ondes radioélectriques sur la plus grande bande passante possible, - une bonne résistance mécanique à des charges supérieures à 300 Kg/m2, ce qui correspond à des vents de 250 Km.h, - une stabilité suffisante vis-à-vis des rayons ultraviolets (UV), de la pluiis, des brouillards 25 salins et des écarts de température dans la plage -45°C à +70°C., - un coût le plus bas possible, notamment en ce qui concerne les radômes de grand diamètre. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur, en proposant un radôme rigide permettant le fonctionnement d'une antenne parabolique 30 dans un domaine de fréquence plus large que l'art antérieur, sans qu'il soit nécessaire de le changer. La présente invention a pour objet un radôme pour une antenne parabolique large bande ayant une forme sensiblement circulaire, caractérisé en ce qu'il est plié selon un diamètre vers l'intérieur de l'antenne, formant ainsi deux demi-disques. Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux demi-disque font un angle inférieur ou égale à 12° avec le plan perpendiculaire à l'axe de l'antenne. De préférence cet angle est compris entre 4° et 12°. Cette forme particulière du radome permet aux ondes réfléchies d'être absorbées par l'écran. Ainsi les ondes réfléchies n'entraînent plus de perturbations. La pliure peut être obtenue par action mécanique ou thermique sur le matériau 10 du radôme. Un matériau de radôme doit avoir comme propriété principale d'être le plus transparent possible vis a vis des ondes. II doit en outre avoir une rigidité mécanique suffisante et une bonne résistance aux conditions environnementales durant plusieurs années. Bien entendu, on choisira de préférence un matériau bon marché et facile à 15 travailler. La présente invention a donc aussi pour objet un radôme pour une antenne parabolique large bande tel que décrit précédemment, constitué d'un matériau multicouche de type sandwich comprenant deux couches externes entourant au moins une couche centrale alvéolée dont les alvéoles ont une forme sensiblement conique. 20 Cette forme améliore sensiblement le passage des ondes électromagnétiques. De préférence les couches externes qui sont des plaques planes continues en matériau polymère. De préférence encore la couche centrale tridimensionnelle est constituée du même matériau. Ce matériau polymère est de préférence du polypropylène (PP) car c'est un matériau peu cher et présentant d'excellentes qualités 25 radio (constante diélectrique du PP : = 2,3). Un matériau multicouche a comme avantage d'avoir une bonne solidité mécanique et des performances radio améliorées par rapport à un matériau monocouche. Cependant il est plus épais, plus lourd et plus cher. En outre les performances radio peuvent être dégradées par le matériau diélectrique des couches 30 centrales. Un matériau de type sandwich dont la couche centrale contient peu de matière, comme par exemple une mousse ou un nid d'abeille, ne présente plus cet inconvénient mais il reste onéreux et sa résistance mécanique est moindre. Le matériau du radôme selon la présente invention comporte des couches externes très fines qui sont favorables au fonctionnement de l'antenne sur une large bande fréquentielle. La couche interne contient une forte proportion d'air ce qui la rend légère. Le matériau possède une faible constante diélectrique, de l'ordre de celle de l'air (constante diélectrique de l'air : s, = 1). La matière polymère utilisée contribue à réduire le coût du radôme. Selon une forme préférée d'exécution de l'invention, les alvéoles ont la forme d'un cône tronqué comportant un décrochement à mi-hauteur. Cette forme particulière des alvéoles rend le matériau très résistant mécaniquement et améliore le passage des ondes électromagnétiques. L'invention a aussi pour objet une antenne parabolique apte à fonctionner dans 10 le domaine de fréquence 7-25 GHz munie d'un radôme ayant une forme sensiblement circulaire, plié selon un diamètre en direction de l'intérieur de l'antenne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel 15 - la figure 1 est une vue en coupe d'une antenne portant un radôme selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective de l'antenne de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe du matériau du radôme selon un mode de réalisation de l'invention, 20 - la figure 4 est une vue en perspective du matériau du radôme de la figure 3, - la figure 5 montre une comparaison des performances radioélectriques du radôme selon un mode de réalisation de l'invention avec celles des radômes de l'art antérieur. Sur la figure 5, le coefficient de réflexion R en dB est donné en ordonnée, et en abscisse la fréquence F en GHz. 25 Dans le mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 1, on a représenté en coupe une antenne 10 muni des ses moyens de fixation 11, par exemple sur un mât. L'antenne 10 comporte un réflecteur parabolique 12 au centre duquel est placé un guide d'onde 13. Un écran ou jupe 14, recouverte intérieurement d'un revêtement absorbant 15, est fixée à la périphérie du réflecteur parabolique 12. Un radôme 16 fixé à 30 sa périphérie sur la jupe 14 recouvre la parabole 12. Le radôme 16 comporte une pliure 17 selon l'un de ses diamètres définissant deux demi-disques 16a etl6b. Les deux demi-disques 16a etl6b font un angle a compris entre 4° et 12° avec le plan 18 perpendiculaire à l'axe de l'antenne. Cette conformation du radôme 16 permet à une onde 19 émise par le guide d'onde 13 de se réfléchir sur le réflecteur parabolique 12, puis de se diriger (flèche 20) vers le radôme 16 sur lequel elle se réfléchit à nouveau. Grâce à l'invention, l'onde est dirigée (flèche 21) vers le revêtement absorbant 15 de la jupe 14 dans lequel elle est absorbée sans créer de perturbation des ondes 19, 19', 19" émises par le guide d'onde 13. La figure 2 montre une vue en perspective de l'antenne 10 de la figure 1, munie de son radôme 16, fixée sur un mât 22 par les moyens de fixation 11 qu'elle porte. Le radôme 16 est fixé sur la périphérie de la jupe 14 au moyen d'une bague 23 en plastique injecté dont la forme est adaptée. On considérera maintenant les figures 3 et 4 qui sont respectivement une coupe et une vue en perspective partielles du matériau constitutif du radôme. Ce matériau comporte une couche supérieure 30 constituée d'une plaque plane de matériau polymère, comme par exemple du polypropylène, et une couche inférieure 31 constituée d'une plaque de matériau polymère qui peut être semblable ou différent de celui de la couche 30. Pour optimiser les caractéristiques large bande de l'antenne, les couches externes 30, 31 doivent être minces et avoir une très faible constante diélectrique. Les couches 30 et 31 ont ici une épaisseur de l'ordre de 0,55 mm. Les couches 30 et 31 entourent une couche intermédiaire 32 formée d'alvéoles 33 remplies d'air. La couche intermédiaire 32 a une épaisseur comprise entre 3,8 mm et 4,7 mm, et une faible constante diélectrique sr de l'ordre de 1. Les alvéoles 33 sont de forme sensiblement conique, les cônes tronqués étant disposés alternativement dans un sens et dans l'autre. De préférence, les parois des cônes sont en matériau polymère, comme par exemple du polypropylène, et ont une épaisseur constante afin de faciliter la soudure ou le collage de la couche 32 sur les couches 30 et 31. Les alvéoles 33 sont remplie d'air pour une plus grande légèreté du radôme. Selon une forme d'exécution préférentielle, les alvéoles comportent un décrochement 34 situé environ à mi-hauteur des cônes. Ce décrochement permet de rigidifier les parois des alvéoles et de renforcer la tenue mécanique de la couche intermédiaire 32 et de l'ensemble du matériau Sur un tel matériau, la pliure du radôme selon l'un de ses diamètre peut être obtenue par action mécanique ou thermique sur le matériau. L'action mécanique peut être par exemple un simple pliage à froid, et l'action thermique peut être par exemple le passage d'une roulette chaude sur le matériau. On a comparé sur la figure 5 les performances radioélectriques du radôme selon le mode de réalisation de l'invention (courbe 50) représenté sur les figures précédentes avec celles des radômes connus (courbes 51 à 53). Le coefficient de réflexion R a été représenté en fonction de la fréquence F de l'onde incidente sur le radôme. La courbe 54 matérialise la limite des performances acceptables pour un radôme qui correspond à un coefficient de réflexion de -20 dB. Au-dessus de cette valeur, le diagramme de rayonnement de l'antenne ou l'atténuation d'équilibrage ("return Ioss" en anglais) risquent d'être perturbées. La courbe 51 correspond au résultat obtenu avec un radôme plat rigide ayant une épaisseur de l'ordre d'une demi-longueur d'onde (Er = 2,3). Les radômes de ce type ont habituellement un petit diamètre de 0,3 m à 1,8 m (1ft à 6ft). À cause de l'étroitesse de la bande de fréquence dans laquelle il fonctionne, ce radôme a généralement une forme conique. Ce radôme est en polymère (ABS, PS, PVC, PP) injecté ou thermoformé. On constate en effet que l'efficacité de ce radôme est limitée à une étroite bande de fréquence comprise entre environ 14 GHz et 16 GHz. La courbe 52 correspond au fonctionnement d'un radôme souple à paroi très mince ayant une épaisseur de l'ordre d'un dixième de longueur d'onde (environ 0,8 mm d'épaisseur, gr = 3). Les radômes de ce type ont habituellement un grand diamètre de 1,2 m à 4,6 m (4ft à 15ft). Les performances de ce radôme sont au-dessus de la courbe représentant la limite des performances acceptables. La courbe 53 représente les performance d'un radôme plat constitué d'un matériau analogue à celui des figures 3 et 4 (Er = 1). Ce radôme décale vers les valeurs hautes la bande de fréquence utilisable par rapport à la courbe 51. Toutefois l'efficacité de ce radôme est limitée à une bande de fréquence comprise entre environ 14,5 GHz et 21 GHz. Dans la gamme de fréquences étudiée (7 à 23GHz), les performances du radôme représenté par la courbe 50 se situent toujours en dessous de la limite des performances acceptables représentée par la courbe 54. On comprend qu'un radôme selon un mode de réalisation de l'invention est efficace sur une bande de fréquence considérablement plus large que les radômes de l'art antérieur et permet donc de travailler sur la totalité de cette bande sans qu'il soit nécessaire de changer de radôme.