PLANAR BIFILAR ANTENNA WITH TRANSVERSAL RADIATION AND ITS USE IN RADAR AERIALS

Abstract: 1. Plane two-wire aerial with transversal radiation comprising a first and second conducting line 1, 2 disposed facing each other on a first and a second parallel plane P1 and P2 respectively, characterized in that the first, respectively second, conducting line 1, 2 presents a plurality of N folds, delimiting the conducting elements that are each disposed opposite a conducting element of the other line, form respectively a pair with the opposite facing conducting elements and which are contained in a sector of the first, respectively second, plane limited respectively by two secant straight lines constituting the enclosure of the first, respectively second, conducting line 1, 2 and in that each conducting element of the second line 2 has an electric length that is longer than that of the conducting element of the first line 1 situated facing opposite and which is such that at least two conducting elements situated facing opposite and forming a pair are through-crossed by currents in phase and that the average length of the conducting elements of the said pair and an adjacent pair at least is equal to lambda/2, in which lambda is the wave length of maximal radiation.

Description: ANTENNE PLANE BIFILAIRE A RAYONNEMENT TRANSVERSAL ET SON APPLICATION AUX AERIENS RADARS L'invention concerne une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal et son application aux aériens des radars. Dans certains équipements de détection ou de transmission par ondes électromagnétiques, il est nécessaire de disposer d'une antenne répondant aux conditions suivantes: - avoir une large bande passante en fréquence, - permettre un déplacement du centre de phase en fonction de la fréquence selon une loi linéaire de manière à pouvoir effectuer des mesures d'écartométrie par l'association d'au moins deux antennes similaires, - posséder un encombrement réduit. Des antennes répondant au moins partiellement à ces conditions sont connues dans l'art antérieur, qui propose soit des antennes du type spirale équiangulaire bobinée sur un cône, soit du type logpériodique. Cependant, ces deux types d'antennes, bien que présentant certaines des conditions demandées, ne possèdent pas un rayonnement axial permettant de réaliser une antenne pouvant se loger dans des volumes de faible épaisseur. Pour répondre à cette condition d'encombrement réduit, l'art antérieur a proposé des antennes planes à double spirale emboîtées; mais ce type d'antenne bien qu'à large bande en fréquence, possède un centre de phase fixe par rapport à la longueur d'onde utilisée. La présente invention vise à définir une antenne plane bifilaire présentant toutes les conditions évoquées précédemment et dont le rayonnement se fait dans une direction transversale. Selon une caractéristique principale, l'antenne plane bifilaire à rayonnement transversal selon l'invention, comporte deux lignes conductrices disposées sur deux plans parallèles symétriquement par rapport au plan médian et présentant chacune N repliements dont l'enveloppe est définie par deux droites formant un angle de valeur constante prédéterminée, ces deux lignes conductrices ne différant que par une variation t1, de la longueur électrique d'une même ligne conductrice au niveau des repliements, de sorte que deux éléments de lignes conductrices appartenant aux deux plans et délimités par deux repliements successifs sont parcourus par un courant en phase pour la longueur d'onde utilisée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit de deux exemples non limitatifs de réalisation donnée à l'aide des figures qui représentent: - la figure 1, un premier exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention; - la figure 2, l'antenne de la figure 1 vue de face permettant ainsi une meilleure représentation des différents éléments; - la figure 3, un second exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention vue de face; - la figure 4, une variante de réalisation de l'antenne des figures 1 et 2; - les figures 5 et 6, les emplacements d'un élément réflecteur adjoint à l'antenne selon l'invention; - les figures 7 et 8, deux exemples non limitatifs de groupement d'antennes selon l'invention. Une ligne bifilaire dont les conducteurs sont suffisamment rapprochés l'un de l'autre a un rayonnement très faible car les conducteurs étant parcourus par un courant en opposition de phase, leurs rayonnements respectifs s'annulent. Si, par un moyen quelconque, l'un des conducteurs voit sa longueur électrique augmentée par rapport à l'autre, il se crée les conditions d'un rayonnement qui sera maximal à l'endroit où les conducteurs seront parcourus par des courants en phase. Cette méthode est utilisée pour créer le rayonnement de l'antenne objet de l'invention. Les figures 1 et 2 montrent un premier exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention vu en perspective cavalière et de face. Elle comporte une plaque de diélectrique 10 limitée par deux plans P1 et P2, dont l'épaisseur est faible, et sur laquelle sont fixées de part et d'autre, et respectivement, deux lignes métalliques conductrices 1 et 2, par exemple par gravure selon la technique connue des circuits imprimés; ces lignes présentent N repliements qui sont disposés de façon à être inscrits dans un angle d'ouver ture C. A titre d'exemple non limitatif, la figure 2 montre une géométrie possible des repliements qui ici sont tels qu'ils ne comportent que des angles droits et délimitent de la sorte des éléments de lignes conductrices rectilignes, parallèles et équidistants les uns des autres. Dans cet exemple, l'une des lignes conduc trices 2, est rallongée d'une longueur Li fpar rapport à l'autre ligne conductrice 1 à chaque repliement. Dans ces conditions, si l'on alimente les deux lignes en opposition de phase au point 0, sommet de l'angle dans lequel les repliements sont inscrits, on obtient à partir de ce point 0 une variation de la phase relative des deux lignes conductrices 1, 2 directement fonction de la distance au point 0 de l'élément de ligne conductrice considéré. Lorsque ce déphasage atteint 1800, les deux conducteurs sont parcourus par des courants électriques en phase, donc en condition de rayonnement maximal. Afin que la direction de rayonnement maximal soit perpendiculaire au plan de l'antenne, c'est-à-dire que le rayonnement soit transversal, il faut que deux éléments voisins de lignes conductrices, par exemple sur les figures 1 et 2, comportant les points A et B, soient en phase. Ceci suppose que les deux conditions suivantes sont remplies simultanément pour une longueur d'onde t donnée: - différence de marche de A /2 entre les lignes conductrices 1 et 2 au point médian entre A et B, - longueur moyenne des éléments de lignes conductrices contenant les points A et B égale à /2. La conséquence de ces deux conditions est que, le centre de phase de l'antenne ainsi constituée s'écarte du point d'alimentation 0 de façon proportionnelle à la longueur d'onde. De plus, dans l'exemple décrit sur les figures 1 et 2 les éléments de lignes sont équisdistants; de ce fait les accroissement a g à chaque repliement, de la longueur de la seconde ligne conductrice 2 sont égaux. La valeur de 9( n'est pas critiique car elle ne détermine, en combinaison avec la distance d entre deux éléments consécutifs d'une même ligne conductrice, que l'intervalle A # de longueur d'onde entre les rayonnements maximaux. Ainsi, si l'on désire que l'antenne présente un accord quasi continu il faut que of et d soient aussi faibles que possible, ce qui bien sûr augmente la taille de l'antenne et sa difficulté de réalisation. La valeur donnée à d est de toute façon limitée inférieurement par les phénomènes de couplage entre les éléments de lignes voisins. La figure 3 montre un second exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention pour laquelle la distance entre deux éléments successifs d'une même ligne conductrice varie proportionnellement à la distance de ces éléments de lignes au point 0 d'alimentation. Cette variante dans la géométrie des repliements, implique que les variations tende chaque repliement sont proportionnels à la distance par rapport au point 0 d'alimentation de l'antenne. Ces deux exemples de géométrie par les repliements ne sont pas limitatifs. En particulier, il est concevable que les éléments de lignes délimités par les repliements successifs ne soient pas rectilignes, ni mêmes parallèles les uns par rapport aux autres; de plus la distance entre deux éléments de ligne successifs peut varier selon une loi quelconque prédéterminée, autre qu'une loi linéaire. Quelle que soit la géométrie des repliements choisie, ceux-ci doivent cependant conserver comme enveloppe un angle d'ouverture Oc cons tante. Une valeur préférentielle de cet angle # est de 900 car elle permet l'association de quatre antennes identiques sur une plaque diélectrique carrée. Une antenne élémentaire telle qu'ainsi décrite, peut être utilisée pour l'émission et/ou la réception à très large bande en fréquence d'une onde polarisée rectiligne par exemple dans un dispositif électromagnétique. L'association d'au moins deux de ces antennes peut être utilisée comme aérien d'écartométrie; on mesure alors la différence de phase entre les signaux reçus par deux antennes voisines, celles ci pouvant être alimentées soit en phase, soit en opposition de phase comme cela est montré sur les figures 7 et 8. Des groupements de plusieurs antennes de ce type peuvent se faire de nombreuses façons différentes. Pour un couple de deux antennes on peut, par exemple, les disposer sur un même plan et symétriquement par rapport à un point ou par rapport à une droite de ce même plan comme cela est montré sur les exemples correspondants aux figures 7 et 8. De façon à obtenir le rayonnement transversal dans un seul sens, un plan 11 réfléchissant les ondes électromagnétiques, comme par exemple une plaque métallique, peut être disposée soit paral lèlement à cette antenne à une distance voisine de #M14 où A M est la longueur d'onde moyenne de l'antenne, soit passant par le point 0 et faisant un angle fi de façon que l'élément de ligne conductrice quelconque soit situé à une distance A /4 du plan réfléchissant, mesurée parallèlement à la direction de rayonnement, où A est la longueur d'onde correspondant à la résonnance de cet élément de ligne. Ces deux variantes de réalisation sont illustrées par les figures 5 et 6. Il est possible, comme cela est montré à la figure 4, dans une variante de réalisation, de supprimer la variation ne de la ligne conductrice 2. Les deux lignes conductrices 1 et 2 étant alors parfaitement symétriques par rapport au plan médian des plans Pl et P2, on fixe sur l'une des deux lignes 2 une plaque diélectrique 12 d'indice et d'épaisseur convenables et la recouvrant totalement ou partiellement de manière à obtenir un effet similaire à l'allongement géométrique d'une des deux lignes conductrices. Dans le cas de l'exemple choisi à la figure 3, la plaque diélectrique recouvre alors entièrement une face de l'antenne de façon à créer un allongement électrique A# variant proportionnellement à la longueur de la ligne conductrice. Dans le cas de l'exemple donné à la figure 2 et illustré par la figure 4, où l'accroissement a ?est proportionnel à la distance du point 0, la plaque diélectrique n'occupe que deux secteurs angulaires délimités par des angles &alpha;" < &alpha; de sommet 0 et adjacents aux côtés de l'angle M. On a ainsi décrit une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal, et son application aux aériens radars.

Claims: REVENDICATIONS 1. Antenne plane bifilaire à rayonnement transversal, caractérisée en ce qu'elle comporte deux lignes conductrices (1, 2) disposées sur deux plans parallèles (P1 et P2) symétriquement par rapport au plan médian de ces deux plans, et présentant chacune N repliements dont l'enveloppe est définie par deux droites faisant un angle de valeur OC constante prédéterminée, ces deux lignes conductrices (1, 2) ne différant que par une variation tt, de la longueur électrique d'une même ligne conductrice (2) au niveau des repliements de façon que deux éléments de ligne adjacents appartenant aux deux plans et délimités par deux repliements successifs sont parcourus par un courant en phase pour la longueur d'onde utilisée. 2. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accroissement Oe est réalisé par une augmentation de la longueur d'une des deux lignes conductrices à chaque repliement. 3. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accroissement tf est réalisé par la présence d'une plaque en matériau diélectrique (12) recouvrant complètement ou partiellement une face de l'antenne bifilaire. 4. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de lignes conductrices déterminés par les N repliements sont parallèles. 5. Antenne plane bifilaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que les éléments de lignes conductrices déterminés par les N repliements sont rectilignes. 6. Antenne plane bifilaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que d'une part les éléments de lignes conductrices sont équidistants les uns des autres et d'autre part l'accroissement l est constant à chaque repliement. 7. Antenne plane bifilaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que la distance entre deux éléments de lignes parallèles consécutifs variant avec l'éloignement du premier de ces éléments de lignes par rapport au point 0 d'alimentation des deux lignes conductrices (1, 2) selon une fonction prédéterminée, l'accroissement onde la longueur électrique d'une des lignes conductrices (2) varie selon cette même fonction. 8. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux lignes conductrices (1, 2) sont fixées de part et d'autre d'une même plaque diélectrique (10). 9. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une surface réfléchissante (11) plane parallèle aux plans de la ligne bifilaire et située à une distance voisine du quart de la longueur d'onde moyenne de l'antenne. 10. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une surface réfléchissante plane (ll) passant par le point 0 et faisant avec le plan de l'antenne bifilaire un angle p de façon à ce que chaque élément de ligne soit distant du plan réfléchissant d'une longueur égale approximativement à la moitié de la longueur du morceau de ligne considéré. 11. Antenne radar, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux antennes planes bifilaires connectées en parallèles ou en série ou alimentées séparemment en phase ou en opposition de phase, selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Inventors: RANNOU, JEAN
Applicants: THOMSON-CSF
Application year: 1980
Main classification: H01Q11
IPC codes: H01Q11, H01Q13