Antenne de peau haute temperature

Abstract

 L'invention concerne une antenne de peau haute température, comprenant une antenne imprimée (13, 15) noyée dans une tuile (11) de protection thermique et alimentée par couplage électromagnétique (26).
Application notamment au domaine des télécommunications spatiales.

Description

[0001] L'invention concerne une antenne de peau haute température.

[0002] Une antenne de peau doit être compatible des contraintes aérodynamiques et thermiques que subit l'engin sur laquelle elle est implantée.

[0003] Dans le cas d'un avion spatial la réentrée dans l'atmosphère conduit à des températures excédant les 1000°C, alors que la structure interne de l'avion ne peut dépasser une température de l'ordre de 150°C. Ce problème peut être résolu en utilisant une protection thermique de type feutre d'alumine d'épaisseur approximativement égale à 15 centimètres. Cette protection thermique doit être maintenue à l'extérieur de l'avion, mais la contrainte aérodynamique impose une enveloppe extérieure ayant un état de surface correct. Pour résoudre ce problème il peut être proposé une structure formée d'une tuile extérieure dont le rôle est de maintenir la protection thermique tout en garantissant un état de surface correct vis-à-vis de l'aérodynamisme pour l'enveloppe externe de l'avion.

[0004] L'invention a pour objet une antenne de peau compatible de ce type de protection et qui facilite les interfaces protection thermique/avion interne.

[0005] L'invention propose à cet effet une antenne de peau haute température, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément rayonnant plaqué, placé dans une cavité, à la surface d'une couche de matériau diélectrique cette cavité étant réalisée dans la continuité d'une tuile de protection thermique le fond de la cavité formant plan de masse pour l'élément rayonnant.

[0006] Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles

- la figure 1 illustre schématiquement une protection thermique de l'art connu

- les figures 2 à 5 illustrent schématiquement différents aspect de l'antenne selon l'invention.

[0007] Comme représenté sur la figure 1, la protection thermique d'un avion spatial 10 par exemple est réalisée à l'aide de tuiles 11. Ces tuiles 11 sont maintenues à l'avion 10 par l'emploi d'entretoises 12 assurant un découplage thermique. La haute température conduit à l'utilisation de matériaux composites de carbone.

[0008] Comme représenté sur les figures 2 et 3, qui sont une vue en coupe et une vue de dessus de l'antenne selon l'invention, celle-ci se rapporte à l'utilisation d'un élément rayonnant 13 plaqué, placé dans une cavité 14 réalisée dans la continuité d'une telle tuile 11. En effet le matériau de la tuile contenant du carbone dans une forte proportion peut être considérée vis-à-vis des ondes hyperfréquences comme un conducteur. Ainsi le fond 16 de la cavité 14 est le plan de masse de l'élément rayonnant 13. La cavité 14 est remplie d'un matériau diélectrique 15 haute température. La partie rayonnante 13 de l'antenne est réalisée par un matériau conducteur compatible, lui aussi, des hautes températures (par exemple en composite, en tungstène...).

[0009] L'assemblage de ces différents matériaux est connu de l'homme de l'art.

[0010] A titre indicatif à la fréquence de 2 Gigahertz, en considérant un diélectrique 15 de constante ε _r ≃ 3, les dimensions de la cavité et du "patch" (élément rayonnant) pourraient être les suivantes :
h ≃ 3 mm, a ≃ 35 mm , b ≃ 100 mm.

[0011] Du fait des contraintes de démontabilité de l'antenne, l'invention propose, pour ce type d'antenne de peau, une compatibilité entre les interfaces mécanique et électrique : Une des entretoises 12 de fixation de la tuile 11 sert à positionner la fente de couplage électromagnétique qui sert d'interface électrique avec l'avion.

[0012] Ainsi comme représenté sur la figure 4, l'âme centrale 20 du conducteur d'alimentation antenne (ou "feeder") et l'âme centrale 21 du conducteur interne à l'avion sont couplés au travers d'une fente 22. Sur cette figure 4 est représentée la tuile 11, l'entretoise 12 de fixation considérée ainsi que la structure "froide" 23 de l'avion et son plan de masse 24.

[0013] Ce couplage peut être de type capacitif. Pour assurer la continuité de la peau interne de l'avion la fente 22 peut être réalisée en matériau diélectrique.

[0014] Ainsi l'interface électrique est, dans son principe, démontable. Il ne nécessite aucune autre contrainte de positionnement que la précision de l'interface mécanique tuile/avion. Il n'apporte pas en principe de flux de chaleur supplémentaire au niveau de la peau de l'avion.

[0015] Le "feeder" de l'antenne assure la liaison entre l'interface électrique et l'antenne. Il est réalisé selon un principe proche de celui de l'élément rayonnant.

[0016] Ainsi dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 5, on retrouve la tuile 11 munie d'une cavité 14 à l'intérieur de laquelle est disposé un pavé 15 de diélectrique surmonté de l'élément rayonnant 13. Cette tuile 11 peut être fixée sur l'avion au moyen de quatre entretoises dont l'une, ici représentée, contient la ligne d'alimentation 25 de l'élément rayonnant 13. Cette ligne 25 peut être, par exemple, une ligne microstrip sur un matériau analogue au diélectrique 15, une ligne triplaque ou une ligne coaxiale. On retrouve en 26 le couplage par fente électromagnétique illustré à la figure 4.

[0017] Sur la figure 5 la tuile 11 présente un congé 27 équivalent à un demi guide d'onde sur toute la longueur de la liaison antenne/interface électrique. Ce guide est rempli de diélectrique 15 et le conducteur central 25 du feeder est réalisé en matériau haute température.

[0018] Le diélectrique 15 peut avoir subi un traitement de surface.

[0019] La toile 11 peut être recouverte d'une couche protectrice (radome) de nature différente de celle du diélectrique 15.

[0020] Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention.

Revendications

1/ Antenne de peau haute température, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément rayonnant (13) plaqué, placé dans une cavité (14), à la surface d'une couche de matériau diélectrique (15) cette cavité étant réalisée dans la continuité d'une tuile de protection thermique le fond (16) de la cavité (14) formant plan de masse pour l'élément rayonnant (13).

2/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément rayonnant (15) est alimenté par couplage électromagnétique (26).

3/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la ligne d'alimentation (25) de l'élément rayonnant (15) traverse l'un des éléments de fixation (12) de la tuile (11).

4/ Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que cette ligne d'alimentation (25) est alimentée par couplage électromagnétique au travers d'une fente (22).

5/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément rayonnant (13) est réalisé en un matériau conducteur compatible des hautes températures.

6/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de matériau diélectrique (15) a subi un traitement de surface.

7/ Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu elle comprend une couche protectrice de nature différente de celle de la couche en matériau diélectrique (15).

Dessins