Antenne plane bifilaire à rayonnement transversal et son application aux aériens radars

Description

[0001] L'invention concerne une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal et son application aux aériens des radars.

[0002] 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.

[0003] 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 log-périodique ou bien, comme dans le brevet américain US-A-3 249 946 au nom de E. R. Flanagan, une antenne comprenant une ligne conductrice présentant des repliements inscrits dans une enveloppe constituée de deux droites sécantes. Dans cette dernière antenne, le centre de phase est mobile. Cependant les antennes précitées, bien que présentant certaines des conditions demandées, ne possèdent pas un rayonnement transversal permettant de réaliser une antenne pouvant se loger dans des volumes de faible épaisseur.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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 déux droites formant un angle de valeur a constante prédéterminée, ces deux lignes conductrices ne différant que par une variation àl, 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.

[0007] 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 race 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] Cette méthode est utilisée pour créer le rayonnement de l'antenne objet de l'invention.

[0011] 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 P 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'ouverture α.

[0012] 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 conductrices 2, est rallongée d'une longueur 11.1 par rapport à l'autre ligne conductrice 1 à chaque repliement.

[0013] 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 180° les deux conducteurs sont parcourus par des courants électriques en phase, donc en condition de rayonnement maximal.

[0014] 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.

[0015] Ceci suppose que les deux conditions suivantes sont remplies simultanément pour une longueur d'onde de rayonnement maximum:

- différence de marche de λ/2 entre les lignes conductrices 1 et 2,

- longueur moyenne des éléments de lignes conductrices contenant les points A et B égale à λ/2.

[0016] 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 équidistants; de ce fait les accroissement Δ1, à chaque repliement, de la longueur de la seconde ligne conductrice 2 sont égaux.

[0017] La valeur de α n'est pas critique car elle ne détermine, en combinaison avec la distance d entre deux éléments consécutifs d'une même ligne conductrice, que l'intervalle Δλ de longueur d'onde entre les rayonnements maximaux. Ainsi, si l'on désire que l'antenne présente un accord quasi continu il faut que a 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.

[0018] 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 Δ1 de chaque repliement sont proportionnels à la distance par rapport au point 0 d'alimentation de l'antenne.

[0019] 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 α constante. Une valeur préférentielle de cet angle α est de 90° car elle permet l'association de quatre antennes identiques sur une plaque diélectrique carrée.

[0020] 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 de détection électromagnétique.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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 parallèlement à cette antenne à une distance voisine de λ_M/4 où λ_M est la longueur d'onde moyenne de l'antenne, soit passant par le point 0 et faisant un angle β de façon que chaque élément de ligne conductrice d'ordre 1 soit situé par rapport au plan réfléchissant, à une distance égale a la moitié de la longueur électrique Ai/2 de l'élément considéré α'ordre i, soit à une distance λi/4 mesurée parallèlement à la direction de rayonnement, où λ_i est la longueur d'onde correspondant à la résonance de cet élément de ligne. Ces deux variantes de réalisation sont illustrées par les figures 5 et 6.

[0024] Il est possible, comme cela est montré à la figure 4, dans une variante de réalisation, de supprimer la variation Δ1 de la ligne conductrice 2. Les deux lignes conductrices 1 et 2 étant alors parfaitement symétriques par rapport au plan médian des plans P et P_Z, 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 Δ1 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 Δl est proportionnel à la distance du point 0, la plaque diélectrique n'occupe que deux secteurs angulaires délimités par des angles α"<α de sommet 0 et adjacents aux côtés de l'angle α.

[0025] On a ainsi décrit une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal, et son application aux aériens radars.

Revendications

1. Antenne plane bifilaire à rayonnement transversal comprenant une première et une deuxième lignes conductrices (1, 2) disposées en vis-à-vis sur un premier et un deuxième plans parallèles (P et P 2) respectivement, caractérisée en ce que la première, respectivement deuxième, ligne conductrice (1, 2) présente une pluralité de N repliements délimitant des éléments conducteurs qui sont chacun disposés vis-à-vis d'un élément conducteur de l'autre ligne, forment respectivement une paire avec les éléments conducteurs en vis-à-vis et qui sont contenus dans un secteur du premier, respectivement deuxième, plan limité respectivement par deux droites sécantes constituant l'enveloppe de la première, respectivement deuxième, ligne conductrice (1, 2), et en ce que chaque élément conducteur de la deuxième ligne (2) a une longueur électrique qui est supérieure à celle de l'élément conducteur de la première ligne (1) situé en vis-à-vis et qui est telle qu'au moins deux éléments conducteurs situés en vis-à-vis et formant une paire soient parcourus par des courants en phase et que la longueur moyenne des éléments conducteurs de ladite paire et d'une paire adjacente au moins soit égale à λ/2, où A est la longueur d'onde du rayonnement maximum.

2. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accroissement de la longueur électrique de chaque élément conducteur de la deuxième ligne (2) par rapport à l'élément conducteur de la première ligne (1) situé en vis-à-vis est réalisé, à chaque repliement, par une augmentation (Δ1) de la longueur de la deuxième ligne conductrice (2) par rapport à la longueur de la première (1).

3. Antenne plane bifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accroissement de la longueur électrique de chaque élément conducteur de la deuxième ligne (2) par rapport à l'élément conducteur correspondant de la première ligne (1) situé en vis-à-vis 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 l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les éléments de ligne conducteurs, déterminés par les N repliements, sont parallèles.

5. Antenne plane bifilaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments de ligne conducteurs, déterminés par les N repliements, sont rectilignes.

6. Antenne plane bifilaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments conducteurs de chaque ligne (1, 2) sont équidistants les uns des autres et en ce que l'accroissement de la longueur électrique est constant pour chaque élément conducteur de la deuxième ligne (2).

7. Antenne plane bifilaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que, pour chaque ligne conductrice (1, 2) la distance entre deux éléments conducteurs parallèles consécutifs variant avec l'éloignement du premier de ces éléments de ligne par rapport au point 0 d'alimentation de la ligne conductrice (1, 2) selon une fonction prédéterminée, l'accroissement de la longueur électrique d'une des lignes conductrices (2) varie selon cette même fonction.

8. Antenne plane bifilaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les première et deuxième lignes conductrices (1, 2) sont fixées de part et d'autre d'une même plaque diélectrique (10).

9. Antenne plane bifilaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une surface réfléchissante (11) plane parallèle aux premier et deuxième 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 l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une surface réfléchissante (11) passant par le point 0 et faisant avec le premier ou deuxième plan (P ou P₂) de l'antenne bifilaire un angle (β) tel que chaque élément conducteur de la ligne dudit plan (P ou P 2) soit distant de ladite surface réfléchissante d'une longueur égale sensiblement à la moitié de la longueur électrique dudit élément conducteur.

11. Utilisation dans une antenne radar d'au moins deux antennes planes bifilaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les antennes bifilaires sont connectées en parallèle ou en série ou bien alimentées séparément en phase ou en opposition de phase.

Ansprüche

1. Bifilare Flachantenne mit transversaler Abstrahlung, welche eine erste und zweite Leitung (1, 2) umfasst, die jeweils auf einer ersten und zweiten parallelen Ebene (P, und P₂) einander gegenübergesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste beziehungsweise zweite Leitung (1, 2) eine Mehrzahl von N Falten aufweist, welche Leiterelemente begrenzen, von denen jedes einem Leiterelement der anderen Leitung gegenüber gesetzt ist, jeweils ein Paar mit den gegenüber liegenden Leiterelementen bilden und die in einem Sektor der ersten beziehungsweise zweiten Ebene enthalten sind, die jeweils von zwei geraden Sekanten begrenzt werden welche die Umhüllung der ersten beziehungsweise zweiten Leitung (1, 2) bilden und dadurch, dass jedes Leiterelement der zweiten Leitung (2) eine elektrische Länge hat, die grösser ist als die des Leiterelements der ersten gegenüberliegenden Leitung (1) und die dergestalt ist, dass wenigstens zwei Leiterelemente, die gegenüberliegen und ein Paar bilden, von den Strömen in Phase durchflossen werden und die durchschnittliche Länge der Leiterelemente des Paars und eines angrenzenden Paars wenigstens gleich A/2 sind, worin die Wellenlänge der maximalen Abstrahlung ist.

2. Bifilare Flachantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrösserung der elektrischen Länge jedes Leiterelements der zweiten Leitung (2) im Verhältnis zum gegenüberliegenden Leiterelement der ersten Leitung (1) an jeder Falte durch eine Erhöhung (A1) der Länge der zweiten Leitung (2) im Verhältnis zur Länge der ersten bewirkt wird.

3. Bifilare Flachantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrösserung der elektrischen Länge jedes Leiterelements der zweiten Leitung (2) im Verhältrus zu dem entsprechenden gegenüberliegenden Leiterelement der ersten Leitung durch das Vorhandensein einer Platte aus dielektrischem Material (12), welche vollständig oder teilweise eine Seite der bifilaren Antenne bedeckt, bewirkt wird.

4. Bifilare Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente, welche durch die N Falten bestimmt werden, parallel sind.

5. Bifilare Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente, welche durch die N Falten bestimmt werden, geradlinig sind.

6. Bifilare Flachantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente jeder Leitung (1, 2) in gleichem Abstand voneinander sind und dadurch, dass die Vergrösserung der elektrischen Länge für jedes Leiterelement der zweiten Leitung (2) konstant ist.

7. Bifilare Flachantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Leitung (1,2) der Abstand zwischen zwei parallelen aufeinanderfolgenden Leiterelementen mit der Entfernung des ersten dieser Leiterelemente im Verhältnis zum O-Punkt der Speisung der Leitung (1, 2) entsprechend einer vorherbestimmten Funktion variert, wobei die Vergrösserung der elektrischen Länge einer der Leitungen (2) entsprechend derselben Funktion variert.

8. Bifilare Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Leitung (1, 2) beiderseits der selben dielektrischen Platte (10) befestigt sind.

9. Bifilare Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine reflektierende ebene Oberfläche (11) umfasst, die parallel zur ersten und zweiten Ebene der bifilaren Leitung ist und in einem Abstand von etwa einem Viertel der durchschnittlichen Wellenläge der Antenne liegt.

10. Bifilare Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine reflektierende Oberfläche (11) umfasst, die durch den O-Punkt geht und mit der ersten oder zweiten Ebene (P oder P₂) der bifilaren Antenne einen Winkel (ß) bildet, dergestalt, dass jedes Leiterelement der Leitung der Ebene (P₁ oder P₂) von der reflektierenden Oberfläche sich in einer Entfernung von ungefähr der Hälfte der elektrischen Länge des Leiterelements befindet.

11. Benützung in einer Radarantenne mit wenigstens zwei ebenen bifilaren Antennen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die bifilaren Antennen parallel oder in Reihe geschaltet sind oder in Phase oder Gegenphase getrennt gespeist werden.

Claims

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 P 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 λ/2, in which λ is the wave length of maximal radiation.

2. Plane two-wire aerial according to claim 1, characterized in that the increment of the electric length of each conducting element of the second line 2 with respect to the conducting element of the first line 1 situated facing opposite is realized, at each fold, by an increase (Δ1) of the length of the second conducting line 2 with respect to the first 4.

3. Plane two-wire aerial according to claim 1, characterized in that the increment of the electric length of each conducting element of the second line 2 with respect to the corresponding conducting element of the first line 1 situated facing opposite is realized by the presence of a plate made of dielectric material 12 covering completely or partially one face of the two-wire aerial.

4. Plane two-wire aerial according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the conducting line elements, determined by N folds, are parallel.

5. Plane two-wire aerial according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the conducting line elements, determined by N folds, are rectilinear.

6. Plane two-wire aerial according to claim 5, characterized in that the conducting elements of each line 1,2 are equidistant from one another and in that the increment of the electric length is constant for each conducting element of the second line 2.

7. Plane two-wire aerial according to claim 4, characterized in that, for each conducting line 1, 2 the distance between the two consecutive parallel conducting elements varying with the removal of the first of these line elements with respect to the output point 0 of the conducting line 1, 2 according to a predetermined function, the increment of the electric length of one of the conducting lines 2 varies according to this same function.

8. Plane two-wire aerial according to any of claims 1 to 7, characterized in that the first and second conducting lines 1, 2 are fixed on either side of a single dielectric plate 10.

9. Plane two-wire aerial according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a plane reflecting surface 11 parallel to the first and second planes of the two-wire line and located at a distance close to a quarter of the average wave length of the aerial.

10. Plane two-wire aerial according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a reflecting surface 11 passing through the point 0 and forming with the first or second plane P₁ or P₂ of the two-wire aerial an angle beta so that each conducting element of the line of the said plane P, and P₂ is distant from the said reflecting surface by a length substantially equal to half the electric length of said conducting element.

11. Utilization in a radar scanner of at least two two-wire plane aerials according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the two-wire aerials are connected in parallel or in series or supplied separately in phase or in phase opposition.

Dessins