EP0027067B1 - Antenne plane bifilaire à rayonnement transversal et son application aux aériens radars - Google Patents
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- H01Q11/04—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna with parts bent, folded, shaped, screened or electrically loaded to obtain desired phase relation of radiation from selected sections of the antenna
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- H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/206—Microstrip transmission line antennas
Definitions
- the invention relates to a flat two-wire antenna with transverse radiation and its application to radars overhead.
- Antennas which meet these conditions at least partially are known in the prior art, which proposes either antennas of the equiangular spiral type wound on a cone, or of the log-periodic type or else, as in the American patent US-A-3 249 946 in the name of ER Flanagan, an antenna comprising a conductive line having folds inscribed in an envelope made up of two intersecting lines. In this last antenna, the phase center is mobile.
- the above-mentioned antennas although having some of the conditions required, do not have transverse radiation making it possible to produce an antenna which can be accommodated in thin volumes.
- planar antennas with double spiral nested have proposed planar antennas with double spiral nested; but this type of antenna, although broadband in frequency, has a fixed phase center relative to the wavelength used.
- the present invention aims to define a two-wire planar antenna having all the conditions mentioned above and the radiation of which is in a transverse direction.
- the flat two-wire antenna with transverse radiation comprises two conductive lines arranged on two planes parallel symmetrically with respect to the median plane and each having N folds whose envelope is defined by straight lines forming an angle of value a predetermined constant, these two conductive lines differing only by a variation in the electrical length of the same conductive line at the folds, so that two elements of conductive lines belonging to the two planes and delimited by two folds successive are traversed by a phase current for the wavelength used.
- a two-wire line whose conductors are sufficiently close to each other has a very weak radiation because the conductors being traversed by a current in phase opposition, their respective radiations cancel each other out.
- This method is used to create the radiation of the antenna object of the invention.
- Figures 1 and 2 show a first embodiment of an antenna according to the invention seen in perspective and front view. It comprises a dielectric plate 10 limited by two planes P and P 2 , the thickness of which is small, and on which are fixed on either side, and respectively, two conductive metal lines 1 and 2, for example by etching according to the known technique of printed circuits; these lines have N folds which are arranged so as to be inscribed in an opening angle ⁇ .
- FIG. 2 shows a possible geometry of the folds which here are such that they only have right angles and thus delimit elements of straight conductive lines, parallel and equidistant from each other.
- one of the conductive lines 2 is extended by a length 11.1 relative to the other conductive line 1 at each folding.
- ⁇ is not critical since, in combination with the distance d between two consecutive elements of the same conductive line, it only determines the interval ⁇ of wavelength between the maximum radiations.
- a and d are as low as possible, which of course increases the size of the antenna and its difficulty of realization.
- the value given to d is in any case limited below by the coupling phenomena between the elements of neighboring lines.
- FIG. 3 shows a second embodiment of an antenna according to the invention for which the distance between two successive elements of the same conductive line varies in proportion to the distance of these line elements at the feed point 0.
- This variant in the geometry of the folds implies that the variations ⁇ 1 of each fold are proportional to the distance from the feed point 0 of the antenna.
- An elementary antenna as described above can be used for very wide frequency transmission and / or reception of a rectilinear polarized wave, for example in an electromagnetic detection device.
- the combination of at least two of these antennas can be used as an aerial deviation meter; the phase difference between the signals received by two neighboring antennas is then measured, these being able to be supplied either in phase or in phase opposition as shown in FIGS. 7 and 8.
- Arrays of several antennas of this type can be done in many different ways. For a couple of two antennas, it is possible, for example, to arrange them on the same plane and symmetrically with respect to a point or with respect to a straight line of this same plane as shown in the examples corresponding to FIGS. 7 and 8.
- a plane 11 reflecting the electromagnetic waves such as for example a metal plate, can be placed either parallel to this antenna at a distance close to ⁇ M / 4 where ⁇ M is the length mean wave of the antenna, either passing through the point 0 and making an angle ⁇ so that each conductive line element of order 1 is situated relative to the reflecting plane, at a distance equal to half the length electric Ai / 2 of the element considered ⁇ 'order i, that is to say at a distance ⁇ i / 4 measured parallel to the direction of radiation, where ⁇ i is the wavelength corresponding to the resonance of this line element.
- a dielectric plate 12 of suitable index and thickness is fixed on one of the two lines 2 and covering it totally or partially so as to obtain an effect similar to the geometric elongation of one of the two conducting lines .
- the dielectric plate then completely covers one face of the antenna so as to create an electrical elongation ⁇ 1 varying proportionally to the length of the conductive line.
- the dielectric plate occupies only two angular sectors delimited by angles ⁇ " ⁇ ⁇ of vertex 0 and adjacent to the sides of the angle ⁇ .
- a two-wire planar antenna with transverse radiation has thus been described, and its application to radar aerials.
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Description
- 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 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.
- 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 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.
- 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.
- 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 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.
- 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.
- 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.
- 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 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 parallèlement à cette antenne à une distance voisine de λM/4 où λM 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 λi 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.
- 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 PZ, 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.
- On a ainsi décrit une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal, et son application aux aériens radars.
Claims (11)
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.
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (2)
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