FR2497001A1 - RADIO ANTENNA, PARTICULARLY FOR COMMUNICATIONS BETWEEN AIRCRAFT AND SATELLITES - Google Patents
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- H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
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Abstract
Description
La présente invention concerne des antennes radioélectriques et plus précisément des antennes à fentes. Elle concerne notamment mais non exclusivement des antennes à fentes qui peuvent être montées à la partie supérieure du fuselage d'un aéronef afin qu'elles reçoivent les signaux radioélectriques des satellites de navigation. The present invention relates to radioelectric antennas and more specifically to slot antennas. It relates in particular but not exclusively to slot antennas which can be mounted at the top of the fuselage of an aircraft so that they receive radio signals from navigation satellites.
Le système "Navstar" est un système de localisation globale qui nécessite une antenne apte à recevoir des signaux provenant simultanément d'au moins quatre satellites "Navstar". The "Navstar" system is a global positioning system which requires an antenna capable of receiving signals from at least four "Navstar" satellites simultaneously.
Les directions d'arrivée sur l'antenne qui est portée par exemple par un aéronef, peuvent être quelconques dans un hémisphère disposé au-dessus de l'antenne, et elles dépendent de l'orientation de l'aéronef, des satellites choisis pour la réception et de l'heure de la journée. Un diagramme avantageux de rayonnement pour une telle antenne est de type hémisphérique et polarisé circulairement.The directions of arrival on the antenna which is carried for example by an aircraft, can be arbitrary in a hemisphere disposed above the antenna, and they depend on the orientation of the aircraft, of the satellites chosen for the reception and time of day. An advantageous radiation pattern for such an antenna is of the hemispherical type and circularly polarized.
Une antenne connue qui peut être utilisée pour la réception des signaux des satellites "Navstar" est décrite dans l'article "Conformal Microstrip Antennae and
Microstrip Phased Arrays", de R.E. Munson, IEEE Trans.A known antenna which can be used for reception of signals from "Navstar" satellites is described in the article "Conformal Microstrip Antennae and
Microstrip Phased Arrays ", from RE Munson, IEEE Trans.
AP-22 N01, p. 74-78 (janvier 1974). Dans un mode de réalisation, l'antenne connue comporte une plaque conductrice circulaire séparée d'un plan de masse par une feuille diélectrique. Cette antenne, surtout lorsqu'on l'utilise sur un aéronef, présente un gain peu important lorsqu'elle reçoit des signaux provenant de satellites d'une faible hauteur.AP-22 N01, p. 74-78 (January 1974). In one embodiment, the known antenna comprises a circular conductive plate separated from a ground plane by a dielectric sheet. This antenna, especially when used on an aircraft, has little gain when it receives signals from satellites of low height.
L'invention concerne une antenne radioélectrique comprenant un résonateur à disques à microbandes plates, comprenant des disques conducteurs supérieur et inférieur distants, un dispositif de connexion d'alimentation raccordé au disque supérieur, et un dispositif de support du résonateur au-dessus d'un plan de masse, les disques se trouvant dans des plans parallèles au plan de masse, le disque inférieur étant à une distance de ce plan de masse qui est comprise entre 0,25 et 0,1 fois la longueur d'onde A. The invention relates to a radio antenna comprising a disc resonator with flat microstrip discs, comprising distant upper and lower conductive discs, a power connection device connected to the upper disc, and a device for supporting the resonator above a ground plane, the discs being in planes parallel to the ground plane, the lower disc being at a distance from this ground plane which is between 0.25 and 0.1 times the wavelength A.
Le dispositif de support est de préférence réalisé de manière qu'il porte le résonateur à disques de sorte que le disque inférieur se trouve à 0,1G i au-dessus du plan de masse. Le résonateur à disques à microbandes plates peut être de construction stratifiée et comprend un disque diélectrique solide auquel sont fixés les disques supérieur et inférieur, et le dispositif de support peut être fixé à la face inférieure du disque conducteur inférieur. The support device is preferably made so that it carries the disc resonator so that the lower disc is 0.1 G i above the ground plane. The flat microstrip disc resonator can be of laminate construction and includes a solid dielectric disc to which the upper and lower discs are attached, and the support device can be attached to the underside of the lower conductive disc.
L'antenne peut en outre comporter des lignes reliées au dispositif de connexion d'alimentation, ces lignes passant par un ou plusieurs trous formés dans le disque conducteur inférieur et en étant isolées. The antenna may also include lines connected to the power connection device, these lines passing through one or more holes formed in the lower conductive disc and being isolated.
Le dispositif de support peut comprendre un montant ayant une configuration qui n'introduit qu'une faible traînée aérodynamique et il peut comprendre un dispositif permettant la fixation du montant sur le plan de masse qui peut être une enveloppe conductrice externe de l'aéronef. The support device can comprise an upright having a configuration which introduces only a small aerodynamic drag and it can comprise a device allowing the mounting of the upright on the ground plane which can be an external conductive envelope of the aircraft.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 représente un résonateur à disques à microbandg conductrices plates de type connu
la figure 2 représente un autre résonateur connu à disques à microbandes oenductrices, ayant une alimentation coplanaire par des microbandes plates conductrices
la figure 3 est une vue en plan d'une antenne radioélectrique selon l'invention ;
la figure 4 est une élévation en coupe partielle suivant la ligne X-X de l'antenne de la figure 3
la figure 5 est un graphique qui représente les diagrammes de rayonnement de l'antenne de la figure 3 et d'une autre antenne dans un plan vertical ;
la figure 6 est une coupe d'un autre mode de réalisation d'antenne selon l'invention ; et
la figure 7 est une perspective de l'antenne de la figure 6.Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the appended drawings in which
FIG. 1 represents a resonator with flat conductive microbandg discs of known type
FIG. 2 represents another known resonator with discs with enductive microstrips, having a coplanar supply by flat conductive microstrips
Figure 3 is a plan view of a radio antenna according to the invention;
Figure 4 is a partial sectional elevation along line XX of the antenna of Figure 3
Figure 5 is a graph showing the radiation patterns of the antenna of Figure 3 and of another antenna in a vertical plane;
Figure 6 is a section of another embodiment of antenna according to the invention; and
FIG. 7 is a perspective of the antenna of FIG. 6.
La figure 1 représente une antenne connue à microbande conductrice plate, comprenant un disque métallique 1 séparé d'un conducteur 3 formant un plan de masse par une feuille diélectrique 2 formée de polytétrafluoréthylène. FIG. 1 represents a known antenna with flat conductive microstrip, comprising a metal disc 1 separated from a conductor 3 forming a ground plane by a dielectric sheet 2 formed of polytetrafluoroethylene.
Des lignes électriques 4 et 5 d'alimentation d'un coupleur hybride à 90" (non représenté) passent à travers la feuille diélectrique 2 et sont soudées à la face inférieure du disque. Celui-ci a un diamètre A/3, X étant la longueur d'onde du rayonnement émis. Une fente annulaire formée entre le disque 1 et une partie du conducteur 3, au-dessous de la périphérie du disque, émet un rayonnement polarisé circulairement lorsqu'un courant est transmis aux lignes 4 et 5 d'alimentation, Le gain de l'antenne est le plus élevé vers le haut et le long de l'axe du disque. Lorsqu'elle est montée sur un plan de masse de dimension importante par rapport à la longueur d'onde du rayonnement émis, le diagramme d'émission, dans le plan vertical, est représenté par la courbe
A de la figure 5.La polarisation est linéaire dans le plan de masse car le champ électrique, au niveau de la surface conductrice, est très atténué. Le gain de l'antenne, à 100 de hauteur (voir figure 5) est inférieur d'environ 13 dB au gain le long de l'axe du disque. Ainsi, une telle antenne ayant un disque monté sur un conducteur formant un plan de masse faisant partie de l'enveloppe du fuselage de l'aéronef, bien qu'ayant une faible traînée souhaitable, possède un gain réduit pour les faibles hauteurs.Power lines 4 and 5 for supplying a 90 "hybrid coupler (not shown) pass through the dielectric sheet 2 and are welded to the underside of the disc. The disc has a diameter A / 3, X being the wavelength of the emitted radiation. An annular slot formed between the disc 1 and a part of the conductor 3, below the periphery of the disc, emits circularly polarized radiation when a current is transmitted to lines 4 and 5 d power supply, the gain of the antenna is highest up and along the axis of the disc. When it is mounted on a mass plane of large dimension compared to the wavelength of the emitted radiation , the emission diagram, in the vertical plane, is represented by the curve
A of FIG. 5. The polarization is linear in the ground plane because the electric field, at the level of the conductive surface, is very attenuated. The gain of the antenna, at 100 height (see Figure 5) is about 13 dB lower than the gain along the axis of the disc. Thus, such an antenna having a disc mounted on a conductor forming a ground plane forming part of the envelope of the fuselage of the aircraft, although having a desirable low drag, has a reduced gain for low heights.
La figure 2 représente une autre antenne connue à microbandes plates conductrices, comportant un disque métallique 6 séparé d'un conducteur 13 formant un plan de masse par un diélectrique comme dans le mode de réalisation de la figure 1. L'antenne est alimentée par un coupleur 9 à 3 dB ayant une ligne de dérivation à microbandes conductrices plates,par l'intermédiaire de lignes 7, 8 d!accord. Le coupleur 9 a des bornes d'alimentation 11, 12. FIG. 2 shows another known antenna with flat conductive microstrips, comprising a metal disc 6 separated from a conductor 13 forming a ground plane by a dielectric as in the embodiment of FIG. 1. The antenna is supplied by a 9 to 3 dB coupler having a branch line with flat conductive microstrips, through lines 7, 8! The coupler 9 has supply terminals 11, 12.
Les figures 3 et 4 représentent une antenne expérimentale selon l'invention. Cette antenne comporte un disque 18 de cuivre qui est alimenté électriquement en-des points qui se trouvent sur des axes orthogonaux, par des lignes 19 et 20 d'alimentation et un coupleur hybride à 900 à 3 dB. Un second disque 28 de cuivre qui est coaxial au disque 18 et a le même diamètre, est séparé de ce disque par une feuille 21 de polyrétrafluoréthylène. Les lignes 19, 20 d'alimentation passent par des trous formés dans le second disque 28 et sont isolées par rapport à ce second disque. Les disques 18, 28 et la feuille 21 forment une structure stratifiée-qui est supportée par un tube 26 formé d'une matière isolante de l'électricité.Le tube 26 peut coulisser de façon réglable dans un organe annulaire 22 de montage fixé à la face inférieure d'un conducteur 27 formant un plan de masse ayant une forme générale de disque, ayant une partie supérieure séparée de a face inférieure du disque 28 d'une distance d mesurée verticalement. On constate que lorsque cette distance d est égale à 0,î6 A, le diagramme de rayonnement obtenu est celui de la courbe B de la figure 5. Une quantité importante d'énergie est rayonnée au-dessous du plan du disque 18 lorsque celui-ci a un petit plan local de masse. Les champs émis vers le bas sont en opposition de phase par rapport à ceux qui sont émis vers le haut.Si la position du tube 26 est réglée de manière que le disque 28 soit au contact du plan de masse puis soit soulevé progressivement avec augmentation de la distance d jusqu'à 0,25 X, on note que le gain de rayonnement vers le haut, suivant l'axe du disque, diminue mais que le gain aux faibles hauteurs augmente. Pour une hauteur de 100 et une distance d = 0,16 A, on obtient un gain de 4 dB par rapport au gain obtenu pour d = 0. L'optimisation du diagramme de rayonnement, obtenue de cette manière, est réalisée avec des points fixes d'alimentation le long de diamètres orthogonaux du disque 18. On peut obtenir une optimisation meilleure par variation de la position des points d'alimentation. La feuille de polytétrafluoréthylène 21 a une épaisseur de 1,59 mm et une largeur de bande,pour un rapport d'amplitudes de 2/1 et pour chacune des alimentations 19, 20, de 1,3 %, la bande étant centrée à 1575 MHz. Lorsque l'épaisseur de la feuille 21 de polytétrafluoréthylène est portée à 3,18 mm, on peut obtenir une meilleure réception des signaux du système "Navstar" dans la bande de fréquences L1. Figures 3 and 4 show an experimental antenna according to the invention. This antenna comprises a copper disc 18 which is electrically supplied at points which are on orthogonal axes, by supply lines 19 and 20 and a hybrid coupler at 900 to 3 dB. A second copper disc 28 which is coaxial with the disc 18 and has the same diameter, is separated from this disc by a sheet 21 of polyretrafluoroethylene. The supply lines 19, 20 pass through holes formed in the second disc 28 and are insulated with respect to this second disc. The discs 18, 28 and the sheet 21 form a laminated structure which is supported by a tube 26 formed of an electrically insulating material. The tube 26 can slide in an adjustable manner in an annular mounting member 22 fixed to the underside of a conductor 27 forming a ground plane having a general disc shape, having an upper part separated from the underside of the disc 28 by a distance d measured vertically. It can be seen that when this distance d is equal to 0.16 A, the radiation diagram obtained is that of curve B in FIG. 5. A large quantity of energy is radiated below the plane of the disc 18 when the latter this has a small local ground plan. The fields emitted downward are in phase opposition with respect to those emitted upward. If the position of the tube 26 is adjusted so that the disc 28 is in contact with the ground plane and then is raised gradually with increase in the distance d up to 0.25 X, it is noted that the gain of radiation upwards, along the axis of the disc, decreases but that the gain at low heights increases. For a height of 100 and a distance d = 0.16 A, a gain of 4 dB is obtained compared to the gain obtained for d = 0. The optimization of the radiation diagram, obtained in this way, is carried out with points fixed feed along orthogonal diameters of the disc 18. A better optimization can be obtained by varying the position of the feed points. The polytetrafluoroethylene sheet 21 has a thickness of 1.59 mm and a strip width, for an amplitude ratio of 2/1 and for each of the supplies 19, 20, of 1.3%, the strip being centered at 1575 MHz. When the thickness of the polytetrafluoroethylene sheet 21 is increased to 3.18 mm, it is possible to obtain better reception of the signals of the "Navstar" system in the frequency band L1.
Les figures 6 et 7 représentent une autre antenne selon l'invention, ayant une forme prévue pour un montage sur un fuselage d'aéronef ou une autre partie d'une structure d'un aéronef. L'antenne comprend un disque circulaire 29 d'aluminium qui est alimenté électriquement par un coupleur hybride à 900 de 3 dB (non représenté) par l'intermédiaire de fils 33, 34. Un second disque 31 d'aluminium est séparé du disque 29 par un disque 30 de polytétrafluoréthylène ayant une épaisseur de 3,18 mm, les disques étant collés l'un à l'autre sous forme d'un stratifié qui est supporté par un organe de matière plastique armée de fibres de verre, ayant une ailette verticale 32 et une base 36 en forme de bride. Figures 6 and 7 show another antenna according to the invention, having a shape intended for mounting on an aircraft fuselage or another part of an aircraft structure. The antenna comprises a circular disc 29 of aluminum which is electrically supplied by a hybrid coupler at 900 of 3 dB (not shown) via wires 33, 34. A second disc 31 of aluminum is separated from the disc 29 by a disc 30 of polytetrafluoroethylene having a thickness of 3.18 mm, the discs being glued to each other in the form of a laminate which is supported by a member of plastic material reinforced with glass fibers, having a fin vertical 32 and a base 36 in the form of a flange.
La base 36 est maintenue en place sur une partie supérieure d'un fuselage 37 d'aéronef formé d'un alliage d'aluminium, l'ailette étant alignée sur la direction prévue de l'air sur cette partie du fuselage afin que la structure présente une faible traînée. Les fils 33, 34 passent dans une cavité formée dans l'ailette 32 et dans une virole 35 de matière plastique placée dans un trou du fuselage 37. La distance comprise entre le disque 31 et le fuselage 37 est telle que d = 0,16 X (voir figure 6). The base 36 is held in place on an upper part of an aircraft fuselage 37 formed of an aluminum alloy, the fin being aligned with the direction of air intended for this part of the fuselage so that the structure has a low drag. The wires 33, 34 pass through a cavity formed in the fin 32 and through a plastic shell 35 placed in a hole in the fuselage 37. The distance between the disc 31 and the fuselage 37 is such that d = 0.16 X (see Figure 6).
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8040776 | 1980-12-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2497001A1 true FR2497001A1 (en) | 1982-06-25 |
Family
ID=10518106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8123720A Withdrawn FR2497001A1 (en) | 1980-12-19 | 1981-12-18 | RADIO ANTENNA, PARTICULARLY FOR COMMUNICATIONS BETWEEN AIRCRAFT AND SATELLITES |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3149867A1 (en) |
| FR (1) | FR2497001A1 (en) |
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- 1981-12-16 DE DE19813149867 patent/DE3149867A1/en not_active Withdrawn
- 1981-12-18 FR FR8123720A patent/FR2497001A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3149867A1 (en) | 1982-08-19 |
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