EP0626736A1 - Omnidirectional radio frequency antenna and its application in a radar transponder - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention a pour objet une antenne radioélectrique omnidirectionnelle et son application à un répondeur radar en particulier, mais non exclusivement des balises, notamment des balises de détresse.The subject of the invention is an omnidirectional radio antenna and its application to a radar responder in particular, but not exclusively to beacons, in particular distress beacons.
Pour diverses applications, en particulier pour le repérage d'un mobile, on cherche à construire des antennes radioélectrique omnidirectionnelles, en particulier dans le plan, c'est-à-dire en polarisation horizontale, de faible encombrement et faible poids, et de technologie robuste, compte tenu des applications, en particulier pour des balises de détresse pouvant être utilisées par des explorateurs, navigateurs, etc...For various applications, in particular for locating a mobile, it is sought to construct omnidirectional radio antennas, in particular in the plane , that is to say in horizontal polarization, of small bulk and low weight, and of robust technology, taking into account the applications, in particular for distress beacons which can be used by explorers, navigators, etc ...
Les antennes radioélectriquement similaires proposées aujourd'hui appartiennent généralement à deux types.The radioelectric similar antennas proposed today generally fall into two types.
Selon le premier type, l'antenne est composée d'un guide d'ondes plat dans lequel ont été usinées deux fentes rayonnantes, le guide d'ondes plat étant placé entre deux plans réflecteurs formés par exemple par des plaques métalliques. Les rendements de telles antennes sont très médiocres.According to the first type, the antenna is composed of a flat waveguide in which two radiating slots have been machined, the flat waveguide being placed between two reflective planes formed for example by metal plates. The yields of such antennas are very poor.
Selon une autre technique, on utilise un circuit imprimé, sur lequel sont gravés plusieurs réseaux d'antennes sur un substrat suffisamment souple pour être conformé en cylindre rayonnant. Il s'agit d'une technique relativement coûteuse, le rendement d'émission restant faible et l'antenne fragile.According to another technique, a printed circuit is used, on which are engraved several arrays of antennas on a sufficiently flexible substrate to be shaped as a radiating cylinder. It is a relatively expensive technique, the emission efficiency remaining low and the antenna fragile.
L'invention se rapporte à une antenne radioélectrique, de construction très robuste, et de caractéristiques radioélectriques supérieures.The invention relates to a radio antenna, of very robust construction, and of superior radio characteristics.
L'antenne radioélectrique conforme à l'invention est du type comportant :
- un circuit imprimé plan, sur lequel sont gravés les dipôles rayonnants,
- un réflecteur radioélectrique placé derrière les dipôles sensiblement en symétrie de chaque côté du plan dudit circuit imprimé et se caractérise en ce que :
- ledit circuit imprimé plan se présente sous la forme d'une galette plate, à la périphérie de laquelle sont formés les dipôles rayonnants, et
- en ce que ledit réflecteur se présente sous la forme de deux surfaces symétriques par rapport au plan de la galette et allant en s'évasant depuis le plan de ladite galette jusqu'aux bords extérieurs de l'antenne.
- a flat printed circuit, on which the radiating dipoles are engraved,
- a radio reflector placed behind the dipoles substantially in symmetry on each side of the plane of said printed circuit and is characterized in that:
- said flat printed circuit is in the form of a flat wafer, at the periphery of which the radiating dipoles are formed, and
- in that said reflector is in the form of two surfaces symmetrical with respect to the plane of the wafer and flaring from the plane of said wafer to the outer edges of the antenna.
Selon une réalisation avantageuse, le réflecteur se présente sous la forme de deux troncs de pyramide accolés par leurs petites bases en enserrant entre eux ledit circuit plan.According to an advantageous embodiment, the reflector is in the form of two pyramid trunks joined by their small bases by enclosing between them said flat circuit.
Par exemple, le tronc de pyramide est à section carrée, quatre dipôles rayonnants étant ainsi disposés angulairement à 90° les uns des autres au droit de chaque face des deux troncs de pyramide disposés en vis-à-vis, entre lesquels le circuit plan est disposé. Dans une telle réalisation, les quatre dipôles peuvent être alimentés en phase, l'antenne rayonnant alors dans toutes les directions du plan horizontal avec une puissance convenable pour un angle de site, par exemple de 60°.For example, the pyramid trunk has a square section, four radiating dipoles being thus angularly arranged at 90 ° to each other in line with each face of the two pyramid trunks arranged opposite, between which the planar circuit is willing. In such an embodiment, the four dipoles can be supplied in phase, the antenna then radiating in all directions of the horizontal plane with a power suitable for a site angle, for example of 60 °.
L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :The invention and its implementation will appear more clearly with the aid of the description which follows, given with reference to the appended drawings, in which:
La figure 1 est une vue en coupe d'une antenne conçue selon l'invention.Figure 1 is a sectional view of an antenna designed according to the invention.
La figure 2 montre, à un peu plus grande échelle, le tronc de pyramide inférieur de l'antenne.Figure 2 shows, on a slightly larger scale, the lower pyramid trunk of the antenna.
Les figures 3 et 4 sont des vues faites respectivement selon les flèches III et IV de la figure 2.Figures 3 and 4 are views taken respectively according to arrows III and IV of Figure 2.
La figure 5 montre, comme la figure 2, le tronc de pyramide supérieur de l'antenne.Figure 5 shows, like Figure 2, the upper pyramid trunk of the antenna.
Les figures 6 et 7 sont des vues faites respectivement selon les flèches VI et VII de la figure 5.Figures 6 and 7 are views made respectively according to arrows VI and VII in Figure 5.
La figure 8 montre le circuit imprimé plan vu par-dessus et la figure 9, le même circuit vu par-dessous.FIG. 8 shows the plan printed circuit seen from above and FIG. 9 the same circuit seen from below.
La figure 10, qui constitue une superposition des figures 6 et 8, montre la coopération du circuit imprimé avec les réflecteurs.Figure 10, which is a superposition of Figures 6 and 8, shows the cooperation of the printed circuit with the reflectors.
La figure 11 est un diagramme illustrant la répartition de la puissance rayonnée par l'antenne en gisement.FIG. 11 is a diagram illustrating the distribution of the power radiated by the antenna in field.
La figure 12 montre schématiquement la conformation du réflecteur de l'antenne selon une variante de réalisation.FIG. 12 schematically shows the configuration of the antenna reflector according to an alternative embodiment.
En se reportant tout d'abord à la figure 1, on aperçoit les éléments principaux de l'antenne référencée dans son ensemble 10 et composée d'une galette plate 11 portant le circuit imprimé résonnant, cette galette étant montée assemblée entre deux troncs de pyramide accolés par leurs petites bases, référencés respectivement pour le tronc de pyramide inférieur 12 et pour le tronc de pyramide supérieur 13. La constitution particulière de ces trois éléments : galette plate et troncs de pyramide, apparaîtront plus en détails en relation avec la description des figures 2 à 9. Dans le mode de réalisation illustré, chaque tronc de pyramide est à section carrée et se termine du côté de sa grande base par une paroi annulaire cylindrique circulaire. Le tronc de pyramide inférieur 12 reçoit, sur sa face transversale 14, le connecteur 15 électrique d'alimentation de l'antenne qui est relié au centre du circuit imprimé, comme il sera décrit plus en détail plus loin.Referring first to Figure 1, we see the main elements of the antenna referenced as a whole 10 and composed of a
Du fait des quatre faces réparties à 90° autour de l'axe central Z'Z de l'antenne, l'antenne rayonne dans un plan horizontal dans les quatre directions de l'espace, le faisceau de rayonnement ayant été schématisé en 16 dans une direction.Because of the four faces distributed at 90 ° around the central axis Z'Z of the antenna, the antenna radiates in a horizontal plane in the four directions of space, the radiation beam having been shown diagrammatically at 16 in a direction.
On se réfèrera maintenant aux figures 2, 3 et 4, en relation avec lesquelles on va décrire tout d'abord la constitution du tronc de pyramide inférieur 12. Ce tronc de pyramide peut être avantageusement constitué d'une paroi métallique, par exemple d'un alliage léger formant réflecteur d'ondes. Cette paroi pourrait également être constituée par exemple en matériau plastique moulé de qualité appropriée convenablement métallisé.We will now refer to Figures 2, 3 and 4, in relation with which we will first describe the constitution of the
Dans la réalisation illustrée, le réflecteur inférieur 12 comporte une paroi de fond 14, quatre parois formant les faces latérales 17, 18, 19, 20 du tronc de pyramide à section carrée, et se termine du côté de la grande base par une paroi latérale formant jupe 21 à section cylindrique circulaire. Sur la face transversale 14 du réflecteur sont formés un certain nombre d'orifices, à savoir :
- un orifice central 22 permettant de réaliser la connexion électrique avec le circuit imprimé de la
plaque galette 11, - quatre
orifices 23 pour la fixation sous le réflecteur inférieur duconnecteur 15, - quatre
orifices 24 pour la fixation par des vis de lagalette 11 de circuit imprimé sur le réflecteur inférieur, - quatre
orifices 25 pour l'assemblage des trois composants de l'antenne,réflecteur 12,galette 11,réflecteur 13, cette liaison se faisant par exemple au moyen de quatre vis, tel qu'illustré 26 à la figure 1.
- a
central orifice 22 making it possible to make the electrical connection with the printed circuit of thewafer plate 11, - four
holes 23 for fixing under the lower reflector of theconnector 15, - four
holes 24 for fixing by screw thewafer 11 of the printed circuit on the lower reflector, - four
holes 25 for assembling the three components of the antenna,reflector 12,wafer 11,reflector 13, this connection being made for example by means of four screws, as illustrated 26 in FIG. 1.
On note en outre la présence de quatre encoches 27 formées dans la paroi transversale 14 du réflecteur 12, et qui se trouvent au regard de l'endroit où passent les lignes d'alimentation des dipôles comme il sera expliqué plus loin. Ces encoches ou décrochements ont pour objet de ne pas perturber l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation reliant les brins rayonnants du circuit imprimé de l'antenne.We also note the presence of four
En se reportant maintenant aux figures 5, 6 et 7, on décrira la constitution du réflecteur supérieur 13.Referring now to FIGS. 5, 6 and 7, the constitution of the
On retrouve la forme générale de tronc de pyramide se terminant par une collerette cylindrique circulaire. Pour simplification de la description, les parties similaires qu'on retrouve sur les deux réflecteurs, sont référencées sur le réflecteur supérieur par les mêmes nombres, indicés "prime" ('). On retrouve ainsi les quatre faces formant plans réflecteurs 17', 18', 19', 20', homologues des plans réflecteurs 17, 18, 19, 20 et qui, dans la position d'assemblage de l'antenne se trouvent en vis-à-vis. On retrouve également les quatre orifices 25' d'assemblage par les vis 26 de l'ensemble. On note que ces vis se trouvent en alignement avec les diagonales 28, 28' séparant les faces des deux réflecteurs. On note, sur les figures 2 et 5, que, dans l'exemple illustré, les faces des réflecteurs forment sensiblement un angle de 45° avec le plan médian de l'antenne, dans lequel est situé le circuit plan résonnant, de sorte que, comme illustré à la figure 1, l'angle d'ouverture entre les plans réflecteurs, est de l'ordre de 90°.We find the general shape of a pyramid trunk ending in a circular cylindrical collar. For simplification of the description, the similar parts found on the two reflectors are referenced on the upper reflector by the same numbers, indexed "prime" ('). We thus find the four faces forming reflective planes 17 ', 18', 19 ', 20', homologous to the
Aux figures 5 et 6, on note les encoches 27' formant ouvertures qui laisseront passer sans contact les brins d'alimentation des dipôles du circuit rayonnant.In FIGS. 5 and 6, the
Contrairement au réflecteur inférieur, le réflecteur supérieur est évidé dans son centre, c'est-à-dire qu'il comporte une ouverture référencée 29 aux dessins.Unlike the lower reflector, the upper reflector is hollowed out in its center, that is to say that it has an opening referenced 29 in the drawings.
On se reportera maintenant aux figures 8 et 9, dans lesquelles on décrira la constitution de la galette 11 portant le circuit imprimé rayonnant de l'antenne.Reference will now be made to FIGS. 8 and 9, in which the constitution of the
Ce circuit imprimé est avantageusement réalisé en technique "microstrip", c'est-à-dire comprenant un plan masse, une couche de matériau diélectrique et un circuit imprimé formé sur le matériau diélectrique.This printed circuit is advantageously produced in "microstrip" technique, that is to say comprising a ground plane, a layer of dielectric material and a printed circuit formed on the dielectric material.
A la figure 8, on aperçoit par dessus le circuit imprimé et à la figure 9, le plan masse par-dessous avec, en son centre, une partie métallisée 30 en liaison avec les quatre branches 32 (dont deux seulement ont été référencées pour ne pas surcharger le dessin) des quatre lignes d'alimentation des quatre dipôles rayonnants 33, 34, 35, 36. Une vis traversante 31 peut assurer la connexion avec le connecteur électrique 15.In FIG. 8, we see above the printed circuit and in FIG. 9, the ground plane from below with, in its center, a
Comme on le voit à la figure 8, chaque dipôle est alimenté par deux brins rayonnants tels que 37, 38, excités en opposition de phase, cette opposition étant créée par un répartiteur de puissance constitué par un anneau interrompu 39, l'impédance caractéristique de chaque bras de l'anneau pouvant être de l'ordre de 100 ohms. En 40, on aperçoit à l'entrée de chaque ligne bifilaire, après le connecteur, une barrette d'adaptation.As can be seen in FIG. 8, each dipole is supplied by two radiating strands such as 37, 38, excited in phase opposition, this opposition being created by a power distributor constituted by an
Selon une variante (non représentée) les deux éléments de chacun des dipôles situés sur la face supérieure de la galette 11, pourraient être excités par des lignes imprimées placées sur la face inférieure de la galette, en opposition avec les dipôles.According to a variant (not shown) the two elements of each of the dipoles located on the upper face of the
On notera la disposition en forme de "tête de flèche" de chaque paire de dipôles 33, 34, 35, 36, laquelle s'avère particulièrement efficace. D'autres formes cependant peuvent être choisies, par exemple en T avec la barre du T située à la périphérie de la galette.Note the arrangement in the form of an "arrowhead" of each pair of
Pour faciliter le montage de l'ensemble, la galette 11 portant le circuit imprimé comporte avantageusement quatre orifices référencés 24'', qui se trouvent en regard des orifices 24 formés dans la paroi latérale 14 du réflecteur inférieur et qui permettent de fixer la plaquette sur le réflecteur inférieur au moyen de quatre vis (non représentées), qui vont se trouver au centre des anneaux 39 jouant le rôle de répartiteur de puissance, comme indiqué ci-dessus.To facilitate assembly of the assembly, the
On conçoit que la fabrication et l'assemblage de l'antenne ainsi constituée sont particulièrement rapides et économiques. Bien sûr, nombre de variantes à cet assemblage peuvent être prévues, et par exemple, les connexions entre le circuit imprimé et le connecteur 15 peuvent être obtenues par soudure de l'un à l'autre au niveau de l'orifice 31 formé dans la plaquette du circuit imprimé.It is understood that the manufacture and assembly of the antenna thus formed are particularly rapid and economical. Of course, a number of variants of this assembly can be provided, and for example, the connections between the printed circuit and the
Dans un exemple de réalisation d'une antenne fonctionnant en bande X, on a prévu les dimensions indiquées ci-après :
- diamètre de la galette portant le circuit imprimé : 62 mm
- distance séparant le répartiteur de puissance 39 de l'extrémité du dipôle correspondant : 20 mm
- diamètre de la jupe 21, 21' des réflecteurs : 70 mm
- hauteur de l'assemblage (parallèlement à l'axe Z'Z) : 60 mm.
- diameter of the wafer carrying the printed circuit: 62 mm
- distance between the
power distributor 39 from the end of the corresponding dipole: 20 mm - diameter of the
skirt 21, 21 'of the reflectors: 70 mm - height of the assembly (parallel to the axis Z'Z): 60 mm.
Des mesures effectuées sur une antenne ainsi conçue, fonctionnant dans la gamme de fréquences 9200/9500 MHz, ont donné les résultats suivants.Measurements carried out on an antenna thus designed, operating in the frequency range 9200/9500 MHz, gave the following results.
Le taux d'ondes stationnaires mesuré est inférieur à 1,5.The measured standing wave rate is less than 1.5.
Les caractéristiques de rayonnement relevées à partir des résultats de mesure sont les suivantes :
L'antenne constituée selon l'invention peut être considérée comme ayant une configuration optimisée tant au niveau du circuit imprimé, qui réduit les pertes en lignes, qu'au niveau du réflecteur qui est parfaitement adapté.The antenna constituted according to the invention can be considered to have an optimized configuration both at the level of the printed circuit, which reduces line losses, and at the level of the reflector which is perfectly adapted.
Bien entendu, diverses variantes peuvent être apportées à la réalisation décrite. Par exemple, en vue d'augmenter la puissance rayonnée, et ce à partir d'un appareillage équivalent, il est possible, au lieu d'alimenter en phase les quatre dipôles rayonnants de l'antenne, de les alimenter successivement, par exemple au moyen d'une alimentation commutée électronique par diodes PIN, ce qui permet pratiquement de doubler la portée de l'antenne pour une même puissance d'émission.Of course, various variants can be made to the embodiment described. For example, in view to increase the radiated power, and this from an equivalent apparatus, it is possible, instead of supplying the four radiating dipoles of the antenna in phase, to supply them successively, for example by means of a supply electronically switched by PIN diodes, which practically doubles the range of the antenna for the same transmitting power.
Ainsi, en référence à la figure 10, dans ce cas, au lieu d'émettre sur 360° en gisement, on n'émettra que sur 90°, et de façon optimale, dans un faisceau de l'ordre de 45° centré autour de chaque dipôle rayonnant.Thus, with reference to FIG. 10, in this case, instead of transmitting over 360 ° in bearing, we will only transmit over 90 °, and optimally, in a beam of the order of 45 ° centered around of each radiating dipole.
A la figure 11, on a illustré la répartition de la puissance rayonnée en fonction de l'angle du gisement, dans le cas d'une antenne omnidirectionnelle; on constate que la puissance de rayonnement est maximale au droit des dipôles, passant par un minimum dans la direction des diagonales comprises entre deux faces successives des réflecteurs, la variation de puissance étant de l'ordre de ± 20 % par rapport à la puissance moyenne rayonnée indiquée pm ; cette variation de puissance en fonction de l'angle de gisement est également illustrée par la courbe de rayonnement C de la figure 10.In FIG. 11, the distribution of the radiated power is illustrated as a function of the angle of the field, in the case of an omnidirectional antenna; it is noted that the radiation power is maximum at the right of the dipoles, passing through a minimum in the direction of the diagonals between two successive faces of the reflectors, the power variation being of the order of ± 20% relative to the average power radiated indicated p m ; this variation in power as a function of the bearing angle is also illustrated by the radiation curve C in FIG. 10.
Bien entendu, l'antenne peut aussi comporter un circuit de réception et constituer ainsi un émetteur-récepteur omnidirectionnel.Of course, the antenna can also include a reception circuit and thus constitute an omnidirectional transceiver.
Bien qu'on ait décrit un exemple dans lequel l'antenne fonctionne dans les quatre quadrants de l'espace, on peut concevoir une construction intégrant un plus grand nombre ou un plus faible nombre de secteurs opérationels, par exemple trois ou cinq.Although an example has been described in which the antenna operates in the four quadrants of space, it is possible to conceive of a construction integrating a greater number or a smaller number of operational sectors, for example three or five.
Au lieu d'utiliser en tant que réflecteur les deux troncs de pyramide opposés décrits ci-dessus, on peut utiliser, comme illustré à la figure 12, un réflecteur 41 ayant une forme générale concave de révolution autour de l'axe z'z de l'antenne et symétrique par rapport au plan de la galette 11. La courbure de la concavité est avantageusement une parabole, bien que d'autres courbures puissent être utilisées selon que l'on souhaite une directivité plus ou moins grande de l'antenne, pouvant même aller jusqu'au choix d'une courbure convexe. Dans tous les cas, le réflecteur va en s'évasant depuis le plan de la galette 11 jusqu'aux bords extérieurs 21, 21' de l'antenne.Instead of using the two opposite pyramid trunks described above as a reflector, one can use, as illustrated in FIG. 12, a
Claims (11)
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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AK | Designated contracting states |
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