FR2576717A1 - Antenne duplexee dans l'espace a microbandes - Google Patents
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Abstract
A.L'INVENTION CONCERNE UNE ANTENNE DUPLEXEE DANS L'ESPACE A MICROBANDES. B.DES ENSEMBLES D'ANTENNES DE RECEPTION ET D'EMISSION IMBRIQUES SONT REPARTIS SUR TOUTE UNE ZONE DELIMITEE. CHAQUE ENSEMBLE EST RELIE, A SES EXTREMITES OPPOSEES, A UNE LIGNE D'ALIMENTATION 10, 14; 8, 12 DE SORTE QUE LES ANTENNES DE RECEPTION ETD'EMISSION SONT ASSOCIEES CHACUNE A QUATRE FAISCEAUX. DES LIAISONS D'ALIMENTATION TRAVERSANTE 58 SONT PREVUES ENTRE LES LIGNES D'ALIMENTATION DE RECEPTION ET LES ENSEMBLES DE RECEPTION DE L'ANTENNE, CE QUI PERMET D'UTILISER UNE STRUCTURE A MICROBANDES. C.APPLICATION : ANTENNE A MICROBANDES.
Description
i
La présente invention concerne les antennes à micro-
bandes et a trait notamment à une structure d'antenne à micro-
bandes comprenant des antennes d'émisison et de réception dupléxées dans l'espace. Depuis un certain temps on a pu constater que les antennes duplexées dans l'espace permettent l'utilisation de composants à radiofréquences de moindre coût du fait qu'elles assurent une meilleure isolation du récepteur vis-à-vis du bruit d'émetteur. En outre, on peut
utiliser des émetteurs de haute puissance avec des amplifi-
cateurs à faible bruit permettant aux aéronefs de voler à
de plus grandes altitudes et au-dessus des eaux très calmes.
Lesantennes duplexées dans l'espace connues sont montées côte à côte, ce qui a pour conséquence de doubler environ
l'encombrement, le poids et le coût d'une seule antenne.
Si l'on s'efforce de réduire les dimensions des antennes disposées côté à côte d'un facteur de deux, le gain et la largeur de faisceau dans une des directions sont également
réduits d'unfacteur de deux.
La présente demanderesse a apporté des perfectionnements
à une structure antérieure comprenant deux antennes à micro-
bandes séparées qui sont imbriquées, sur un- seul plan, pour présenter sensiblement le même encombrement qu'une seule antenne. Chacune des antennes imbriquées comprend sa propre
alimentation et chaque ouverture d'antenne produit deux fais-
ceaux pour donner un total de quatre faisceaux. Cette antenne s'applique aux systèmes Doppler d'antennes non duplexées dans l'espace. Chaque faisceau émet et reçoit de l'énergie simultanément. La présente invention permet d'appliquer le
concept d'imbrication aux systèmes duplexés dans l'espace.
La présente invention se compose d'un seul panneau portant des antennes à microbandes duplexées dans l'espace indépendantes imbriquées fournissant quatre faisceaux. Les orifices d'émission alimentent directement une des antennes, tandis que les orifices de réception sont transférés, par l'intermédiaire de plaquettes d'alimentation traversante, 1 l'autre. Du fait d'utiliser des antennes de réception et d'émission séparées, chacune opérant avec quatre faisceaux,
on obtient un maximum de gain pour un encombrement déterminé.
Grâce à un espacement judicieux des ensembles d'antennes, on assure un niveau d'isolation satisfaisant. En outre, la présente conception est en mesure de présenter un rapport signal/bruit significatif, ce qui permet de l'utiliser sur des avions opérant à grandes altitudes avec des niveaux de
puissance significatifs.
Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre une section4d'une structure d'antenne de l'art connu; la figure 2A représente une première moitié de la structure d'antenne conforme à la présente invention; la figure 2B représente une seconde moitié de la structure d'antenne conforme à l'invention; et - la figure 3 montre avec plus de détails la liaison
d'alimentation traversante.
Dans une antenne à microbandes typique du type décrit dans l'art antérieur et représenté sur la figure 1, une seule source d'alimentation, indiquée par le numéro de référence 1, est connectée à une pluralité d'ensembles de pastilles rayonnantes tels que celui représenté en 2. Les pastilles sont des résonnateurs demi-onde, qui rayonnent de l'énergie à partir des bords de la pastille. Pour contrôler la largeur de faisceau, la forme de faisceau et le niveau des lobes latéraux, la quantité d'énergie rayonnée par chaque pastille doit être réglée. L'énergie rayonnée est proportionnelle à la conductance de la pastille, laquelle est liée à la longueur d'onde, à l'impédance de la ligne et à la largeur de la pastille. Ces pastilles sont connectées par des liaisons de phase, telles que celle indiquée en 3, qui déterminent l'angle de faisceau par rapport à l'axe des
ensembles.
Les ensembles constitués par les pastilles et les liaisons de phase sont reliés à la ligne d'alimentation par un transformateur à deux étages 4 qui ajuste la quantité
d'énergie prélevée de l'alimentation 1 par l'ensemble.
L'alimentation se compose d'une série de liaisons de phase 5 de longueurs égales, qui contrôlent l'angle de faisceau dans le plan perpendiculaire aux ensembles. L'alimentation
constitue en outre une structure à onde progressive.
L'énergie disponible en un point déterminé est égaleà 1' énergie d'entrée totale moins l'énergie prelevée par tous les ensembles précédents. Ces structures sont à large bande, n'étant limitées que par le milieu d'émission et la largeur de bande des radiateurs. Dans ce cas, le Q élevé des radiateurs en pastilles a pour effet de limiter la largeur
de bande à quelques pour cent de la fréquence de fonctionn-
ement.
En se référant aux figures 2A et 2B, le numéro de référence 6 indique dans son ensemble la technique de
circuits imprimés permettant d'obtenir par gravure les anten-
nes duplexées dans l'espace imbriquées conformesà la présente invention. Comme on peut le constater, les ensembles occupant des positions impaires sont reliés à des lignes d'alimentation 10 et 14 disposées aux extrémités opposées de ceux-ci, définissant de ce fait l'antenne d'émission de l'invention. Les lignes d'alimentation 8 et 12 sont reliées, par des bornes d'alimentation traversantes que l'on décrira ci-après, aux ensembles occupant des positions paires, réalisant de ce fait une antenne de réception séparée, les antennes de réception et d'émission étant toutes les deux
duplexées dans l'espace dans la zone délimitée par le circui.
imprimé.
Revenant maintenant à la figure 2A, on voit que le point de jonction 16 relie l'alimentation d'émission 10 avec le
premier ensemble impair (supérieur} 17 comprenant cdes trans-
formateurs à des premier et second étages 18 et 20 reliant la ligned'alimentation -0 à des pastilles rayonnantes reliées en série comprenant 22 et 24 séparées, en ce qui concerne la conductivité par des liaisons de phase 26. L'extrémité opposée du premier ensemble en position impaire 17 détermine le point de jonction 29 relié à la ligne d'alimentation d'émission 14. L'ensemble d'émission inférieur, indiqué par le numéro de référence 27 sur la figure 2A, a son extrémité de gauche reliée à la ligne d'alimentation d'émission 10 au niveau du point de jonction 28. L'extrémité opposée de cet ensemble est reliée à la seconde ligne d'alimentation d'émission 14 au niveau du point de jonction 30, comme on le voit sur la figure 2B. Du fait d'envoyer de l'énergie d'émission vers les orifices des lignes.d'alimentation d'émission 1T, 2T, 3T et 4T, quatre faisceaux sont produits,
comme cela est indiqué aux coins des figures 2A et 2B.
Des lignes d'alimentation de réception 8 et 12 sont
orientées parallèlement à leur ligne d'alimentation d'émis-
sion homologue 10 et 14 mais sont isolées par rapport à la planche à circuit et sont situées matériellement sur une face d'un circuit imprimé opposée à celle portant les ensembles. Les liaisons entre les lignes d'alimentation de réception et les ensembles de réception sont réalisées à l'aide de liaisons d'alimentation traversante, comme on va le décrire en relation à la figure 3. La conduction de l'énergie reçue circulant le long de la ligne d'alimentation de réception 18 se fait à des points de prélèvement espacés régulièrement tels que le point de jonction 32 -relié en série avec des transformateurs à deux étages 36 et 38 le long d'une première bande d'alimentation 35, qui se termine en une plaquette d'alimentation traversante 34. Comme l'indique le pointillé, la plaquette d'alimentation traversante 34 est reliée avec la plaquette d'alimentation traversante 40 qui détermine l'extrémité de gauche de l'ensemble en position paire supérieure 39. Ainsi, l'énergie reçue circulant sur la ligne d'alimentation 8 sera communiquée directement aux ensembles en positions paires constituant l'antenne de réception, ces ensembles s'imbriquant avec les
ensembles en positions impaires de l'antenne d'émission.
Comme pour le cas de l'ensemble d'antennes d'émission 17, les liaisons de phase telles que 46 et 48 relient entre elles les pastilles des ensembles de réception reliés en série comprenant 42 et 44. L'extrémité de droite de l'ensemble 39 est reliée à la seconde ligne d'alimentation de réception 12 par des plaquettes d'alimentation traversante
respectives 52 et 50, comme l'indique le pointillé.
Des interconnexions analogues entre les quatre lignes d'alimentation et leurs ensembles respectifs sont répétées de sorte que l'antenne de réception et l'antenne d'émission
sont associées respectivement à quatre faisceaux.
La figure 3 est une vue détaillée de la réalisation
de l'alimentation traversante. A titre d'exemple, on re-
présente la liaison d'alimentation traversante entre les plaquettes 40 et 34. Le plan des ensembles imbriqués 6 est illustré comme étant orienté vers le haut alors que 1' alimentation conductive à travers la bande 35 est orientée vers le bas et leurs plaquettes d'alimentation traversante respectives 40 et 34 sont positionnées selon un alignement espacé. Les ouvertures 54 et 56 sont percés respectivement dans le substrat "1" des ensembles d'antennes et dans le substrat "2" de la bande d'alimentation traversante. Une ouverture élargie 60 est percée dans les plaques en aluminium "1" et "2" solidaires respectivement de la structure d' antenne et de la bande d'alimentation traversante. Les alimentationstraversantes sont complétées par la fixation par soudure de la broche 58 située entre les deux plaquettes
d'alimentation traversantes gravées 40 et 34.
L'isolation entre les antennes d'émission et de réception étant le premier souci, il faut réduire le couplage mutuel entre les ensembles voisins. Evidemment, plus l'espacement entre les ensembles est grand, (espacement d'alimentation), plus l'isolation est élevée. Par contre, pour empêcher la formation de lobes d'ordres supérieures, -35 l'espacement d'alimentation ne devrait pas dépasser la longueur d'onde du substrat, typiquement de 14,9mm (0.59 in.) ON peut choisir un espacement de 15,49mm (0,61 in.) pour optimiser l'isolation et supprimer les faisceaux indésirables. Les motifs anticipés selon cet espacement peuvent produire des lobes d'ordres supérieures au-dessous de 25 dB.
Le couplage mutuel est également fonction de l'aligne-
ment des pastilles voisines. On a constaté expérimentalement que la plus grande isolation s'obtient lorsque les pastilles de l'antenne d'émission sont alignées en face des pastilles de l'antenne de réception. Par conséquent, l'espacement des ensembles des deux antennes peut être choisi à une valeur -a
typique de 11,63 mm(0,485 in.).
Pour obtenir une mise en forme correcte des faisceaux afin d'assurer une correction d'erreurs au-dessus de l'eau, l'invention fait appel à des fonctions d'amplitude séparables gamme-psi. Du fait que l'antenne doit être alimentée depuis les quatre coins, ces fonctions d'amplitude doivent être
pliées pour assurer une mise en forme symétrique des faisceaux.
Les fonctions d'amplitude sont destinées à rayonner la plus grande partie de l'énergie d'entrée dans la première moitié
de l'antenne, en minimisant l'effet du pli.
Conformément à l'invention décrite ci-dessus, on apprécie qu'une antenne duplexée dans l'espace à microbandes imbriquées est obtenue qui comprend des antennes séparées de réception et d'émission, chacune étant associée à quatre faisceaux pour optimiser la capacité d'exploitation d'énergie dans
une zone fixe avec un rapport signal-bruit associé élevé.
Du fait que chacune des antennes d'émission et de réception existe partout dans la zone délimitée de la structure d'
antenne, on peut réaliser un gain optimal.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux détails de réalisation représentés et décrits et que des modifications peuvent y être apportées sans pour autant
sortir du cadre de l'invention.
Claims (10)
1. Antenne duplexée dans l'espace à quatre faisceaux, caractérisée en ce qu'elle comprend: une première pluralité de pastillesrayonnantes (22,24) reliées entre elles et disposées sous forme d'ensembles à microbandes constituant une antenne d'émission, les ensembles étant répartis dans une zone présélectionnée; une seconde pluralité de pastilles rayonnantes reliées entre elles disposées sous forme d'ensembles à microbandes constituant une antenne de réception, les ensembles de réception étant répartis dans la zone présélectionnée de façon à s'imbriquer avec les antennes d'émission; une première ligne d'alimentation (10) ayant sur toute sa longueur une pluralité de prises destinées à être reliées à des premères extrémités correspondantes d'un premier groupe d'ensembles correspondant aux ensembles d émission ou de réception; une seconde ligne d'alimentation (12) ayant sur toute sa longueur une pluralité de prises destinées à être raccordées aux secondes extrémités correspondantes du premier groupe d'ensembles; une troisième ligne d'alimentation (8) ayant sur toute sa longueur une pluralité de prises destinées à être raccordées aux premières extrémités correspondantes d'un groupe restant des ensembles d'émission ou de réception;et une quatrième ligne d'alimentation (12) ayant sur toute sa longueur une pluralité deprises destinées à être raccordées aux secondes extrémités correspondantes du second groupe d'ensembles les antennes d'émission et de réception fonctionnant
chacune avec quatre faisceaux d'énergie électromagné-
tique.
2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ensembles d'émission et de réception sont disposes parallèlement et sur le même plan les uns par
rapport aux autres.
3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première, seconde, troisième et quatrième lignes d'alimentation (8,10,12,14) sont disposées parallèlement avec espacement les unes. par rapport aux autres et transversalement par rapport aux ensembles d'émission et
de réception.
4. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ensembles de réception et d'émission sont
disposés dans le même plan sur un circuit imprimé con-
jointement avec les lignes d'alimentation associées au
premier groupe d'ensembles.
5. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lignes d'alimentation (10,14) reliées au premier groupe d'ensembles sont parallèles et sont disposées dans le même plan et transversalement par rapport aux ensembles
d'émission et de réception et en ce que les lignes d'alimen-
tation (8,12) reliées au second groupe d'ensembles sont parallèles et sont situées dans un même plan qui est
parallèle et espacé par rapport au plan des ensembles.
6. Antenne duplexée dans l'espace à quatre faisceaux,.
caractérisée en ce qu'elle comprend: une première pluralité de pastilles rayonnantes reliées
entre elles (22,24) disposées sous forme d'ensembles à micro-
bandes constituant une antenne d'émission, les ensembles étant répartis dans une zone présélectionnée; une seconde pluralité de pastilles rayonnantes reliées entre elles disposées sous forme d'ensembles à microbandes constituant une antenne de réception, les ensembles de réception étant répartis dans la zone présélectionnée de manière à se trouver sur le même plan et à s'imbriquer avec les ensembles d'émission, une première ligne d'alimentation (10) ayant sur toute sa longueur une pluralité de prises destinées à être reliées aux premières extrémités correspondantes d'un premier groupe d'ensembles coplanaires correspondnat aux ensembles d' émission ou de réception; une seconde ligne d'alimentation (14) ayant sur toute sa longueur une pluralité de prises destinées à être raccordées aux secondes extrémités correspondantes du premier groupe d'ensembles coplanaire; une troisième ligne d'alimentation (18) ayant sur toute sa longueur une pluralité de prises destinées à être raccordées aux premières extrémités correspondantes d'un groupe restant des ensembles d'émission ou de réception qui
sont positionnés par rapport à la troisième ligne d'aliment-
ation et sur le même plan qu'elle;et une quatrième ligne d'alimentation (12) ayant sur toute sa longueur une pluralité de prises destinées à être raccordées aux secondes extrémités correspondantes du second groupe d'ensembles qui est positionné par rapport à la quatrième.ligne d'alimentation et sur le même plan qu'elle, les antennes d'émission et de réception opérant chacune
avec quatre faisceaux d'énergie électromagnétique.
7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque extrémité des ensembles constituant le second groupe est reliée à des plaquettes d'alimentation traversante (40) et en ce que les prises des troisième et quatrième lignes d'alimentation (8,12) sont reliées à des plaquettes d'alimentation traversante (34) pour faciliter les liaisons
d'alimentation traversante entre elles.
8. Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une broche d'alimentation traversante (58) reliée entre les plaquettes des ensembles et des lignes d'alimentation, respectivement, pour compléter les
connexions entre eux.
9. Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que les pastilles rayonnantes (22,24) d'un ensemble sont
reliées par des liaisons de phase (26).
10. Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que chacune des lignes d'alimentation comprend une section
conductive de segments répétitifs en serpentin.
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