FR2671235A1 - Antenne offset avec radome. - Google Patents

Abstract

Antenne offset comportant une source rayonnante, un réflecteur et un radôme de protection en un matériau diélectrique rigide transparent aux ondes électromagnétiques et entourant la source, caractérisée en ce que: - le radôme (8) entoure également le réflecteur (2) de telle sorte que le réflecteur (2) se trouve à l'intérieur du radôme (8) et que sa périphérie soit fixée sur la surface intérieure du radôme (8), - la surface intérieure du radôme est partiellement recouverte d'un matériau choisi parmi les matériaux réfléchissant ou absorbant le rayonnement émis par la source (1) de telle sorte que la partie recouverte (9) ainsi obtenue n'intercepte pas le rayonnement réfléchi par le réflecteur (2) mais intercepte le rayonnement par spill-over de la source (1).

Description

Antenne offset avec radôme
La présente invention a pour objet une antenne offset ayant un radôme.

On appelle antenne offset une antenne ayant un réflecteur parabololdal tronqué de sa partie inférieure. On se reportera à l'ouvrage "Antennes micro-ondes - Application aux faisceaux hertziens" de M. Nhu BUI-HAI aux éditions MASSON, pages 123-124 VII.1 et figure II.104 pour la définition d'une antenne offset. La source d'une telle antenne est placée au foyer du paraboloïde. L'antenne offset (ou à réflecteur décalé) est utilisée couramment pour des liaisons par faisceaux hertziens ou par satellite.

Une antenne en général, émettrice dans le cas présent par exemple, est caractérisée par son diagramme (ou gabarit) de rayonnement. Le gabarit de rayonnement de l'antenne représente les variations de l'énergie rayonnée par l'antenne dans les différentes directions de l'espace. L'antenne, en général, ne rayonne pas l'énergie de manière uniforme dans toutes les directions de l'espace.

Pour des applications de type liaison point à point, il existe une direction de rayonnement maximal autour de laquelle se trouve concentrée une grande partie de l'énergie rayonnée (lobe principal du gabarit de rayonnement), et des directions secondaires autour desquelles se répartit la fraction de l'énergie rayonnée restante (lobes latéraux du gabarit de rayonnement).

Par ailleurs, une source émettrice possède également un diagramme de rayonnement. En général on choisit une source adaptée pour une antenne considérée, c'est-à-dire que la majeure partie de l'énergie émise par la source est interceptée par le réflecteur. La partie restante de cette énergie n'est pas interceptée par le réflecteur, ce qui entralne une augmentation des lobes latéraux du diagramme de rayonnement de l'antenne. Ce phénomène est appelé débordement de la source ou "spill-over". Si les directions des lobes latéraux "gonflés" par spill-over sont confondues avec la direction du lobe principal d'une ou plusieurs autres antennes, il en résulte un couplage entre l'antenne à l'origine du spill-over et ces autres antennes, et une pollution du signal reçu par ces antennes.

Pour les antennes offset de grand diamètre (supérieur à dix fois la longueur d'onde par exemple), il existe un phénomène de spill-over.

Cependant ce phénomène perturbe peu les performances de telles antennes.

En revanche, pour des antennes offset de diamètre plus petit (de l'ordre de quelques longueurs d'onde), le phénomène de spill-over devient une perturbation prépondérante.

Ce problème a été résolu pour les antennes à réflecteurs paraboliques centrés grâce à une jupe cylindrique métallique, en aluminium par exemple, placée autour du réflecteur de l'antenne, fixée sur sa périphérie, interceptant le rayonnement par débordement et le réfléchissant autour de la direction de rayonnement principal de l'antenne. On peut aussi tapisser l'intérieur de la jupe d'un matériau absorbant le rayonnement par débordement. Sur de telles antennes, il est de plus nécessaire de protéger la source, et l'absorbant le cas échéant, de l'environnement par un radôme en un matériau diélectrique transparent aux ondes électromagnétiques et placé autour de l'ouverture de l'antenne. L'ensemble jupe-radôme ainsi constitué est encombrant, complexe à réaliser et onéreux.

Le problème du spill-over a également été résolu pour une antenne offset dite "coquille" ; on se reportera à l'ouvrage "Antennes micro-ondes -Application aux faisceaux hertziens" (référence citée), pages 169-170, ≈3.1 pour la description de cette antenne et de son dispositif de réduction du spill-over. Une telle antenne est encombrante, car elle nécessite à la fois un radôme de protection, une face latérale métallique permettant de réfléchir une partie du rayonnement par débordement et deux autres faces latérales métalliques recouvertes d'un absorbant et permettant d'absorber une autre partie du rayonnement par débordement, et présente de plus une surface au vent importante. Pour éviter cette prise au vent, il est alors nécessaire de renforcer les structures, ce qui augmente le poids de l'antenne.

Il est aussi possible, pour réduire le spill-over, d'utiliser une source à forte directivité ayant un rayonnement latéral faible.

L'énergie non interceptée par le réflecteur offset a donc un niveau faible, ce qui diminue le spill-over. Cependant, une telle source est encombrante, constitue un masque pour le rayonnement réfléchi par le réflecteur, et fournit un rendement d'illumination faible, ce qui entraîne une baisse du gain de l'antenne.

L'objet de la présente invention est donc de s'affranchir du rayonnement par débordement d'une antenne offset à l'aide d'un dispositif adapté à l'antenne offset, compact et donc peu encombrant, présentant une faible prise au vent et un poids réduit, peu onéreux et permettant d'utiliser une source de faible directivité, pour obtenir une antenne ayant un faible rayonnement latéral.

La présente invention propose à cet effet une antenne offset comportant une source rayonnante, un réflecteur et un radôme de protection en un matériau diélectrique rigide transparent aux ondes réfléchies par ledit réflecteur et entourant ladite source, caractérisée en ce que - ledit radôme entoure également ledit réflecteur de telle sorte que ledit réflecteur se trouve à l'intérieur dudit radôme et que sa périphérie soit fixée sur la surface intérieure dudit radôme, - ladite surface intérieure dudit radôme est partiellement recouverte d'un matériau choisi parmi les matériaux réfléchissant ou absorbant le rayonnement émis par ladite source de telle sorte que la partie recouverte ainsi obtenue n'intercepte pas le rayonnement réfléchi par ledit réflecteur mais intercepte le rayonnement par spill-over de ladite source.

Selon une caractéristique de cette antenne, le matériau constituant le radôme est un matériau diélectrique formable, un plastique et plus particulièrement la résine polyester stratifiée avec de la fibre de verre ou le Kevlar par exemple.

Selon une autre caractéristique, le matériau recouvrant partiellement la surface intérieure du radôme est métallique. Ce peut être par exemple un ruban adhésif métallisé, collé sur la surface intérieure du radôme à recouvrir. Ce ruban adhésif peut être métallisé avec de l'aluminium. On peut encore utiliser un grillage métallique, en aluminium par exemple, recouvrant partiellement la surface intérieure du radôme, ou bien incorporé au matériau constituant le radôme. On peut aussi effectuer un dépôt direct de l'aluminium par exemple, ou de tout métal réfléchissant le rayonnement émis par la source, sur la partie à recouvrir du radôme.

L'utilisation d'un recouvrement métallique permet avantageusement de renvoyer le rayonnement de spill-over autour de la direction du rayonnement principal, et par conséquent de récupérer de l'énergie.

Selon une autre variante, on peut utiliser à la place d'un matériau réfléchissant, un matériau absorbant le rayonnement émis par la source. Ce matériau absorbant peut être tout matériau à perte tel que la mousse polyuréthane imprégnée de carbone, des bandes de caoutchouc silicone chargé magnétiquement, des fibres à perte ou de la peinture absorbante par exemple.

Enfin, toute source, à faible directivité ou non, peut être utilisée. On peut par exemple choisir un guide ouvert, un cornet corrugué, un cornet multimode ou un dipôle imprimé.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'une antenne selon l'invention, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif.

La figure 1 illustre, en coupe, une antenne selon l'invention.

Le figure 2 illustre en vue de face un radôme métallisé selon l'invention.

La figure 3 donne une comparaison des performances de l'antenne selon l'invention avec celles d'une antenne de l'art antérieur avec radôme non métallisé et n'entourant pas le réflecteur.

Dans les figures suivantes, les éléments communs sont référencés avec les mêmes numéros.

Dans la figure 1, la source de type cornet à monopolarisation linéaire 1 est placée au foyer d'un réflecteur parabolique offset 2 de diamètre 0,6m en tôle d'aluminium et rigidifié en bordure par un bord 3. L'axe X d'émission principale de la source 1 passe par le milieu de la portion de parabole.

La source 1 est fixée sur un support 4 relié à un mât 5 fixé au sol. Deux tiges 6 et 7 relient le support 4 respectivement au réflecteur 2 et au mât 5. Un radôme 8 en résine et transparent aux ondes électromagnétiques réfléchies par le réflecteur 2 vient coiffer l'ensemble de telle sorte que la source 1 se trouve à l'intérieur du radôme 8 d'une part, et que la périphérie du réflecteur 2 soit fixée sur la surface intérieure du radôme 8 d'autre part.

Dans la figure 2, le radôme mentionné à la figure 1 est constitué plus particulièrement d'un fond 10 sur lequel s'appuient une partie inférieure 11 et une partie supérieure 12 ; le fond 10, la partie inférieure 11 et la partie supérieure 12 sont d'un seul tenant.

La partie inférieure 11 est une portion de tronc de cône obtenue en coupant ce tronc de cône parallèlement à son axe longitudinal. En outre, une ouverture rectangulaire 13 est pratiquée dans la partie inférieure 11 et à l'opposé du fond 10 afin de loger le support 4 de la source 1. Cette ouverture est prolongée jusqu'au fond 10 par une plaque plane 14, faisant partie de la partie inférieure 11.

La partie supérieure 12 est également une portion de tronc de cône obtenue en coupant ce tronc de cône parallèlement à son axe longitudinal. La partie supérieure 12 prolonge la partie inférieure 11 et le fond 10. On obtient ainsi un radôme de forme bombée.

Une partie métallisée 9 constituée de plusieurs bandes de ruban adhésif d'aluminium, occupe la surface intérieure de la partie 11. De cette manière et pour l'antenne considérée, la métallisation 9 n'intercepte pas les ondes réfléchies par le réflecteur 2, mais seulement le rayonnement par spill-over. Ce dernier est alors réfléchi par la métallisation 9 autour de la direction de l'axe principal de rayonnement.

On a ainsi réalisé une structure - permettant de protéger la source contre l'environnement, grâce au radôme qui contient la source, - permettant de s'affranchir du rayonnement par spill-over grâce à la métallisation d'une partie intérieure du radôme n'interceptant que le rayonnement par spill-over, sans constituer un masque pour le rayonnement direct venant du réflecteur.

- compacte puisque deux fonctions principales sont assurées par un seul élément, l'encombrement de l'antenne étant donc diminué.

En outre, elle présente une faible prise au vent du fait de la forme bombée du radôme, elle est moins onéreuse que l'utilisation d'éléments séparés, et moins complexe à réaliser.

L'utilisation d'une source simple à faible directivité (typiquement inférieure à 10 dB) permet de ne pas réduire le gain de l'antenne.

Enfin, le matériau constituant le radôme étant un matériau léger (une résine en l'occurrence), le poids de l'antenne ainsi obtenue est bien plus faible que celui des antennes offset à faible rayonnement par débordement de l'art antérieur.

Les performances de l'antenne ainsi réalisée (qui fonctionne dans la bande 2,3-2,7 GHz) apparaîtront plus clairement grâce aux courbes données dans la figure 3.

Dans la figure 3, la grandeur représentée en ordonnées est la directivité de l'antenne, c'est-à-dire le rapport entre l'énergie concentrée par l'antenne dans un direction donnée et l'énergie concentrée par l'antenne dans la direction de l'axe principal de rayonnement.

La directivité s'exprime en dB, et on prend comme référence l'axe de rayonnement principal où l'énergie rayonnée est maximale, en affectant une valeur de OdB à la directivité correspondante. On porte en abscisses la position angulaire, en degrés, par rapport à l'axe principal de rayonnement.

L'échelle en abscisses n'est pas la même dans les parties
A et B.

On a représenté, à la figure 3, une portion du gabarit de rayonnement, dans le plan d'assymétrie du réflecteur et dans le cas où ce plan correspond au plan H de l'antenne - d'une antenne avec radôme métallisé selon l'invention (en trait fort), - d'une antenne de l'art antérieur avec radôme non métallisé (en trait discontinu) et n'entourant pas le réflecteur.

En comparant les deux courbes, on constate que le rayonnement latéral est moins important sur la courbe en trait fort ; ceci correspond à une amélioration maximale de 19dB à 1350.

Les lobes latéraux importants d'une antenne étant dus en grande partie au phénomène de spill-over, on s'est donc affranchi de l'effet de ce phénomène en métallisant le radôme.

Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus.

En particulier, toute source émettrice rayonnante compatible avec les antennes offset peut être utilisée, comme par exemple un guide ouvert, un cornet dit "corrugué", un cornet multimode ou un dipôle imprimé.

D'autre part, le radôme métallisé selon l'invention peut s'appliquer à toutes les antennes offset, quel que soit leur diamètre et quelle que soit la bande de fréquence de fonctionnement.

On peut remplacer la métallisation par une couche de matériau absorbant le rayonnement de la source.

Les moyens de fixation de la source au mât et au réflecteur mentionnés dans la description précédente peuvent être remplacés par des moyens équivalents sans sortir du contexte de l'invention.

Le radôme 8 peut en outre être fait de tout matériau diélectrique rigide, léger et transparent aux ondes réfléchies par le réflecteur 2.

Enfin, la métallisation peut être obtenue par tout moyen connu autre que le collage d'un ruban adhésif, par exemple par dépôt métallique sur la surface à recouvrir, et constituée de n'importe quel métal suffisamment réfléchissant pour le rayonnement émis par la source.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1/ Antenne offset comportant une source rayonnante, un réflecteur et un radôme de protection en un matériau diélectrique rigide transparent aux ondes électromagnétiques et entourant ladite source, caractérisée en ce que - ledit radôme entoure également ledit réflecteur de telle sorte que ledit réflecteur se trouve à l'intérieur dudit radôme et que sa périphérie soit fixée sur la surface intérieure dudit radôme, - ladite surface intérieure dudit radôme est partiellement recouverte d'un matériau choisi parmi les matériaux réfléchissant ou absorbant le rayonnement émis par ladite source de telle sorte que la partie recouverte ainsi obtenue n'intercepte pas le rayonnement réfléchi par ledit réflecteur mais intercepte le rayonnement par spill-over de ladite source.

2/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau constituant ledit radôme est un matériau diélectrique formable.

3/ Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit matériau constituant ledit radôme est un plastique.

4/ Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit matériau constituant ledit radôme est choisi parmi la résine polyester stratifiée avec de la fibre de verre et le Kevlar.

5/ Antenne selon l'une des revendications I à 4, caractérisée en ce que ledit matériau recouvrant partiellement la surface intérieure dudit radôme est métallique.

6/ Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit matériau métallique est un ruban adhésif métallisé.

7/ Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit matériau métallique est un grillage métallique recouvrant partiellement ladite surface intérieure dudit radôme.

8/ Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit matériau métallique est un grillage métallique incorporé au matériau constituant ledit radôme.

9/ Antenne selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que ledit matériau métallique est de l'aluminium.

10/ Antenne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit matériau absorbant est un matériau à perte.

11/ Antenne selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit matériau absorbant est choisi parmi la mousse de polyuréthane imprégnée de carbone, des bandes de caoutchouc silicone chargé magnétiquement, des fibres à perte et de la peinture absorbante.

12/ Antenne selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ladite source est une source à faible directivité.

13/ Antenne selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que ladite source est choisie parmi un guide ouvert, un cornet corrugué, un cornet multimode et un dipôle imprimé.