FR2907602A1

FR2907602A1 - Antenne a fils multiples a double polarisation.

Info

Publication number: FR2907602A1
Application number: FR0758536A
Authority: FR
Inventors: Philip R Cowles
Original assignee: Com Dev International Ltd
Current assignee: Com Dev International Ltd
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2008-04-25
Also published as: GB2443308A; US20080094307A1; DE102007050724A1; GB0720528D0

Abstract

Divers modes de réalisation sont décrits d'une antenne (100) incluant un plan de masse commun (106), un premier ensemble de N éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114) avec une longueur 12 et un second ensemble de M éléments approximativement résonants (116, 118, 120, 122) avec une longueur Il. Le premier ensemble de N éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114) est enroulé de manière à former une première hélice avec un diamètre initial d2 et une hauteur h2. Le second ensemble de M éléments approximativement résonants (116, 118, 120, 122) est enroulé en sens inverse à celui du premier ensemble de N éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114) de manière à former une seconde hélice. La seconde hélice est disposée de façon centrale à l'intérieur de la première hélice, et d1 est inférieur à d2 et h1 est supérieur à h2.

Description

ANTENNE À FILS MULTIPLES À DOUBLE POLARISATION Les modes de réalisation

ici décrits concernent des antennes en hélice et en particulier, une antenne constituée d'éléments en hélice à fils multiples pouvant fonctionner simultanément à la même fréquence. ARRIÈRE-PLAN Lorsqu'on reçoit des signaux radio, il est nécessaire d'utiliser une antenne qui, non seulement fonctionne sur la plage de fréquences occupée par les signaux, mais correspond également à la nature de la polarisation de ces signaux. Comme le savent les hommes de l'art, la polarisation décrit la direction de la composante de champ électrique d'une onde électromagnétique (EM), lorsqu'elle parvient à l'antenne de réception. On peut subdiviser la composante de champ électrique d'une onde EM en une composante horizontale et une composante verticale.

Si la composante de champ électrique de l'onde ne comporte qu'une seule composante secondaire, soit une composante horizontale, soit une composante verticale, on dit alors que l'onde a une polarisation linéaire. Si l'onde comporte les deux composantes secondaires, on dit que l'onde a une polarisation elliptique. Si les composantes horizontale et verticale ont une amplitude égale et une phase qui diffère de 90 , on dit que l'onde est à polarisation circulaire. L'un ou l'autre type de polarisation, linéaire ou elliptique, peut fournir deux signaux orthogonaux à la même fréquence. Un signal polarisé linéairement, par exemple, peut soit se propager avec sa polarisation dans la direction horizontale, soit dans la direction verticale ; et un signal à polarisation circulaire peut être soit à polarisation circulaire droite, soit à polarisation circulaire gauche, en fonction du sens dans lequel tourne le vecteur champ électrique. Une antenne pouvant simultanément fonctionner dans les deux polarisations orthogonales est avantageuse, car l'utilisation de chaque polarisation orthogonale pour transporter indépendamment des données peut doubler la capacité d'un canal de communication. Outre l'augmentation de la capacité d'un canal de communication, on peut utiliser la polarisation d'un signal radio pour maximiser la force d'un signal reçu en adaptant l'antenne à la polarisation entrante. On peut également l'utiliser pour éliminer un signal non désiré en réglant l'antenne de réception de manière à être orthogonal au signai non désiré. 2907602 2 On a réalisé des antennes à double polarisation sous plusieurs formes fondamentales d'antennes différentes telles que les antennes du type dipôle, les antennes du type à guide d'onde, les antennes du type à réflecteur ou à lentille et les antennes en hélice. Les antennes en hélice 5 sont en particulier bien adaptées aux applications par satellite, car elles ont une bande passante relativement grande et parce qu'il est possible de les ranger dans un petit volume. Une antenne en hélice est typiquement constituée d'un fil conducteur enroulé sous la forme d'une hélice et monté au-dessus d'un plan de masse. L'antenne en hélice peut fonctionner dans 10 un mode soit normal, soit axial. Dans le mode axial, l'antenne en hélice est un radiateur naturel de rayonnement à polarisation circulaire et elle peut être configurée de manière à fournir les deux sens de fonctionnement. La figure 1 est une vue isométrique d'une antenne typique en hélice à mode axial 5. 15 Une forme courante d'une antenne en hélice à double polarisation est une antenne en hélice à fil unique à double polarisation. La figure 2 est une vue de côté d'une antenne typique en hélice à fil unique à double polarisation. L'antenne 10 est constituée d'une hélice à fil unique 12, un réflecteur ou plan de masse 14, une ligne d'alimentation 20 coaxiale à l'extrémité inférieure 16 et une ligne d'alimentation à l'extrémité distante 18. Lorsque l'antenne 10 est alimentée depuis l'extrémité inférieure 16, la polarisation est définie par le sens de rotation de l'hélice à fil unique 12. Lorsque l'antenne 10 est alimentée à l'extrémité distante 18, l'hélice 12 rayonne avec son propre sens de polarisation particulier, mais 25 celui-ci est inversé après réflexion par le plan de masse 14. La contrainte fonctionnelle la plus significative de l'antenne en hélice à fils multiples à double polarisation 10 est sa taille. L'antenne 10 rayonne en polarisation circulaire seulement dans le mode axial lorsque sa circonférence est d'environ une longueur d'onde M. De plus, le plan de 30 masse 14 doit être suffisamment grand pour que les ondes réussissent à se propager sur l'hélice à fil unique 12 et celui-ci peut typiquement être plus grand qu'une longueur d'onde (X) d'un bout à l'autre. Les tentatives de conception de formes à double polarisation d'antennes en hélice ont généralement échoué car le couplage entre les 35 deux structures détruit les performances des deux ou introduit un très 2907602 3 haut niveau de couplage électrique entre les deux antennes ou éléments d'antenne. RÉSUMÉ Selon un aspect, au moins un mode de réalisation ici décrit 5 fournit une antenne comprenant un plan de masse commun ou partagé ; un premier ensemble de N éléments approximativement résonants associés au plan de masse commun, chacun des éléments dudit premier ensemble d'éléments approximativement résonants ayant une longueur 12 et étant enroulé de manière à former une première hélice avec un 10 diamètre initial d2 et une hauteur h2 ; et un second ensemble de N éléments approximativement résonants associés au plan de masse commun. Chacun des éléments dudit second ensemble d'éléments approximativement résonants a une longueur 11 et est enroulé en sens inverse à celui du premier ensemble d'éléments approximativement 15 résonants, de manière à former une seconde hélice qui est disposée de manière centrale à l'intérieur de la première hélice, et a un diamètre initial dl et une hauteur hl, où dl est inférieur à d2 et hi est supérieur à h2. Selon un autre aspect, au moins un mode de réalisation ici décrit fournit une antenne à fils multiples à double polarisation 20 comprenant un plan de masse, un premier ensemble de N éléments résonants couplés au plan de masse et enroulés de manière à former une première antenne en hélice ; et un second ensemble de M éléments résonants couplés au plan de masse et enroulés en sens inverse à celui du premier ensemble d'éléments résonants, de manière à former une 25 seconde antenne en hélice. Les première et seconde antennes en hélice sont concentriques, ont des hauteurs et des diamètres différents, les éléments résonants des deux éléments en hélice ont des longueurs similaires et les antennes en hélice peuvent fonctionner simultanément à des fréquences sensiblement similaires. 30 Dans les deux cas, M et N sont des entiers ayant des valeurs supérieures ou égales à trois. D'autres aspects et caractéristiques des modes de réalisation ici décrits apparaîtront d'après la description suivante effectuée avec les dessins annexés. 35 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 2907602 4 Pour mieux comprendre les modes de réalisation ici décrits et pour montrer plus clairement la façon dont ils peuvent être mis en oeuvre, il va maintenant être fait référence, à titre d'exemple seulement, aux dessins annexés, qui représentent au moins un exemple de mode de 5 réalisation, et dans lesquels : La figure 1 est une vue isométrique d'une antenne en hélice à fil unique en mode axial typique de l'art antérieur ; la figure 2 est une vue de côté d'une antenne en hélice à fil unique à double polarisation typique de l'art antérieur ; 10 la figure 3 est une vue de côté d'un exemple de mode de réalisation d'une antenne à quatre fils à double polarisation ; la figure 4 est une vue de dessus d'un exemple de mode de réalisation d'une antenne à quatre fils à double polarisation ; la figure 5 est une vue isométrique d'une antenne typique à 15 quatre fils alimentée par des lignes de transmission équilibrées la figure 6 est une vue isométrique d'une hélice à quatre fils court-circuitée typique de l'art antérieur ; la figure 7 est une courbe représentant le diagramme de rayonnement (référencé en polarisation circulaire) de l'antenne à fils 20 multiples à double polarisation représentée sur la figure 3 ; la figure 8 est une vue de côté d'une antenne à fils multiples à double polarisation, où l'hélice externe a un diamètre variable ; la figure 9 est une vue de côté d'une hélice à fil unique, montrant les dimensions de base d'une hélice ; 25 la figure 10 est une vue de côté d'un système par satellite comprenant une antenne à fils multiples à double polarisation telle que représentée sur la figure 3 ; la figure 11 est une vue de côté du système par satellite représenté sur la figure 10, l'antenne à fils multiples à double polarisation 30 étant compressée ou rangée la figure 12 est une vue de côté d'un exemple de mode de réalisation d'une antenne à trois fils à double polarisation ; la figure 13 est une vue de dessus d'un exemple de mode de réalisation d'une antenne à trois fils à double polarisation ; et 2907602 5 la figure 14 illustre des résultats de simulation représentant le diagramme de rayonnement pour des antennes en hélice à quatre fils et à trois fils ayant une géométrie de fils similaire. On comprendra que pour simplifier l'explication et la rendre 5 plus claire, les éléments représentés sur les figures n'ont pas nécessairement été dessinés à l'échelle. Par exemple, les dimensions des éléments peuvent être exagérées par rapport à d'autres éléments pour être plus clair. DESCRIPTION DÉTAILLÉE 10 On comprendra que pour la simplicité et la clarté de l'explication, lorsque cela est considéré comme approprié, les numéros de référence peuvent être répétés parmi les figures pour indiquer des éléments ou étapes correspondants ou analogues. De plus, un grand nombre de détails spécifiques sont présentés pour fournir une 15 compréhension complète des exemples de mode de réalisation ici décrits. Les hommes de l'art comprendront toutefois que les modes de réalisation ici décrits peuvent être mis en pratique sans ces détails spécifiques. Dans d'autres cas, des procédés, des procédures et des composants, bien connus, n'ont pas été décrits en détail de façon à ne pas compliquer les 20 modes de réalisation ici décrits. De plus, cette description ne doit en aucune manière être considérée comme limitant la portée des modes de réalisation ici décrits, mais plutôt comme décrivant simplement la mise en oeuvre des divers modes de réalisation ici décrits. Il est d'abord fait référence aux figures 3 et 4 qui représentent 25 respectivement une vue de côté et une vue de dessus d'un exemple de mode de réalisation d'une antenne à fils multiples à double polarisation 100. L'antenne 100 comporte une hélice interne à fils multiples 102, une hélice externe à fils multiples 104 et un plan de masse commun 106. L'hélice interne 102 est disposée de manière concentrique à l'intérieur de 30 l'hélice externe 104 au-dessus du plan de masse commun 106. Les hélices interne et externe 102 et 104 constituent des antennes indépendantes polarisées de manière opposée, pouvant fonctionner simultanément à la même fréquence (f). On comprendra que bien que l'on utilise un réflecteur commun 35 ou partagé dans le présent mode de réalisation, en remplacement du plan de masse commun 106, on peut utiliser divers autres dispositifs en 2907602 6 remplacement du plan de masse commun 106. On peut utiliser par exemple en remplacement un réseau d'alimentation équilibré tel qu'une ligne de transmission quadruple équilibrée configurée de sorte que l'hélice interne à fils multiples 102 et l'hélice externe à fils multiples 104 sont 5 convenablement alimentées. Énoncé de façon générale, l'utilisation d'un plan de masse est avantageuse dans le cas où on exige un gain maximum vers l'avant (par exemple, dans des applications de vaisseaux spatiaux). Toutefois, par exemple, dans les applications mobiles, il est plus souhaitable d'avoir un diagramme de couverture plus large, plus 10 omnidirectionnel, et en conséquence, on peut utiliser un autre dispositif tel que la ligne de transmission quadruple équilibrée présentée ci-dessus. La figure 5 est une vue isométrique d'une antenne à quatre fils typique 121 alimentée par des lignes de transmission équilibrées, où la direction du rayonnement est indiquée le long de son axe, comme représenté. 15 Dans certaines applications également, on comprendra qu'il peut être commode d'alimenter l'hélice à fils multiples, soit interne, soit externe, 102 ou 104, d'une manière et l'autre hélice interne ou externe 102 ou 104 d'une autre manière. Si par exemple l'espace est strictement limité autour de la base de l'hélice externe à fils multiples 104, on peut 20 l'alimenter en utilisant une ligne d'alimentation quadruple à 4 fils, tandis qu'on peut alimenter l'hélice interne à fils multiples 102 avec un plan de masse classique. Naturellement, l'inverse peut également s'appliquer. Les hélices à fils multiples 102 et 104 sont constituées chacune de N éléments résonants identiques ou fils , où N est supérieur ou égal 25 à quatre. Lorsque les fils sont référencés comme des éléments résonants , il n'est pas essentiel que les éléments soient strictement résonants, il suffit qu'ils soient approximativement résonants ou à 20% de la résonance. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4, chacune des hélices 102 et 104 est constituée de quatre 30 éléments résonants, respectivement 108, 110, 112, 114 et 116, 118, 120, 122. Chaque élément résonant comporte une première extrémité 108a, 110a, 112a, 114a, 116a, 118a, 120a, 122a et une seconde extrémité 108b, 110b, 112b, 114b, 116b, 118b, 120b, 122b. Les éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 et 122 peuvent être mis en oeuvre par 35 des fils faits d'un matériau électriquement conducteur tel que du cuivre, de l'acier recouvert de cuivre, du cuivre au béryllium, une matière 2907602 7 plastique métallisée en matériau composite, ou des polymères conducteurs et analogue. Le calibre des éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 et 122 est régi par deux contraintes : (1) les éléments résonants 5 doivent être d'un calibre suffisant pour ne pas entraîner de pertes résistives excessives ; et (2) les éléments résonants doivent être suffisamment minces pour qu'il n'y ait pas un degré inacceptable de couplage capacitif qui rendrait l'antenne inopérante. Les éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 et 122 peuvent avoir un 10 calibre constant ou peuvent être effilés. La longueur des éléments résonants est approximativement régie par la fréquence (f) à laquelle fonctionne l'antenne et par le fait que l'antenne est une antenne en hélice en circuit ouvert ou court-circuitée. Dans une antenne en circuit ouvert, les secondes extrémités des éléments 15 résonants 108b, 110b, 112b, 114b, 116b, 118b, 120b, 122b sont en circuit ouvert comme sur la figure 3. Dans une antenne court-circuitée, les secondes extrémités des éléments résonants 108b, 110b, 112b, 114b, 116b, 118b, 120b, 122b sont court-circuitées les unes aux autres par l'intermédiaire d'éléments conducteurs. Dans les antennes en hélice court- 20 circuitées, les éléments résonants sont typiquement court-circuités les uns aux autres en croisant les éléments de manière à former une configuration en étoile. La figure 6 est une vue isométrique d'une antenne à quatre fils court-circuitée typique 130. On ne peut toutefois pas utiliser cette technique de court-circuit 25 pour une antenne à fils multiples à double polarisation comme ici décrit, car la configuration en étoile de l'hélice externe 104 gênerait l'antenne en hélice 102. On peut utiliser une autre technique pour court-circuiter les éléments externes résonants 116, 118, 120 et 122, par exemple en utilisant un anneau rigide s'étendant autour de l'hélice interne 102 auquel 30 sont fixés l'ensemble des éléments externes résonants 116, 118, 120 et 122. Pour une antenne à fils multiples en circuit ouvert, les longueurs de chacun des éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 et 122 sont approximativement égales à un multiple des demi- 35 longueurs d'onde (X/2), où la longueur d'onde (X) est inversement proportionnelle à la fréquence de fonctionnement (f). En conséquence, la 2907602 8 plus petite antenne à fils multiples en circuit ouvert fonctionnant à 300 MHz (longueur d'onde (X) de 1 m) nécessite des longueurs d'éléments résonants approximativement de 0,5 mètre. Pour une antenne à fils multiples court-circuitée, la longueur des éléments résonants est 5 approximativement égale à un multiple du quart de la longueur d'onde (X/4). Une antenne X/4 court-circuitée serait manifestement une antenne plus petite qu'une antenne X/2 en circuit ouvert, mais l'antenne en court-circuit nécessiterait des éléments et des jonctions supplémentaires pour connecter les éléments résonants et aurait un gain inférieur. Les 10 longueurs des éléments résonants ne sont pas exactement des multiples d'une demi-longueur d'onde (X/2) ou d'un quart de longueur d'onde (X/4) en raison du fait que l'onde se propage le long d'un élément résonant à une vitesse inférieure à la vitesse de la lumière en raison de la présence de l'autre élément résonant et du couplage d'énergie avec l'onde en 15 espace libre. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4, la longueur des éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 et 122 est approximativement égale à une demi-longueur d'onde (X/2). Dans le cas où à la fois les éléments résonants internes et 20 externes sont d'une longueur nominale égale, leurs performances (c'est-à-dire, le diagramme de rayonnement et le profil de gain) sont similaires, sinon associées de manière très proche. Il n'est toutefois pas nécessaire que la longueur des éléments résonants internes 108, 110, 112, 114 soit égale à la longueur des éléments résonants externes 116, 118, 120 et 25 122. La longueur des éléments résonants internes 108, 110, 112 et 114 peut être un multiple plus grand d'une demi-longueur d'onde ou d'un quart de longueur d'onde que la longueur des éléments résonants externes 116, 118, 120 et 122. Les éléments résonants internes 108, 110, 112 et 114 sont 30 enroulés de manière à former une hélice avec un diamètre initial dl, une hauteur hl et un angle de pas al. Les éléments résonants externes 116, 118, 120, 122 sont enroulés de manière à former une hélice avec un diamètre initial d2, une hauteur h2 et un angle de pas a2. Le diagramme de rayonnement fourni par chacune des hélices 102 et 104 est 35 principalement fonction de la longueur des éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 et 122 constituant les hélices. Le diamètre initia 2907602 9 l'angle de pas et la hauteur des hélices n'influent pas sur l'aptitude de l'antenne à transmettre ou à recevoir. En conséquence, une antenne à fils multiples avec au moins quatre fils de même longueur fondamentale a des performances grossièrement similaires sur une certaine plage d'angles de 5 pas et de diamètres. La figure 7 représente le diagramme de rayonnement (référencé en polarisation circulaire) des deux hélices 102 et 104 d'une antenne à fils multiples à double polarisation 100 avec les exemples de dimensions suivants : l'hélice interne 102 a un diamètre initial de 0,25 m, 10 un angle de pas de 20,0 et 1,50 tour l'hélice externe 104 a un diamètre de 0,525 m, un angle de pas de 15,7 et 0,75 tour. La courbe 150 représente le diagramme de rayonnement de l'hélice externe 104 et la courbe 152 représente le diagramme de rayonnement de l'hélice interne 102. Comme on peut le voir, on obtient pour les deux hélices 102 et 104 15 des gains en crête d'environ 5 dBic (gain d'antenne en décibels référencé à un radiateur théorique isotrope polarisé de façon circulaire). Le diamètre initial dl de l'hélice formée par les éléments résonants internes 108, 110, 112 et 114 est inférieur au diamètre initial d2 de l'hélice formée par les éléments résonants externes 116, 118, 120 et 20 122, de sorte que les éléments résonants internes 108, 110, 112 et 114 sont concentriques avec les éléments résonants externes 116, 118, 120 et 122. Les diamètres d'hélice initiaux dl et d2 sont choisis de sorte que les deux hélices 102 et 104 ont des performances électriques similaires avec une interférence et un couplage limités entre elles. 25 Choisir des diamètres d'hélice dl et d2 trop similaires crée la possibilité pour que l'énergie d'une hélice puisse être couplée dans l'autre hélice. Ce couplage est indésirable, car il réduit la puissance qui est transférée vers/depuis l'espace libre par l'hélice. De plus, le couplage peut influer défavorablement sur les diagrammes de rayonnement des hélices 30 102 et 104. Un but raisonnable consiste à avoir un couplage de -15 dB entre les hélices. Les diamètres initiaux dl et d2 des hélices ne peuvent également pas être trop grands pour que les éléments résonants ne constituent qu'une petite partie de la circonférence d'un cylindre de définition. Les diamètres initiaux ne doivent pas non plus être trop petits 35 car une perte électrique accrue peut apparaître. Dans un exemple de 2907602 10 mode de réalisation, le diamètre initial de l'hélice externe d2 est le double du diamètre initial de l'hélice interne dl. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4, les hélices 102 et 104 ont des diamètres constants et sont 5 ainsi de forme cylindrique. À titre de variante, une ou les deux hélices 102 et 104 peuvent avoir des diamètres variables qui varient le long de l'axe de l'antenne. Toutefois, en tout point, l'hélice interne 102 doit avoir un diamètre plus petit que celui de l'hélice externe 104. La figure 8 est une vue de côté d'un autre mode de réalisation 10 d'une antenne à fils multiples à double polarisation 200 dans laquelle les éléments résonants de l'hélice externe sont enroulés avec un diamètre croissant. Dans l'autre mode de réalisation, l'hélice interne 202 est constituée de quatre éléments résonants 208, 210, 212, 214 et l'hélice externe 204 est constituée de quatre éléments résonants 216, 218, 220, 15 222. Les éléments résonants internes 208, 210, 212, 214 sont enroulés de façon cylindrique afin de former une hélice avec un diamètre constant. Toutefois, les éléments résonants externes 216, 218, 220, 222 sont enroulés avec un diamètre croissant de sorte que l'hélice externe 204 est en forme de cône ou d'entonnoir. On peut utiliser le mode de réalisation 20 de l'hélice cylindrique dans des applications telles que des applications de dispositif mobile (par exemple, un téléphone cellulaire), où l'espace de l'antenne est limité. On peut utiliser le mode de réalisation d'hélice à diamètre variable dans des applications par satellite ou il peut y avoir virtuellement un espace non limité pour l'antenne déployée, mais où le 25 volume de l'antenne rangée est petit. La hauteur hl de l'hélice interne 102 est plus grande que la hauteur h2 de l'hélice externe 104. Cette différence de hauteur est nécessaire pour s'assurer que les deux hélices 102 et 104 peuvent fonctionner simultanément à la même fréquence (f). Si l'hélice interne 102 30 était plus courte que l'hélice externe 104, alors le signal interne se propagerait obligatoirement au travers de l'hélice externe 104, au détriment de ses performances électromagnétiques. L'angle de pas al est le pas d'un tour d'un élément résonant. La figure 9 est une vue de côté d'une hélice à un fil 250 et elle est utilisée 35 pour représenter l'angle de pas d'une hélice. Le paramètre S est l'espacement entre tours ou la longueur linéaire d'un tour de l'hélice. Le 2907602 11 paramètre D est le diamètre. Si un tour unique est étendu à plat, on obtient le triangle rectangle représenté du côté droit de la figure 9. Le paramètre C indique la circonférence du tour, tandis que L' indique la longueur du fil pour obtenir un tour unique. L'angle a est le pas de l'hélice 5 et il est égal à tan-1 (S/C). L'enroulement en hélice de tous les éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 et 122 commence au niveau du plan de masse 106. Les éléments résonants de chaque hélice 102 et 104 sont physiquement séparés de 360 /N. Dans l'exemple de mode de réalisation 10 représenté sur la figure 4, N=4 et en conséquence, les éléments résonants sont séparés de 90 . N peut toutefois avoir d'autres valeurs, ce qui est expliqué ci-dessous. L'enroulement du premier élément résonant en hélice 108 de l'hélice interne 102 commence au premier point de référence 124. 15 L'enroulement du deuxième élément résonant interne 118 commence au deuxième point de référence 126, qui est à 90 du premier point de référence 124. L'enroulement du troisième élément résonant interne 110 commence au troisième point de référence 128, qui est à 90 du deuxième point de référence 126 et à 180 du premier point de référence 20 124. L'enroulement du quatrième élément résonant interne 112 commence au quatrième point de référence 130 qui est à 90 du troisième point de référence 128, à 180 du deuxième point de référence 126 et à 270 du premier point de référence 124. De façon similaire, l'enroulement des éléments résonants 116, 122, 118 et 120 formant l'hélice externe 104 25 commence respectivement aux points de référence 132, 134, 136, 138. À titre de variante, on peut faire tourner les enroulements de l'hélice externe 104 autour de l'axe de l'hélice d'un angle a depuis le début des enroulements de l'hélice interne 102 pour laisser plus d'espace de masse pour les connecteurs, circuits d'adaptation et de séparation. Par 30 exemple, lorsque a = 45 , les enroulements des éléments résonants internes 108, 110, 112 et 114, commencent respectivement à 0 , 90 , 180 et 270 et les enroulements des éléments résonants externes 116, 118, 120 et 122 commencent respectivement à 45 , 135 , 225 et 315 . En se référant de nouveau aux figures 3 et 4, les éléments 35 résonants internes 108, 110, 112, 114 sont enroulés dans le même sens et les éléments résonants externes 116, 118, 120, 122 sont enroulés en 2907602 12 sens inverse, de sorte qu'une hélice présente une polarisation circulaire droite (RHCP) et l'autre hélice présente une polarisation circulaire gauche (LHCP). Du point de vue électromagnétique, peu importe quelle hélice est en RHCP et quelle hélice est en LHCP. En conséquence, une antenne à fils 5 multiples à double polarisation avec l'hélice interne 102 RHCP et l'hélice externe 104 LHCP a les mêmes performances qu'à fils multiples à double polarisation avec l'hélice interne 102 LHCP et l'hélice externe 104 RHCP. Plusieurs procédés connus existent pour déterminer les dimensions (diamètre, hauteur, angle de pas) d'une hélice à fils multiples. 10 Deux des procédés les plus courants sont par approximations successives et division génétique. Avec la division génétique, on utilise le principe darwinien de la sélection naturelle de façon à réussir à déterminer les paramètres les plus souhaitables. Le processus de division génétique commence en déterminant le nombre de fils (éléments résonants) qu'a 15 l'hélice. On génère ensuite approximativement 1000 hélices aléatoires à N fils. On combine ensuite les hélices initiales pour former des mutations. On compare ensuite les hélices à N fils à une fonction d'adaptation pour déterminer quelles antennes seront utilisées au cours de l'étape suivante. La fonction d'adaptation comporte typiquement la bande passante, le 20 gain, la polarisation, le rayonnement et l'impédance d'entrée de l'antenneidéale. On répète ensuite le processus pour les antennes satisfaisant les exigences de la fonction d'adaptation. On répète le processus complet, c'est-à-dire de la mutation à la comparaison, jusqu'à ce que l'itération ne produise plus aucune amélioration significative. Le procédé de division 25 génétique est complexe du point de vue du calcul et ainsi, est typiquement réalisé par un ordinateur. Les premières extrémités 108a, 10a, 112a, 114a, 116a, 118a, 120a et 122a des éléments résonants sont connectées par l'intermédiaire de petits trous dans le plan de masse 106 à des câbles coaxiaux qui relient 30 les éléments résonants au réseau d'alimentation qui est constitué d'un séparateur de puissance et d'un réseau de phase. Dans un mode de réalisation, chacune des premières extrémités 108a, 110a, 112a, 114a, 116a, 118a, 120a et 122a des éléments résonants est confinée dans un manchon diélectrique qui maintient chaque élément avec l'angle de pas 35 correct par rapport au plan de masse 106. À titre de variante, les premières extrémités 108a, 10a, 112a, 114a, 116a, 118a, 120a et 122a 2907602 13 des éléments résonants sont raccordées par des broches à l'intérieur d'une structure diélectrique et un fil souple conduit au connecteur. Le plan de masse 106 est une plaque ou une série de plaques constituées d'un matériau électriquement conducteur assurant une 5 adaptation de mode entre les câbles coaxiaux et les éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 et 122. Puisque le câble coaxial et l'élément résonant sont fondamentalement des formes différentes de lignes de transmission, une désadaptation de mode se produit lorsque le courant circule depuis le câble coaxial vers l'élément résonant. Lorsqu'il 10 existe une désadaptation de mode, une portion du courant peut retourner vers l'extérieur du câble coaxial, faisant jouer au câble coaxial le rôle d'antenne. Le plan de masse 106 constitue un moyen de traiter cette désadaptation de mode. C'est-à-dire qu'il permet à la jonction entre le 15 coaxial et l'élément résonant de jouer le rôle de transformateur symétrique-asymétrique convenable (symétriseur). Le plan de masse 106 pousse effectivement le courant vers l'élément résonant, de sorte que cette énergie est convenablement rayonnée par l'antenne en hélice. Le plan de masse 106 peut avoir une forme circulaire, peut être 20 à n côtés, peut comporter un trou au milieu, peut être annulaire ou même être constitué de N plaques circulaires individuelles, une pour chaque élément résonant. Le plan de masse doit être suffisamment grand pour que toute l'énergie soit convenablement rayonnée par l'hélice. En général, un plan de masse 106 ayant un diamètre compris entre 2/10 et X/20, de 25 plus que le diamètre initial d2 de l'hélice externe 104 est suffisant. Si le plan de masse 106 est trop petit, l'effet de la jonction coaxial-élément résonant apparaît à mesure que du courant circule vers l'extérieur du câble coaxial. De plus, le plan de masse 106 peut former une structure en sandwich en nid d'abeilles ou une quelconque autre structure convenable. 30 L'antenne à fils multiples à double polarisation peut fonctionner selon un parmi trois modes. Dans le premier mode, les hélices interne et externe 102 et 104 fonctionnent comme des antennes polarisées de façon circulaire de manière indépendante. Dans ce mode, chacun des éléments résonants des hélices 102 et 104 est alimenté par incrément de phase de 35 360 /N. Lorsque N=4, par exemple, l'hélice interne 102 est alimentée à 2907602 14 0 , 90 , 180 et 270 . Chaque hélice 102 et 104 nécessite un séparateur de puissance 1:N et des circuits de phase. De façon classique, cette séparation est effectuée avec un réseau micro-ondes, mais elle peut également être réalisée de manière 5 numérique, ou à une fréquence intermédiaire faisant suite à la conversion par élévation ou à la conversion par abaissement des signaux. Il existe diverses possibilités pour le fonctionnement des hélices. Par exemple, une hélice peut fonctionner comme une antenne d'émission et l'autre comme une antenne de réception. À titre de variante, les deux hélices 102 et 104 10 peuvent fonctionner comme des antennes d'émission. Dans une autre alternative, les deux hélices 102 et 104 peuvent fonctionner comme des antennes de réception. Dans le deuxième mode, les hélices 102 et 104 fonctionnent comme des antennes indépendantes polarisées de façon elliptique. Dans 15 un mode de réalisation, il existe deux réseaux d'alimentation pour chaque hélice. Le premier réseau alimente les éléments résonants en quadrature de phase comme décrit ci-dessus. Ainsi, les éléments résonants d'une hélice sont des signaux d'alimentation de même amplitude, séparés de 360/N . Le second réseau alimente en phase tous les éléments résonants 20 d'une hélice. Ainsi, tous les éléments résonants d'une hélice sont alimentés en même temps, avec la même amplitude. Il en résulte une addition vectorielle de chaque signal sur chaque élément résonant. On peut utiliser ce mode pour minimiser les interférences d'un signal brouilleur. Un contrôleur d'antenne démarre probablement avec des ondes 25 polarisées de façon circulaire pure, et ajoute une seconde alimentation uniquement pour améliorer le rapport signal sur bruit (S/N). Dans un autre mode de réalisation, on obtient le même résultat en alimentant individuellement chacun des huit éléments résonants. Ce mode de réalisation nécessite huit récepteurs indépendants, un pour chaque 30 élément résonant. Dans le troisième mode, on utilise les deux hélices 102 et 104 pour créer une antenne adaptative universelle. Ce mode fonctionne sur le principe selon lequel les sources LHCP et RHCP alimentées en phase avec la même amplitude produisent un signal polarisé de façon linéaire. Ceci 35 constitue un procédé plus efficace pour rejeter un signal brouilleur. Dans 2907602 15 ce mode, on règle la phase et l'amplitude jusqu'à ce que le rapport signal sur brouilleur (Sn) soit maximisé. Lors de la synthèse d'un diagramme de rayonnement par combinaison de chacun des diagrammes des deux antennes, on doit 5 connaître l'origine effective de rayonnement ou centre de phase , et de préférence, il ne doit pas varier avec l'angle d'observation ou avec la fréquence. Ceci est dû au fait qu'avec un angle d'observation quelconque, le rayonnement synthétisé combiné (ou densité d'énergie) est fonction des amplitudes et des phases d'alimentation de chacune des deux antennes, 10 ainsi que de l'emplacement de leurs centres de phase, car ceci influe sur la longueur totale du trajet de phase pour l'observateur. Certains diagrammes synthétisés, dans le cas présent par exemple, sont mieux réalisés lorsque les deux centres de phase sont coïncidents, de sorte qu'un changement d'angle d'observation n'entraîne pas de changement de 15 phase relative entre chacune des sources. Avec deux antennes concentriques, il est probable que les centres de phase sont proches de leur axe commun, mais probablement légèrement déplacés dans la direction de l'axe. Toutefois, puisque les antennes sont petites par rapport à une longueur d'onde, ce déplacement n'est pas particulièrement 20 significatif, en particulier dans le cas d'une antenne de rayonnement d'extrémité. Un exemple d'application de ce troisième mode est une communication navire vers satellite. Dans une communication navire vers satellite, l'angle de polarisation reçue peut dépendre arbitrairement des 25 effets de l'ionosphère (en raison de la rotation de Faraday). En conséquence, on règle la phase jusqu'à ce que l'antenne soit polarisée de façon linéaire dans la direction du signal reçu par le navire. Si l'on doit éviter un signal brouilleur suivant, alors on règle en outre la phase pour optimiser le rapport S/N. Un problème peut apparaître lorsque le signal 30 brouilleur et le signal du navire ont le même angle de polarisation. Cependant, le satellite peut attendre de se trouver dans une position où le navire et le signal brouilleur ne font plus le même angle. En disposant l'hélice à quatre fils 102 de manière concentrique à l'intérieur de l'autre hélice à quatre fils 104 au-dessus d'un plan de 35 masse commun 106, on réalise une antenne en hélice à double polarisation beaucoup plus compacte. Une utilisation pratique de cette 2907602 16 antenne compacte a quatre fils à double polarisation 100 réside dans des systèmes de communications par satellite où la longueur d'onde fonctionnelle (X) est grande par rapport aux dimensions du satellite. Par exemple, la plupart des antennes à double polarisation capables de 5 fonctionner à une longueur d'onde (X) de 1,85 mètre sont trop grandes pour s'ajuster à un microsatellite d'une extension inférieure à un mètre, mais une antenne à double polarisation comme représenté sur les figures 3 et 4 est suffisamment petite pour être utilisée dans une telle application. La figure 10 est une vue de côté d'un système par satellite 300 10 constitué d'un satellite 302 et d'une antenne à fils multiples à double polarisation 100 montée sur le satellite 302. Dans cette application, le plan de masse 106 de l'antenne 100 est boulonné sur le satellite 302. Le plan de masse 106 doit être suffisamment grand pour qu'il y ait de la place pour les boulons dans la zone du plan de masse 106 où le courant est nul. 15 En conséquence, une antenne 100 avec huit plans de masse individuels n'est pas réalisable pour des applications par satellite. Il est plus probable que l'on puisse utiliser des plans de masse individuels plus petits dans des applications à basse fréquence où l'antenne est très grande. Outre le fait d'être compact dans son état fonctionnel, on peut 20 également comprimer ou réduire l'antenne à quatre fils à double polarisation 100 comme un ressort, dans un petit volume, pour le rangement. La figure 11 est une vue de côté du système par satellite 300 représenté sur la figure 10 avec une antenne à fils multiples à double polarisation, compressée 100. La compression et la décompression 25 peuvent être réalisées par un mécanisme, ou manuellement. Dans un mode de réalisation, on utilise des ressorts pour maintenir l'antenne 100 dans sa position rangée. Les ressorts sont faits d'un matériau, tel que du Kevlar ou de l'Astroquartz, ne se dégradant pas rapidement dans l'espace. De plus, le matériau est tressé comme de la laine, de manière à former 30 une corde, pour éviter les problèmes provoqués par les électrons libres en orbite. Dans l'espace, des électrons peuvent se créer sur un matériau non-tressé, tel qu'une matière plastique, en formant une charge pouvant provoquer une crête de courant dans l'antenne 100. Avec une étoffe tressée, on obtient une meilleure conduction latérale, constituant 35 l'emplacement où l'étoffe évacue la charge vers la masse en toute 2907602 17 sécurité, en raison de la présence des électrons piégés à l'intérieur de la toile. On peut enrouler les éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122 de sorte que lorsque les ressorts sont relâchés, ces 5 éléments résonants forment des hélices avec les hauteurs désirées. Dans ce cas, lorsque l'antenne est déployée, les ressorts ne sont plus nécessaires. Toutefois, si l'on enroule les éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122 de sorte que si les ressorts sont relâchés, les hélices sont plus grandes que nécessaire, on peut utiliser les ressorts pour 10 maintenir les éléments résonants à la hauteur correcte. On peut également limiter le déploiement par un mécanisme déroulant lentement les ressorts, ou les ressorts peuvent être coupés. On peut couper les ressorts avec un dispositif de découpe pyrotechnique ou un dispositif de découpe chaud à lame/couteau. 15 Pour que les hélices 102 et 104 soient compressibles, les éléments résonants 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122 doivent être faits d'un matériau pour ressort tels que de l'acier à forte teneur en carbone, de l'acier inoxydable de qualité pour ressort (par exemple, du type 304) ou du cuivre au béryllium. On doit également limiter la taille des 20 hélices compressibles et il est difficile de réussir à déployer des hélices avec un rapport longueur sur diamètre plus grand que 4:1, sauf si l'on utilise des limitations supplémentaires (ou spéciales). On peut également réaliser l'antenne à quatre fils à double polarisation 100 plus brute en la disposant dans un boîtier. Le boîtier peut 25 être fait d'une matière plastique ou d'un quelconque autre matériau non conducteur relativement sans perte à la fréquence de fonctionnement (f). On peut utiliser une telle antenne brute à quatre fils à double polarisation dans des systèmes de communication mobiles ou transportables. Il est maintenant fait référence aux figures 12 et 13, 30 représentant respectivement une vue de côté et une vue de dessus, d'un exemple de mode de réalisation d'une antenne à trois fils à double polarisation 400. L'antenne 400 comporte une hélice interne à trois fils 402, une hélice externe à trois fils 404 et un plan de masse commun 406. L'hélice interne 402 est disposée de manière concentrique à l'intérieur de 35 l'hélice externe 404 audessus du plan de masse commun 406. Les hélices interne et externe 402 et 404 constituent des antennes indépendantes 2907602 18 polarisées de manière opposée pouvant simultanément fonctionner à la même fréquence (f). On

comprendra que bien que l'on utilise un réflecteur commun dans le présent mode de réalisation en tant que plan de masse commun 5 406, on peut utiliser divers autres dispositifs à la place du plan de masse commun 406. On peut par exemple utiliser en remplacement un réseau d'alimentation équilibré comportant un séparateur de puissance à trois phases et une ligne de transmission équilibrée à trois phases, pouvant être configurés pour alimenter convenablement l'hélice interne à trois fils 10 402 et l'hélice externe à trois fils 404. On comprendra également que dans certaines applications il peut être commode d'alimenter l'une ou l'autre parmi l'hélice interne ou externe à trois fils 402 aux 404 d'une manière, et l'autre parmi l'hélice interne ou externe à trois fils 402 ou 404 d'une autre manière. Si par 15 exemple, l'espace est strictement limité autour de la base de l'hélice externe à trois fils 404, on peut l'alimenter en utilisant une alimentation à trois fils, tandis qu'on peut alimenter l'hélice interne à trois fils 402 avec un plan de masse classique. L'inverse peut également s'appliquer. Les hélices à trois fils 402 et 404 sont constituées chacune de 20 trois éléments résonants identiques ou fils . Bien que les fils soit dénommés éléments résonants , il n'est pas essentiel que les éléments soient strictement résonants, il suffit qu'ils soient approximativement résonants ou à 20% de la résonance. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur les figures 12 et 13, chacune des hélices 402 et 25 404 est respectivement constituée de trois éléments résonants 408, 410, 412 et 414, 416, 418. Chaque élément résonant comporte une première extrémité 408a, 410a, 412a, 414a, 416a, 418a et une seconde extrémité 408b, 410b, 412b, 414b, 416b, 418b. Les éléments résonants 408, 410, 412, 414, 416 et 418 peuvent être mis en oeuvre par des fils constitués 30 d'un matériau électriquement conducteur, tel que du cuivre, de l'acier recouvert de cuivre, du cuivre au béryllium, une matière plastique métallisée en matériau composite, ou des polymères conducteurs et analogue. Les éléments résonants 408, 410, 412, 414, 416 et 418 peuvent 35 avoir un calibre constant ou être effilés. Le calibre des éléments résonants 408, 410, 412, 414, 416 et 418 est régi par deux contraintes : (1) les 2907602 19 éléments résonants doivent avoir un calibre suffisant pour ne pas entraîner de pertes résistives excessives et (2) les éléments résonants doivent être suffisamment minces pour qu'il n'y ait pas un degré inacceptable de couplage capacitif qui rendrait l'antenne inopérante.

5 Comme avec les modes de réalisation à N fils décrits ci-dessus, lorsque N est au moins égal à quatre, la longueur des éléments résonants est approximativement régie par la fréquence (f) à laquelle fonctionne l'antenne et par le fait que l'antenne est une antenne en hélice court-circuitée ou en circuit ouvert. Dans l'antenne court-circuitée, les secondes 10 extrémités des éléments résonants 408b, 410b, 412b, 414b, 416b, 418b sont en circuit ouvert, comme représenté sur la figure 12. Dans une antenne court-circuitée, les secondes extrémités des éléments résonants 408b, 410b, 412b, 414b, 416b, 418b sont court-circuitées les unes aux autres par l'intermédiaire d'éléments conducteurs.

15 Pour une antenne court-circuitée à trois fils, les longueurs de chacun des éléments résonants 408, 410, 412, 414, 416 et 418 sont approximativement égales à un multiple des demi-longueurs d'onde (X/2), où la longueur d'onde (X) est inversement proportionnelle à la fréquence de fonctionnement (f). En conséquence, l'antenne courtcircuitée à trois 20 fils la plus petite fonctionnant à 300 MHz (longueur d'onde (X) de 1 mètre) nécessite des longueurs d'éléments résonants approximativement de 0,5 mètre. Pour une antenne court-circuitée à trois fils, la longueur des éléments résonants est approximativement égale à un multiple des quarts de longueur d'onde (X/4). Une antenne X/4 court-circuitée est 25 manifestement une antenne plus petite qu'une antenne 2^,/2 en circuit ouvert, mais l'antenne court-circuitée nécessite des pièces et des jonctions supplémentaires pour connecter les éléments résonants et a moins de gain. Les longueurs des éléments résonants ne sont pas des multiples exacts d'une demi-longueur d'onde (X/2) ou d'un quart de longueur 30 d'onde (X,/4) en raison du fait que l'onde se propage dans un élément résonant à une vitesse inférieure à la vitesse de la lumière en raison de la présence de l'autre élément résonant et du couplage d'énergie avec l'onde en espace libre. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur les 35 figures 12 et 13, la longueur des éléments résonants 408, 410, 412, 414, 416 et 418 est approximativement égale à une demi-longueur d'onde 2907602 20 (X/2). Dans le cas où les éléments résonants à la fois internes et externes sont de longueur nominale égale, leurs performances (c'est-à-dire, le diagramme de rayonnement et le profil de gain) sont similaires, sinon associées de manière très proche. Il n'est toutefois pas nécessaire que la 5 longueur des éléments résonants internes 408, 410 et 412 soit égale à la longueur des éléments résonants externes 414, 416 et 418. La longueur des éléments résonants internes 408, 410 et 412 peut être un multiple supérieur d'une demi-longueur d'onde ou d'un quart de longueur d'onde à la longueur des éléments résonants externes 414, 416 et 418.

10 Les éléments résonants internes 408, 410 et 412, sont enroulés de manière à former une hélice avec un diamètre initial d3, une hauteur h3 et un angle de pas î3. Les autres éléments résonants 414, 416, 418, sont enroulés de manière à former une hélice avec un diamètre initial d4, une hauteur h4 et un angle de pas C(4. Le diagramme de rayonnement réalisé 15 par chacune des hélices 402 et 404 est principalement fonction de la longueur des éléments résonants 408, 410, 412, 414, 416, 418, constituant les hélices. Le diamètre initial, l'angle de pas et la hauteur de l'hélice n'influent pas sur l'aptitude de l'antenne à transmettre ou à recevoir. En conséquence, une antenne à trois fils avec trois fils de même 20 longueur fondamentale a grossièrement des performances similaires sur une certaine plage d'angles de pas et de diamètres. Le diamètre initial d3 de l'hélice formée par les éléments résonants internes 408, 410, 412 est inférieur au diamètre initial d4 de l'hélice formée par les éléments résonants externes 414, 416, 418, de 25 sorte que les éléments résonants internes 408, 410, 412 sont approximativement concentriques avec les éléments résonants externes 414, 416, 418. Les diamètres initiaux d'hélice d3 et d4 sont choisis de sorte que les deux hélices 402 et 404 ont des performances électriques similaires avec une interférence et un couplage entre elles, limités.

30 Le choix de diamètres d'hélice d3 et d4 trop similaires crée la possibilité pour que l'énergie d'une hélice puisse être couplée dans l'autre hélice. Ce couplage est indésirable, car il réduit la puissance transférée par l'hélice vers/depuis l'espace libre. De plus, le couplage peut influer défavorablement sur les diagrammes de rayonnement des hélices 402 et 35 404. Un but raisonnable consiste à avoir un couplage de -15 dB entre les hélices. Les diamètres initiaux d3 et d4 des hélices ne peuvent également 2907602 21 pas être trop grands pour que les éléments résonants ne constituent qu'une petite portion de la circonférence d'un cylindre de définition. Les diamètres initiaux ne doivent pas non plus être trop petits car il peut se produire une perte électrique accrue. Dans un mode de réalisation 5 préféré, le diamètre initial de l'hélice externe d4 est le double de celui du diamètre initial de l'hélice interne d3. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur les figures 12 et 13, les hélices 402 et 404 ont des diamètres constants et ainsi, sont de forme cylindrique. À titre de variante, une des hélices 402 et 10 404 ou les deux peuvent avoir des diamètres variables. Toutefois, en tout point, l'hélice interne 402 doit avoir un diamètre plus petit que celui de l'hélice externe 404. La hauteur hl de l'hélice interne 402 est supérieure à la hauteur h2 de l'hélice externe 404. Cette différence de hauteur est nécessaire pour 15 s'assurer que les deux hélices 402 et 404 peuvent fonctionner simultanément la même fréquence (f). Si l'hélice interne 402 était plus courte que l'hélice externe 404, alors le signal interne se propagerait obligatoirement au travers de l'hélice externe 404. L'enroulement en hélice de tous les éléments résonants 408, 20 410, 412, 414, 416 et 418 commence au niveau du plan de masse 406. Les éléments résonants de chaque hélice 402 et 404 sont physiquement espacés de 120 . L'enroulement du premier élément résonant en hélice 408 de l'hélice interne 402 commence au premier point de référence 424. L'enroulement du deuxième élément résonant interne 410 commence au 25 deuxième point de référence 426, qui est à 120 du premier point de référence 424. L'enroulement du troisième élément résonant interne 412 commence au troisième point de référence 428 qui est à 120 du deuxième point de référence 426 et à 240 du premier point de référence 424. De façon similaire, les enroulements des éléments résonants 414, 30 416, 418 formant l'hélice externe 404 commencent respectivement aux points de référence 432, 434, 436. Ces angles se réfèrent aux angles mécaniques ou déplacement relatif entre les éléments résonants d'une antenne en hélice donnée, et peuvent également représenter les différences de phase des signaux électriques qui sont délivrés aux 35 éléments résonants d'une antenne en hélice donnée.

2907602 22 Â titre de variante, on peut faire tourner les enroulements de l'hélice externe 404 autour de l'axe de l'hélice, d'un angle a par rapport au début des enroulements de l'hélice interne 402, pour laisser plus d'espace de masse pour les connecteurs, circuits d'adaptation et de séparation. Par 5 exemple, lorsque a=60 , les enroulements des éléments résonants internes 408, 410, 412 commencent respectivement à 0 , 120 et 240 , et les enroulements des éléments résonants externes 414, 416, 418 commencent respectivement à 60 , 180 et 300 . Les éléments résonants internes 408, 410, 412 sont enroulés 10 dans le même sens et les éléments résonants externes 414, 416, 418 sont enroulés en sens inverse, de sorte qu'une hélice présente une polarisation circulaire droite (RHCP) et l'autre hélice présente une polarisation circulaire gauche (LHCP). Si l'on utilise un certain degré de séparation électrique, alors les hélices peuvent être enroulées dans le même sens. Du 15 point de vue électromagnétique, peu importe quelle hélice est RHCP et quelle hélice est LHCP. En conséquence, une antenne à trois fils à double polarisation avec l'hélice interne 402 RHCP et l'hélice externe 404 LHCP a les mêmes performances qu'une antenne à trois fils à double polarisation avec l'hélice interne 402 LHCP et l'hélice externe 404 RHCP.

20 Le plan de masse 406 peut avoir une forme quelconque, incluant, mais sans y être limité, une forme triangulaire, une forme circulaire, peut être à n côtés, peut avoir un trou au milieu, peut être un anneau on peut même être constitué de N plaques circulaires individuelles, une pour chaque élément résonant. Le plan de masse 406 25 doit être suffisamment grand pour que toute l'énergie soit convenablement rayonnée par l'hélice. Généralement, un plan de masse 406 ayant un diamètre compris entre x,/10 est x,/20 de plus que le diamètre initial d4 de l'hélice externe 404 est suffisant. Si le plan de masse 406 est trop petit, l'effet de la jonction coaxial-élément résonant apparaît 30 sous la forme d'un courant circulant vers l'extérieur du câble coaxial. De plus, le plan de masse 406 peut former une structure en sandwich en nid d'abeilles ou une quelconque autre structure convenable. Par comparaison avec les modes de réalisation comportant quatre fils par hélice ou plus, le nombre inférieur de fils dans le mode de 35 réalisation à trois fils conduit à un degré de couplage moindre entre les deux hélices 402 et 404. De plus, on a constaté que les configurations 2907602 23 d'antennes doubles ici décrites utilisant des antennes à quatre fils ou à trois fils ont des gains et des diagrammes de rayonnement sensiblement similaires. En se référant maintenant à la figure 14 par exemple, est 5 représentée sur celle-ci une illustration de résultats de simulation représentant le diagramme de rayonnement pour des antennes en hélice à quatre fils et à trois fils ayant une géométrie de fils identique. Les deux antennes ont 1 tour, ont une longueur de 2 mètres, et ont un diamètre de 0,25 mètre. Ces dimensions ont simplement été choisies comme exemple.

10 Pour les deux antennes, il n'y a pas de plan de masse et les fils sont amenés à partir d'une configuration en étoile à la base. Dans la simulation, les antennes rayonnent un signal à 162 MHz. Le diagramme de rayonnement de l'antenne à quatre fils est indiqué par le texte 4 fils et le diagramme de rayonnement pour l'antenne à trois fils est indiqué par le 15 texte 3 fils . Les diagrammes de rayonnement sont virtuellement superposés les uns aux autres. On peut extrapoler ces résultats au cas de l'antenne à double polarisation. On peut obtenir ces résultats de simulation ainsi que d'autres ici présentés en utilisant une version du Lawrence-Livermore Numerical Electromagnetic Code 'NEC' , fournie 20 par Nittany Scientific, Riverton, UK, ou par le logiciel de modélisation Concerto, qui est un logiciel de modélisation dans le domaine temporel par différences finies, réalisé par Vector Fields, UK. Des satellites multiples sont fréquemment lancés sur un lanceur unique ; une technique courante pour prendre en charge des satellites 25 multiples sur un lanceur consiste à ajuster ensemble des satellites triangulaires multiples à la manière de tranches de gâteau . Le montage d'une antenne à fils multiples à double polarisation comportant quatre fils par hélice ou plus sur une plateforme triangulaire peut avoir pour conséquence une perte d'aire de surface et en conséquence un poids 30 inutile en excès, et peut accroître le degré de complexité de l'équipement de montage. Dans l'exemple de mode deréalisation de l'antenne à trois fils à double polarisation représentée sur la figure 13, on peut agencer les points de connexion des hélices de manière à utiliser plus efficacement l'espace fourni par la surface triangulaire par rapport aux hélices à fils 35 multiples ayant quatre fils ou plus. On peut disposer par exemple les points de référence 424, 426, 430, 432, 434, 436, dans les régions des 2907602 24 sommets 440, 442, 444 du triangle. On peut disposer les composants de l'alimentation à trois phases et un quelconque équipement de stockage associé à chacune des premières extrémités près de chaque sommet respectif. Ceci permet de maximiser le diamètre de l'antenne externe à 5 trois fils. L'antenne interne à trois fils peut alors être montée selon une façon désirée quelconque ; par exemple, les éléments résonants peuvent commencer dans les mêmes positions angulaires que celle de l'antenne externe à trois fils, ou peuvent être écartés de 60 degrés ou peuvent être modifiés d'une autre manière. On peut également choisir les diamètres de 10 l'antenne externe en hélice de sorte que l'antenne externe en hélice soit plus grande que l'aire de surface de l'antenne ; dans ce cas, les éléments résonants de l'antenne externe en hélice peuvent être compressés dans les directions circonférentielle et radiale lorsqu'ils sont rangés avant déploiement.

15 L'antenne à fils multiples à double polarisation peut fonctionner selon un parmi trois modes. Dans le premier mode, les hélices interne et externe 402 et 404 fonctionnent comme des antennes polarisées de façon circulaire de manière indépendante. Dans ce mode, chacun des éléments résonants des hélices 402 et 404 est alimenté par incréments de phase de 20 120 . Par exemple, l'antenne en hélice 402 est alimentée à 0 , 120 et 240 . En général, chaque hélice 402 et 404 est munie d'une alimentation à trois phases pouvant inclure un séparateur de puissance 1:3 et des circuits de phase appropriés. Cette séparation était effectuée de manière classique avec un 25 réseau micro-ondes, mais elle peut également être effectuée de façon numérique, ou à une fréquence intermédiaire faisant suite à une conversion des signaux par élévation ou par abaissement. Il existe diverses possibilités pour faire fonctionner les deux antennes en hélice 402 et 404. Par exemple, une hélice peut fonctionner comme antenne 30 d'émission et l'autre comme antenne de réception. À titre de variante, les deux hélices 402 et 404 peuvent fonctionner comme des antennes d'émission. Selon une autre alternative, les deux hélices 402 et 404 peuvent fonctionner comme des antennes de réception. Dans le deuxième mode, les hélices 402 et 404 fonctionnent 35 comme des antennes indépendantes polarisées de façon elliptique. Dans une mise en oeuvre au moins, existe deux réseaux d'alimentation pour 2907602 25 chaque hélice. Le premier réseau alimente en quadrature de phase les éléments résonants, comme décrit ci-dessus. Les éléments résonants d'une hélice sont ainsi des signaux d'alimentation de même amplitude, séparés de 120 . Le second réseau alimente en phase l'ensemble des 5 éléments résonants d'une hélice. Ainsi, tous les éléments résonants d'une hélice sont alimentés en même temps avec la même amplitude. Le résultat est l'addition vectorielle de chaque signal sur chaque élément résonant. On peut utiliser ce mode pour minimiser les interférences provenant d'un signal brouilleur. Un contrôleur d'antenne démarre probablement avec des 10 ondes de polarisation circulaire pure, et ajoute une seconde alimentation uniquement pour améliorer le rapport signal sur le bruit (S/N). Dans un autre mode de réalisation, on obtient le même résultat en alimentant individuellement chacun des huit éléments résonants. Ce mode de réalisation nécessite six récepteurs indépendants, un pour chaque élément 15 résonant. Dans le troisième mode, on utilise les deux hélices 402 et 404 pour créer une antenne adaptative universelle. Ce mode fonctionne sur le principe selon lequel des sources LHCP et RHCP alimentées en phase avec la même amplitude produisent un signal polarisé de façon linéaire. Ceci 20 constitue un procédé plus efficace pour rejeter un signal brouilleur. Dans ce mode, on règle la phase et l'amplitude jusqu'à ce que le rapport signal sur brouilleur (S/3) soit maximisé. Dans un autre mode de réalisation, les deux antennes en hélice peuvent avoir des nombres de fils différents. Par exemple, dans un 25 exemple de mode de réalisation, l'antenne en hélice interne peut être une antenne à trois fils et l'antenne en hélice externe peut être une antenne à quatre fils. Dans un autre exemple de mode de réalisation, l'antenne en hélice interne peut être une antenne à quatre fils et l'antenne en hélice externe peut être une antenne à trois fils. D'autres combinaisons sont 30 également possibles. On comprendra également que dans tous les modes de réalisation ici décrits, les antennes en hélices interne et externe peuvent fonctionner à la même fréquence ou à des fréquences différentes, transportant dans les deux cas des informations similaires ou différentes.

35 Bien que certaines caractéristiques des exemples de mode de réalisation ici contenus aient été illustrées et décrites, un grand nombre de 2907602 26 modifications, remplacements, changements et équivalents apparaîtront maintenant aux hommes de l'art. On comprendra que ces diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation ici décrits et illustrés, sans s'écarter des modes de réalisation, dont la portée générale est définie dans les revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS

1. Antenne (100) comprenant : un plan de masse commun (106) ; un premier ensemble de N éléments approximativement résonants (116, 118, 120, 122) associés au plan de masse commun (106), chacun des éléments dudit premier ensemble d'éléments approximativement résonants (116, 118, 120, 122) ayant une longueur 12 et étant enroulé de manière à former une première hélice avec un diamètre initial d2 et une hauteur h2 ; et un second ensemble de N éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114) associés au plan de masse commun (106), chacun des éléments dudit second ensemble d'éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114) ayant une longueur 11 et étant enroulé en sens inverse à celui du premier ensemble d'éléments approximativement résonants (116, 118, 120, 122), de manière à former une seconde hélice qui est disposée de manière centrale à l'intérieur de la première hélice, et a un diamètre initial di et une hauteur hi, où dl est inférieur à d2 et hl est supérieur à h2.

2. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce 20 que les première et seconde hélices peuvent fonctionner simultanément à la même fréquence (f).

3. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que N est supérieur ou égal à trois.

4. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce 25 que N est égal à trois et les première et seconde hélices sont des hélices à trois fils.

5. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que N est égal à quatre et les première et seconde hélices sont des hélices à quatre fils. 30

6. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114; 116, 118, 120, 122) ont chacun une première extrémité (108a, 110a, 112a, I14a; 116a, 118a, 120a, 122a) et une seconde extrémité (108b, 110b, 112b, 114b; 116b, 118b, 120b, 122b), et les secondes extrémités (108b, 35 110b, 112b, 114b; 116b, 118b, 120b, 122b) sont en circuit ouvert. 2907602 28

7. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114; 116, 118, 120, 122) ont chacun une première extrémité (108a, 110a, 112a, 114a; 116a, 118a, 120a, 122a) et une seconde extrémité (108b, 110b, 5 112b, 114b; 116b, 118b, 120b, 122b), et les secondes extrémités (108b, 110b, 112b, 114b; 116b, 118b, 120b, 122b) sont court-circuitées les unes aux autres par des conducteurs.

8. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur 12 du premier ensemble d'éléments approximativement 10 résonants (116, 118, 120, 122) est approximativement égale à la longueur 11 du second ensemble d'éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114).

9. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur de tous les éléments approximativement résonants (108, 15 110, 112, 114; 116, 118, 120, 122) est approximativement une demi- longueur d'onde (X/2).

10. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur de tous les éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114; 116, 118, 120, 122) est approximativement un quart de longueur d'onde W4).

11. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur 12 des premiers éléments approximativement résonants (116, 118, 120, 122) est supérieure à la longueur 11 des seconds éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114).

12. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premier et second ensembles d'éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114; 116, 118, 120, 122) sont enroulés de façon cylindrique de manière à former des cylindres avec des diamètres constants.

13. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier ensemble d'éléments approximativement résonants (116, 118, 120, 122) est enroulé de façon cylindrique de manière à former un cylindre avec un diamètre constant et le second ensemble d'éléments approximativement résonants (108, 110, 112, 114) est enroulé de manière à former une structure avec un diamètre variable. 2907602 29

14. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier ensemble d'éléments approximativement résonants (116, 118, 120, 122) est enroulé de manière à former une première structure avec un diamètre variable et le second ensemble d'éléments 5 approximativement résonants (108, 110, 112, 114) est enroulé de manière à former une seconde structure avec un diamètre variable.

15. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et seconde hélices fonctionnent comme des antennes polarisées de façon circulaire de manière indépendante. 10

16. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et seconde hélices fonctionnent comme une antenne adaptative unique.

17. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et seconde hélices sont compressibles dans un petit 15 volume.

18. Antenne (100) selon la revendication 1, comprenant en outre un parmi un boîtier ou un assemblage dans lequel sont situées lesdites première et seconde hélices une fois compressées.

19. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce 20 que le plan de masse commun (106) comprend au moins un réseau d'alimentation équilibré comportant un ensemble de N éléments d'alimentation.

20. Antenne (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plan de masse commun (106) est un réflecteur partagé. 25

21. Antenne (100) à fils multiples à double polarisation comprenant un plan de masse (406) ; un premier ensemble de N éléments résonants (208, 210, 212, 214) couplés au plan de masse (406) et enroulés de manière à former une 30 première antenne en hélice et un second ensemble de M éléments résonants (216, 218, 220, 222) couplés au plan de masse (406) et enroulés en sens inverse à celui du premier ensemble d'éléments résonants, de manière à former une seconde antenne en hélice, 35 caractérisée en ce que les première et seconde antennes en hélice sont concentriques, ont des hauteurs et des diamètres différents, 2907602 30 les éléments résonants des deux éléments en hélice ont des longueurs similaires et les antennes en hélice peuvent fonctionner simultanément à des fréquences sensiblement similaires.

22. Antenne (100) selon la revendication 21, caractérisée en ce que M et N sont des entiers ayant des valeurs supérieures ou égales à trois.