EP0048639B1 - Antenne légère, notamment pour radar, procédé pour sa fabrication, et installation s'y rapportant - Google Patents

Antenne légère, notamment pour radar, procédé pour sa fabrication, et installation s'y rapportant Download PDF

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EP0048639B1
EP0048639B1 EP19810401248 EP81401248A EP0048639B1 EP 0048639 B1 EP0048639 B1 EP 0048639B1 EP 19810401248 EP19810401248 EP 19810401248 EP 81401248 A EP81401248 A EP 81401248A EP 0048639 B1 EP0048639 B1 EP 0048639B1
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Alain Biolley
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ALAIN BIOLLEY TE PLOGASTEL SAINT-GERMAIN, FRANKRIJ
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave

Definitions

  • the present invention relates to a light antenna, in particular for radar.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such an antenna, and to an installation using such a type of antenna.
  • Radar antennas generally use metallic materials, such as light alloys, and plastic materials for their construction. They are relatively heavy and require, for their rotary drive, expensive mechanisms involving precision gears and machined molded casings. The mechanical energy consumed to overcome their inertia or the stresses due to the wind or the possible movement of the part supporting the radar is also relatively large. In addition, their complexity requires frequent and careful maintenance.
  • the known antennas are of complex construction and need to be stiffened by plates of rigid material such as metal plates or screwed structures with rigid assembly.
  • US Pat. No. 3,324,474 shows an antenna whose rotating support is housed inside a mast and whose antenna itself comprises a supporting structure comprising metal flanges ensuring the rigidity of the assembly and enclosing plates of expanded material serving as spacers, the whole being assembled by retaining screws.
  • Patent FR 2 299 736 describes a YAGI antenna in which the source and the concentration means are produced in discrete elements housed in a body made of expanded material in two parts comprising hollow housings, the two parts being assembled by means of an adhesive. .
  • the rigidity of the assembly is obtained either by the dielectric if it is made of sintered ceramic, or by means of the molding box which is kept around the dielectric.
  • the present invention aims to achieve an antenna of very great lightness which frees it from significant mechanical constraints and which is of economical manufacture.
  • Another object of the invention is to produce an antenna composed exclusively of light materials without reinforcement of rigid plates or of complex assembly, the rigidity being then obtained only by the method of assembly by bonding of the source and means for concentrating on the dielectric material.
  • the light antenna in particular for radar, according to the invention comprising a source and means for concentrating electromagnetic energy forming developable surfaces, the source and the means of concentration of which are embedded in at least one block of expanded material of predetermined dielectric characteristics is characterized in that the blocks of expanded material constitute the supporting structure of the assembly.
  • the expanded material indeed constitutes an extremely light supporting structure, within which the metallic elements can be very thin and therefore also very light.
  • the source advantageously comprises a prismatic tube produced from a thin metal sheet.
  • the concentration means preferably comprise a prismatic horn made from a metallized film.
  • the block of expanded material comprises a certain number of assembled parts cooperating by bonding with the interior and exterior walls of the source and of the horn.
  • the expanded material is polystyrene, whose dielectric constant close to 1 facilitates calculations.
  • This manufacturing method is particularly economical since it uses only inexpensive materials and requires only low-skilled labor.
  • the radar installation using an antenna in accordance with the preceding description is characterized in that it comprises an assembly of two antennas, one being connected to the transmission device and the other to the receiving mixer.
  • the lightness and compactness of the antennas according to the invention makes it possible to assemble them easily, one being a transmitter and the other receiving. Duplication is by no means expensive because of the low cost of the antenna and also makes it possible to achieve significant savings by eliminating the plexer.
  • the block can be assembled around a mast, which eliminates the dead zone.
  • the removal of a support platform is also allowed by the lightness of the whole.
  • the invention also provides for housing the transmitter and its ancillary circuits in the blocks, as well as the receiver and its ancillary circuits, so that the microwave signals do not have to be routed via a rotating joint. .
  • the antenna comprises a source 1 constituted by a standard waveguide composed of a bottom 2 and a radiating face 3 in which are made slits 4.
  • the bottom 2 and the face 3 are made in brass foil of a tenth of a millimeter thick by cutting and folding on a template to the standards of the waveguide standardized in the IJ band
  • the bottom 2 and the face 3 are then assembled to form a prismatic tube with a rectangular base which rests on a block 5 of expanded polystyrene in the form of a prism with a trapezoidal base.
  • the assembly is covered with a metallized film 6 bonded to it to constitute the horn of the antenna.
  • this film is of the genre known as "mylar”.
  • Two blocks 7 of expanded polystyrene, in the form of a prism with a triangular base are glued to the faces of the horn and two prismatic blocks 8 with a rectangular base are glued to the side walls of the source 1 and to the blocks 7.
  • a plate 9 of expanded polystyrene is bonded to the bottom of the source and to the adjacent blocks 8.
  • the bottom 2 and the face 3 (fig. 3) by sticking on a foil sheet of paper where the fold and cut lines are drawn.
  • the slots 4 are cut out and the folding is carried out with the aid of a template.
  • the bottom 2 and the face 3 are then assembled by soldering with tin.
  • the source 1 thus produced is then placed on the block 5 and the whole of the metallized film 6 (FIG. 4) is covered which is glued.
  • the antenna obtained is centered on a frequency of 9,150 MHz.
  • fig. 6 there is shown its radiation diagram for 9,200 MHz. The ordinates are graduated in decibels and the abscissas in bearing angle.
  • the electric axis rotation is 1 ° per 100 MHz and the attenuation at 3 dB corresponds to a deposit opening of 1 °, 7.
  • the opening in site is 15 ° and the standing wave rate is less than or equal to 1.5 in a band between 9000 and 9250 MHz.
  • This antenna is remarkably light. This lightness makes it easy to couple a transmitting antenna and a receiving antenna, which saves the cost of a duplexer. One can even, while keeping a very reduced weight, place in the block the transmitter and the receiver with their auxiliary circuits. This arrangement makes it possible to avoid passing the microwave signals through a rotating joint.
  • the assembly of the two antennas can be provided removable, which allows it to be mounted around a mast and not on a platform. This avoids dead zones. Such an assembly is moreover favored by the lightness of the assembly which also makes it possible to avoid heavy and expensive drive mechanisms.
  • the block formed by the antenna, or the assembled antennas can have any profiled external shape, which can for example be integrated into the fuselage of a flying object.
  • this antenna is not limited to radar.

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Description

  • La présente invention concerne une antenne légère, notamment pour radar.
  • L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle antenne, et une installation utilisant un tel type d'antenne.
  • Les antennes radar utilisent généralement pour leur construction des matériaux métalliques, tels que des alliages légers, et des matériaux plastiques. Elles sont relativement lourdes et nécessitent, pour leur entraînement en rotation, des mécanismes coûteux faisant intervenir des engrenages de précision et des carters moulés usinés. L'énergie mécanique consommée pour vaincre leur inertie ou les contraintes dues au vent ou au mouvement éventuel de la pièce supportant le radar est en outre relativement importante. En outre, leur complexité nécessite un entretien fréquent et soigné.
  • Enfin, leur conformation impose une installation sur plateforme, ce qui, dans une mâture de navire, fait apparaître des secteurs morts et rend difficile des installations superposées.
  • Or, dans les applications maintenues, et en particulier dans le cadre de la navigation de plaisance, les inconvénients précités sont relativement graves. En outre, les antennes connues sont onéreuses, aussi bien en ce qui touche les matériaux que la main-d'oeuvre.
  • D'autre part, les antennes connues sont de construction complexe et nécessitent d'être rigidifiées par des plaques de matériau rigide telles que des plaques métalliques ou des structures vissées à assemblage rigide.
  • Ainsi le brevet US 3324474 montre une antenne dont le support tournant est logé à l'intérieur d'un mat et dont l'antenne elle-même comporte une structure porteuse comprenant des flasques métalliques assurant la rigidité de l'ensemble et enserrant des plaques de matériau expansé servant d'entretoises, le tout étant assemblé par des vis de maintien.
  • Le brevet FR 2 299 736 décrit une antenne YAGI dans laquelle la source et les moyens de concentration sont réalisés en éléments discrets logés dans un corps en matériau expansé en deux parties comprenant des logements creux, les deux parties étant assemblées au moyen d'un adhésif. La rigidité de l'ensemble est obtenue soit par le diélectrique si celui-ci est en céramique frittée, soit au moyen du boîtier de moulage qui est conservé autour du diélectrique.
  • La présente invention vise à réaliser une antenne d'une très grande légèreté qui l'affranchisse de sujétions mécaniques importantes et qui soit d'une fabrication économique.
  • Un autre but de l'invention est de réaliser une antenne composée exclusivement de matériaux légers sans renfort de plaques rigides ou d'assembla.ge complexe, la rigidité n'étant alors obtenue que par le mode d'assemblage par collage de la source et des moyens de concentration sur le matériau diélectrique.
  • Suivant ce premier aspect de l'invention, celle-ci concerne un procédé de fabrication d'une antenne légère au moyen de blocs de matériau expansé pour former la structure porteuse de l'antenne et d'une pellicule métallisée formant les moyens de concentration de l'antenne, procédé au cours duquel on effectue successivement les opérations suivantes:
    • a. on réalise un fond et une face rayonnante découpés à l'emporte-pièce par pliage d'une feuille métallique mince;
    • b. on assemble le fond et la face rayonnante pour constituer une source parallèlepipedique formant guide d'ondes;
    • c. on réalise un bloc prismatique de matériau expansé dont le contour est celui du cornet et l'on pose la source dessus;
    • d. on colle sur l'ensemble ainsi formé la pellicule métallique (6) formant les moyens de concentration,
    • e. on forme des blocs de matériau expansé de sorte qu'ils présentent chacun une face plane coopérant respectivement avec les faces extérieures de l'ensemble, pour assurer la rigidité du tout formant structure porteuse de l'antenne.
  • L'antenne légère, notamment pour radar, selon l'invention comprenant une source et des moyens de concentration de l'énergie électromagnétique formant des surfaces développables, dont la source et les moyens de concentration sont noyés dans au moins un bloc de matériau expansé de caractéristiques diélectriques prédéterminées est caractérisée en ce que les blocs de matériau expansé constituent la structure porteuse de l'ensemble.
  • Le matériau expansé constitue en effet une structure porteuse extrêmement légère, au sein de laquelle les éléments métalliques peuvent être très minces et donc également très légers.
  • En particulier, la source comprend avantageusement un tube prismatique réalisé à partir d'une feuille métallique mince.
  • De la même façon, les moyens de concentration comprennent de préférence un cornet prismatique réalisé à partir d'une pellicule métallisée.
  • On tire ainsi un parti optimal des possibilités de légèreté offertes par l'invention.
  • Suivant une réalisation préférée de l'invention, le bloc de matériau expansé comprend un certain nombre de pièces assemblées coopérant par collage avec les parois intérieures et extérieures de la source et du cornet.
  • Du fait du caractère développable des surfaces actives de l'antenne, la réalisation de tels blocs est particulièrement aisée. Une fois assemblés, ils constituent un bloc dans lequel l'antenne est noyée.
  • Le matériau expansé est du polystyrène, dont la constante diélectrique voisine de 1 facilite les calculs.
  • Ce mode de fabrication est particulièrement économique puisqu'il ne fait appel qu'à des matériaux peu coûteux et ne nécessite qu'une main-d'oeuvre peu spécialisée.
  • Suivant un troisième aspect de l'invention, l'installation radar utilisant une antenne conforme à la description qui précède est caractérisée en ce qu'elle comprend un assemblage de deux antennes, l'une étant reliée au dispositif d'émission et l'autre au mélangeur de réception.
  • La légèreté et le caractère compact des antennes conformes à l'invention permet de les assembler facilement, l'une étant émettrice et l'autre réceptrice. Le dédoublement n'est nullement onéreux en raison du faible coût de l'antenne et permet en outre de réaliser une économie importante en supprimant le du plexeur.
  • En outre, en prévoyant les deux antennes séparables, on peut assembler le bloc autour d'un mât, ce qui supprime la zone morte. La suppression d'une plate-forme support est en outre permise par la légèreté de l'ensemble.
  • L'invention prévoit encore de loger dans les blocs l'émetteur et ses circuits annexes, ainsi que le récepteur et ses circuits annexes, de sorte que les signaux en hyperfréquence n'ont pas a être acheminés par l'intermédiaire d'un joint tournant.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre.
  • Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif:
    • la fig. 1 est une vue en perspective éclatée d'une antenne conforme à l'invention;
    • la fig. 2 est une vue en coupe transversale éclatée d'une telle antenne;
    • les fig. 3 et 5 sont des vues montrant les étapes successives du procédé de fabrication;
    • la fig. 6 est un diagramme de rayonnement d'une antenne conforme à l'invention.
  • En référence aux fig. 1 et 2, l'antenne comprend une source 1 constituée par un guide d'ondes normalisé composé d'un fond 2 et d'une face rayonnante 3 dans laquelle sont pratiquées des fentes 4. Le fond 2 et la face 3 sont réalisés en clinquant de laiton d'un dixième de millimètre d'épaisseur par découpage et pliage sur un gabarit aux normes du guide d'ondes normalisé dans la bande I.J.
  • Le fond 2 et la face 3 sont ensuite assemblés pour constituer un tube prismatique à base rectangulaire qui repose sur un bloc 5 de polystyrène expansé en forme de prisme à base trapézoïdale. L'ensemble est recouvert d'un film métallisé 6 collé dessus pour constituer le cornet de l'antenne. Dans l'exemple décrit, ce film est du genre connu sous le nom de «mylar».
  • Deux blocs 7 de polystyrène expansé, en forme de prisme à base triangulaire sont collés sur les faces du cornet et deux blocs 8 prismatiques à base rectangulaire sont collés sur les parois latérales de la source 1 et sur les blocs 7.
  • Enfin, une plaque 9 de polystyrène expansé est collée sur le fond de la source et sur les blocs 8 adjacents.
  • Pour fabriquer l'antenne, on commence par réaliser le fond 2 et la face 3 (fig. 3) en collant sur une feuille de clinquant des papiers où sont tracées les lignes de pliage et de découpe. On découpe les fentes 4 l'emporte-pièce et l'on effectue les pliages en s'aidant d'un gabarit. On assemble ensuite le fond 2 et la face 3 par une soudure à l'étain.
  • On pose ensuite la source 1 ainsi réalisée sur le bloc 5 et l'on recouvre le tout du film métallisé 6 (fig. 4) que l'on colle.
  • Enfin, on colle les blocs extérieurs sur l'ensemble (fig. 5).
  • Dans l'exemple décrit, l'antenne obtenue est centrée sur une fréquence de 9.150 MHz. Sur la fig. 6, on a représenté son diagramme de rayonnement pour 9.200 MHz. Les ordonnées sont graduées en décibels et les abscisses en angle de gisement.
  • La rotation d'axe électrique est de 1° par 100 MHz et l'atténuation à 3 dB correspond à une ouverture de gisement de 1°,7. L'ouverture en site est de 15° et le taux d'onde stationnaire est inférieur ou égal à 1,5 dans une bande comprise entre 9000 et 9250 MHz.
  • Cette antenne est d'une légèreté remarquable. Cette légèreté permet d'accoupler facilement une antenne émettrice et une antenne réceptrice, ce qui permet de faire l'économie d'un duplexeur. On peut même, tout en conservant un poids très réduit, loger dans le bloc l'émetteur et le récepteur avec leurs circuits annexes. Cette disposition permet d'éviter de faire transiter les signaux en hyperfréquence par un joint tournant.
  • L'assemblage des deux antennes peut être prévu démontable, ce qui permet de le monter autour d'un mât et non sur une plate-forme. On évite ainsi les zones mortes. Un tel montage est d'ailleurs favorisé par la légèreté de l'ensemble qui permet, par ailleurs, d'éviter des mécanismes d'entraînement lourds et onéreux.
  • Enfin, le bloc formé par l'antenne, ou les antennes assemblées peut présenter une forme extérieure profilée quelconque, pouvant par exemple s'intégrer dans le fuselage d'un engin volant.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit mais couvre encore toute variante à la portée de l'homme de l'art.
  • D'autre part, l'application de cette antenne ne se limite pas au radar.

Claims (6)

1. Procédé de fabrication d'une antenne légère au moyen de blocs de matériau expansé (5-9), pour former la structure porteuse de l'antenne et d'une pellicule métallisée (6) formant les moyens de concentration de l'antenne, caractérisé en ce qu'on effectue successivement les opérations suivantes:
a. on réalise un fond (2) et une face rayonnante (3) découpée à l'emporte-pièce par pliage d'une feuille métallique mince;
b. on assemble le fond (2) et la face rayonnante (3) pour constituer une source parallèlepipè- dique (1) formant guide d'ondes;
c. on réalise un bloc prismatique (5) de matériau expansé dont le contour est celui du cornet et l'on pose la source (1) dessus;
d. on colle sur l'ensemble ainsi formé la pélli- cule métallisée (6) formant les moyens de concentration, on forme des blocs (7, 8, 9) de matériau expansé de sorte qu'ils présentent chacun une face plane coopérant respectivement avec les faces extérieures de l'ensemble précité et on les colle sur cet ensemble, pour assurer la rigidité du tout formant structure porteuse de l'antenne.
2. Antenne légère, notamment pour radar, comprenant une source (1) et des moyens de concentration de l'énergie électro-magnétique formant des surfaces développables, dont la source (1) et les moyens de concentration (6) sont noyés dans au moins un bloc de matériau expansé de caractéristiques diélectriques prédéterminées, obtenue selon le procédé de la revendication 1, caractérisée en ce que les blocs de matériau expansé constituent la structure porteuse de l'ensemble.
3. Antenne légère selon la revendication 2 dont la source comprend un tube prismatique (1) réalisé à partir d'une feuille métallique mince, et dont les moyens de concentration comprennent un cornet prismatique réalisé à partir d'une pellicule métallisée (6), caractérisée en ce que le bloc de matériau expansé comprend un certain nombre de pièces (5, 7, 8, 9) assemblées coopérant par collage avec les parois intérieures et extérieures de la source (1) et du cornet (6) pour assurer la rigidité de l'ensemble formant structure porteuse de l'antenne.
4. Antenne conforme à l'une des revendications 2 ou 3 caractérisée en ce que le matériau expansé est du polystyrène.
5. Utilisation de l'antenne selon l'une des revendications 2 à 4 dans une installation radar, caractérisée en ce qu'elle comprend un assemblage de deux antennes, l'une étant reliée au dispositif d'émission et l'autre au dispositif mélangeur de réception.
6. Utilisation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'émetteur et ses circuits annexes ainsi que le récepteur et ses circuits annexes sont logés dans le bloc formé par l'assemblage de deux antennes.
EP19810401248 1980-09-22 1981-07-31 Antenne légère, notamment pour radar, procédé pour sa fabrication, et installation s'y rapportant Expired EP0048639B1 (fr)

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