EP0251888B1

EP0251888B1 - Antenne hyperfréquence de poids et d'encombrement réduits

Info

Publication number: EP0251888B1
Application number: EP87401431A
Authority: EP
Inventors: Jacques Monvoisin; Valdo Trubert
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1991-05-29
Anticipated expiration: 2007-06-23
Also published as: EP0251888A1; DE3770346D1; FR2600814B1; FR2600814A1; US4862188A

Description

L'invention concerne une antenne hyperfréquence de poids et d'encombrement réduit.
Les antennes hyperfréquence comportent généralement un réflecteur qui comprend une structure ayant une forme prédéterminée sur laquelle est placé un miroir réfléchissant les ondes hyperfréquence. La structure et le miroir sont supportés par une ossature constituée principalement de tubes soudés entre eux ou de caissons soudés ou rivés.
Les miroirs sont de plus en plus constitués par un matériau en stratifié lorsqu'il s'agit d'antenne radar de petite dimension. Ces miroirs sont constitués d'éléments métalliques, par exemple de grillage ou de plaque de métal déployé, pour les radars de moyenne et grande dimension.
Le réflecteur comprend des tôles verticales que l'on appelle généralement des peignes. Ces tôles sont liées à la structure par des pattes et elles sont liées entre elles par des tubes dits tubes de Lisse. Le miroir, qu'il s'agisse de panneaux stratifiés ou d'un grillage ou d'un métal déployé, est fixé mécaniquement par des ressorts sur les peignes et par des tourillons sur les tubes de Lisse reliant les peignes.
Plus l'envergure de l'antenne est grande et plus l'antenne est sensible aux sollicitations de l'environnement que ce soit pendant son transport, ou lors de vibrations en cours de fonctionnement ou simplement en présence de vent.
Le dimensionnement de chaque élément constituant l'antenne est donc prédéterminé de manière à assurer la rigidité suffisante pour que l'antenne puisse supporter les sollicitations de cet environnement. L'ossature a donc une double fonction qui est celle de supporter le réflecteur et le miroir et également de contribuer à la rigidité de la structure du réflecteur. Cette ossature est donc d'autant plus lourde et encombrante que l'antenne sera également encombrante.
Le brevet français n° 2 252 665 décrit une telle antenne avec un treillis de peignes horizontaux et verticaux qui sont renforcés par un support ou ossature encombrant et lourd.
Pour essayer de remédier à ces inconvénients, il a été proposé, selon le brevet US 4 439 774, de former un treillis à structure triangulaire utilisant des peignes orientés selon trois directions différentes. Ceci permet de réaliser une structure mécaniquement stable par elle-même et économique.
Cependant la rigidité du réflecteur obtenu n'est pas parfaite. D'autre part, la répartition des peignes utilisée étant régulière et périodique implique du point de vue hyperfréquence une apparition de lobes secondaires dans le diagramme de rayonnement de l'antenne, ce qui nuit à ses performances.
Pour remédier à ces inconvénients l'invention propose d'utiliser des peignes dont les écartements dans une direction donnée diffèrent, de manière à supprimer dans une très large mesure la périodicité de la structure de l'antenne et à augmenter les qualités de rigidité du réflecteur.
La présente invention a donc pour objet une antenne hyperfréquence comportant un réflecteur telle que définie dans les revendications.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et à l'aide du dessin dans lequel :

la figure 1 représente une vue en perspective de l'antenne selon l'invention selon un premier mode de réalisation ;
la figure 2 représente une vue de face de l'antenne selon l'invention selon un deuxième mode de réalisation ;
la figure 3 représente des détails de réalisation ;
la figure 4 représente une coupe selon un plan médian correspondant à une variante de réalisation.

On a représenté sur la figure 1 une antenne selon l'invention vue en perspective. L'antenne comporte un réflecteur 1 et un miroir 2, le miroir étant partiellement représenté, ce miroir est placé sur la face avant du réflecteur 1. Le réflecteur comporte des éléments métalliques qui sont réalisés par des tôles planes que l'on désignera par peignes dans le reste de la description. Le réflecteur comporte des peignes verticaux horizontaux et obliques dont le nombre est déterminé en fonction de l'envergure de l'antenne.
Pour simplifier la représentation on s'est limité à neuf peignes verticaux référencés 100 à 108. Ces peignes verticaux sont disposés de façon symétrique ou asymétrique deux à deux par rapport à un peigne médian 100. Le réflecteur comporte également des peignes horizontaux, dont huit seulement ont été représentés et référencés de 200 à 206. Les peignes horizontaux et verticaux s'entrecroisent de manière à former un quadrillage, les peignes obliques 300 passent par les noeuds formés par les peignes horizontaux et verticaux. La courbure de la face avant de chaque peigne forme une génératrice qui permet d'engendrer la forme requise du réflecteur, cette forme étant imposée au miroir.
Les qualités dimentionnelles des tôles et la précision des courbes pour chacune d'elles peuvent être obtenues par des moyens d'usinage et de découpe commandés par une machine à commande numérique par exemple. Dans cet exemple particulier la face avant de chaque peigne constitue une des génératrices d'un paraboloïde de révolution caractérisant la forme du miroir. Les peignes étant des tôles planes, ils ne subissent aucune modification de forme après leur découpe.
Pour augmenter les qualités de rigidité du réflecteur les peignes verticaux sont disposés de part et d'autre d'un peigne médian avec des écartements différents. La répartition de ces peignes est de type en progression géométrique et obéit à la loi mathématique : C = a (1 + x + x² + . . . + xⁿ) où C est l'écartement entre le peigne médian 100 et chacun des peignes formant les bordures de l'antenne soit la demi largeur de l'antenne, a est l'écartement entre le peigne médian 100 et le premier peigne 101 ou 102 situé de part et d'autre de ce peigne vertical médian, n est le nombre de peignes intermédiaires entre le peigne central 100 et chacun des peignes formant les bordures de l'antenne et x est la raison de la progression. On choisit la même valeur de a pour obtenir une structure symétrique ou deux valeurs différentes pour obtenir deux structures asymétriques par rapport au peigne 100. Cette répartition permet d'augmenter les qualités radioélectriques du réflecteur ces qualités étant liées aux qualités mécaniques de forme de ce réflecteur. Cette répartition permet en effet de supprimer des défauts de forme pouvant apparaître avec une répartition correspondant à des écartements équidistants entre les peignes verticaux. Si l'on considère les deux parties formées par les éléments de la structure du réflecteur placé de part et d'autre du peigne médian 100, ces deux parties présentent une symétrie de forme par rapport à ce peigne.
Le peigne horizontal 400 qui selon cet exemple particulier est situé dans la partie inférieure du réflecteur, peut par exemple être constitué par une poutre rigide formée par un assemblage de deux tôles prenant en sandwich un nid d'abeille métallique. Les peignes verticaux peuvent par exemple être encastrés dans cette poutre. L'assemblage des peignes entre eux est réalisé soit par soudure, soit par visserie, soit par rivetage ou par collage. Pour que les peignes obliques soient rectilignes, il faut naturellement que les peignes horizontaux soient répartis selon une loi de progression géométrique similaire à la loi de répartition des peignes verticaux avec la même raison x.
Sur la figure 2 on a représenté une réalisation particulière d'une antenne selon l'invention. L'antenne est vue de face, elle est constituée par un ensemble de modules de dimensions prédéterminées chaque module comportant des peignes horizontaux, des peignes verticaux et des peignes obliques disposés les uns par rapport aux autres et assemblés entre eux de la façon dont cela a été décrit sur la figure 1. Les tôles formant les bordures de chaque module sont fixées. Les modules sont montés de manière à ce que la face avant constitue le plan réflecteur ayant la forme désirée. L'intérêt d'un tel agencement est que le réflecteur peut être démonté lors des transports et qu'il peut être remonté très facilement, l'assemblage entre chaque module se faisant par exemple par visserie.
L'antenne ainsi constituée comporte un peigne médian de symétrie qui est constitué par les deux peignes formant une bordure de deux modules 3 et 4 et par une bordure de deux autres modules 5 et 6, ces deux autres modules étant respectivement superposés aux modules 3 et 4. Le peigne médian 100, qui est dans cette réalisation particulière, constitué par deux tôles se trouve donc en deux parties 11 et 12. Si on se référe au plan de la figure 2 sur lequel est projeté l'antenne, les modules 3 et 4 sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de symétrie formé par ces deux parties de peigne 11 et 12 et les modules 5 et 6 sont également disposés symétriquement par rapport à la partie 11. Un module 7 est fixe au module 3, un module 9 est fixé au module 5, les modules 7 et 9 étant superposés respectivement aux modules 3 et 5. Le peigne vertical 107 est constitué par deux tôles formant une bordure du module 9 et une bordure du module 5 et deux tôles formant une bordure du module 7 et une bordure du module 3 ce peigne est donc réalisé en deux parties 13 et 14. De la même façon un module 8 est fixé au module 4 et un module 10 est fixé au module 6, le module 10 étant superposé au module 8. Le peigne vertical 119 est formé par les deux tôles constituant une bordure du module 6 et une bordure du module 10 et deux tôles constituant une bordure du module 4 et une bordure du module 8. Ce peigne est donc également en deux parties 15 et 16. Les modules 7 et 8 sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de symétrie en se référant toujours au plan de la figure. Les modules 9 et 10 sont également disposés symétriquement par rapport à l'axe de symétrie en se référant au plan de la figure. Le peigne horizontal médian 200 est divisé en quatre parties 17, 18, 19 et 20. La partie 17 est constituée par les deux bordures appartenant respectivement au module 7 et au module 9, la partie 18 est constituée par deux bordures appartenant respectivement au module 3 et au module 5, la partie 19 est constituée par deux bordures appartenant respectivement au module 4 et au module 6 et la partie 20 est constituée respectivement par deux bordures appartenant au module 8 et au module 10.
Un élément porteur 410 est fixé dans la partie inférieure de chacun des modules 3, 4, 7 et 8, cet élément sert à l'implantation de l'antenne sur site. Les peignes verticaux qui sont tous divisés en deux parties conformément au peigne vertical 100 sont répartis à l'intérieur de chaque module suivant la loi précitée, le paramètre C représentant dans ce cas l'écartement entre deux peignes verticaux formant les bordures d'un module et a l'écartement entre un peigne vertical de bordure et un premier peigne de ce module. Si on choisit le même pour tous les modules il y a une symétrie de répartition des peignes verticaux pour les modules situés de part et d'autre du peigne médian. Il y a également une symétrie dans la répartition des peignes verticaux pour les modules qui sont de part et d'autre des quatre modules centraux cette symétrie étant toujours par rapport au peigne médian 100. Si on choisit une valeur différente de a de part et d'autre du peigne médian, les peignes verticaux sont répartis de façon asymétrique comme c'est le cas sur cette figure. Seule la disposition des modules présente une symétrie par rapport au plan médian. Les mêmes remarques s'appliquent à la répartition des peignes horizontaux dans chacun des modules.
Les peignes obliques dans chacun des modules constituent les diagonales de chacun des carrés ou des rectangles appartenant à ces modules. Les modules peuvent soit être des carrés soit des rectangles, leurs dimensions sont fonction de la hauteur et de la largeur que doit avoir l'antenne. Les modules 7 et 8 ont une partie qui a été supprimée afin de répondre à la forme particulière que doit avoir le réflecteur, ces parties sont prises dans le prolongement d'un peigne oblique et dans le prolongement d'un peigne vertical. Les nervures avant des peignes sont par exemple des génératrices de paraboloïdes.
Les peignes verticaux constituent chacun un élément de poutre d'égale contrainte.
Les peignes obliques assurent la rigidité transversale tout en ramenant les contraintes aérodynamiques dans l'axe du réflecteur.
Sur la figure 3 on a représenté un détail de réalisation concernant les découpes des peignes aux endroits où ils s'encastrent les uns dans les autres, ces encastrements formant des noeuds. La nervure avant 30 du peigne 101 comporte un ensemble d'encoches 31, une seule étant représentée sur cette représentation partielle. La nervure avant 40 d'un peigne horizontal 200 comporte également un ensemble d'encoches référencées 42, une seule seulement étant représentée sur la vue. La nervure arrière 51 du peigne oblique 300 comporte également un ensemble d'encoches dont une seulement a été représentée et référencée 52. Lors de l'assemblage, la partie dorsale du peigne horizontal est logée dans les encoches 32, cette partie dorsale étant référencée 41 et la partie dorsale du peigne oblique 300 est logée dans les encoches 42 et 32, cette partie dorsale est référencée 51. Les trois peignes en chaque noeud peuvent être soit vissés soit collés par exemple.
Sur la figure 4, on a représenté une coupe selon un plan médian correspondant à une variante de réalisation pour le positionnement du peigne 400. Dans cette configuration le peigne 400 est placé sous une encoche 140 du peigne 101 qui est le seul à être représenté. Ce peigne 400 est donc placé sous l'ensemble des encoches que présente chaque peigne vertical de la structure. Les peignes verticaux ont une forme de tige dans la partie basse située en dessous du peigne 400. Cette variante concerne une antenne de plus petite dimension que celle qui est représentée sur la figure 1 ou 2.
A titre d'exemple particulier l'antenne vue de face qui représentée sur la figure 2, a une largeur de 9 mètres et une hauteur de 4,980 mètres, la largeur d'un module fait 2,250 mètres.

Claims

Antenne hyperfréquence de poids et d'encombrement réduits comportant un réflecteur comprenant une structure de mise en forme et un miroir réfléchissant, le miroir étant placé contre la structure, la structure (1) comprenant des peignes disposés selon au moins trois directions différentes et s'entrecroisant en différents points de fixation de manière à former un treillis, chaque profil avant du peigne formant une génératrice de la forme à donner au miroir (2), caractérisée en ce que ledit treillis comportant des peignes verticaux (100 à 108), des peignes horizontaux (200 à 206) et des peignes obliques (300), les peignes verticaux et les peignes horizontaux sont disposés selon des lois de répartition respectives telles que les écartements entre peignes varient en progresion géométrique et en ce que lesdites lois sont de la forme C = a (1 + x + x² + . . . + xⁿ) où C est l'écartement entre un peigne de référence (100) et un peigne parallèle (107, 108) formant une bordure de l'antenne, où a est l'écartement entre un peigne de référence et le premier peigne parallèle adjacent, où x est la raison, différente de 1 et commune aux deux directions verticale et horizontale, de la progression géométrique et où n est le nombre de peignes intermédiaires entre un peigne de référence et un peigne de bordure correspondant.
Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les peignes sont constitués de tôles planes.
Antenne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les peignes (100, 200, 300) sont soit rivetés, soit soudés, soit collés entre eux, aux points de croisement.
Antenne hyperfréquence de poids et d'encombrement réduits comportant un réflecteur comprenant une structure de mise en forme et un miroir réfléchissant, le miroir étant placé contre la structure, la structure comprenant des peignes disposés selon au moins trois directions différentes et s'entrecroisant en différents points de fixation de manière à former un treillis, chaque profil avant du peigne formant une génératrice de la forme à donner au miroir, ladite antenne étant caractérisée en ce que ladite structure comprend une pluralité de modules (3 à 10), chaque module comportant des peignes verticaux, horizontaux et obliques d'un seul tenant et lesdits modules étant assemblés entre eux de manière à constituer le réflecteur, et en ce que lesdits peignes horizontaux et lesdits peignes verticaux d'un module sont disposés avec des écartements répartis selon des lois de répartition respectives en progression géométrique de la forme C = a (1 + x + x² + . . . + xⁿ) où C est la largeur ou la hauteur du module considéré, a est la plus petite valeur d'écartement entre un peigne formant bordure du module et le peigne adjacent parallèle de la direction considérée, verticale ou horizontale, où x est la raison, différente de 1 et commune aux deux directions verticale et horizontale, de la progression géométrique pour le module considéré et où n est le nombre de peignes intermédiaires entre les peignes formant bordure du module dans la direction considérée.
Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les modules (3, 10) sont vissés deux à deux par une de leur bordure commune.
Antenne selon l'une des revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un peigne médian constitué par l'association de quatre bordures de quatre modules (3, 4, 5, 6).
Antenne selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier module (3), un deuxième module (4) disposé symétriquement par rapport à l'axe (△), un troisième module (5) disposé sur le premier (3), un quatrième (6) disposé symétriquement par rapport à l'axe et placé sur le deuxième, un cinquième (7) adjacent au premier, un sixième (9) disposé sur le cinquième (7), un septième (8) adjacent au deuxième et huitième (10) disposé sur le septième et adjacent au quatrième, les septièmes et huitièmes modules étant respectivement disposés symétriquement par rapport aux sixièmes et septièmes modules.
Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les peignes (100, 200, 300) sont encastrés les uns dans les autres aux croisements.