EP0585250B1 - Antenne cylindrique imprimee omnidirectionnelle et repondeur radar maritime utilisant de telles antennes - Google Patents

Antenne cylindrique imprimee omnidirectionnelle et repondeur radar maritime utilisant de telles antennes Download PDF

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EP0585250B1
EP0585250B1 EP92908983A EP92908983A EP0585250B1 EP 0585250 B1 EP0585250 B1 EP 0585250B1 EP 92908983 A EP92908983 A EP 92908983A EP 92908983 A EP92908983 A EP 92908983A EP 0585250 B1 EP0585250 B1 EP 0585250B1
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EP
European Patent Office
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antenna
sub
supply line
radiating elements
transmitter
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EP92908983A
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EP0585250A1 (fr
Inventor
Philippe Dupuis
Jean-Pierre Louis Marie Daniel
Jean-Luc Alanic
Philippe Renaudin
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CENTRE REGIONAL D'INNOVATION ET DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIE EN ELECTRONIQUE ET COMMUNICATIONS DE BRETAGNE ASSOCIATION LOI 1901
Serpe D'etudes Et De Realisations De Protection Electronique SA Ste
Original Assignee
CENTRE REGIONAL D'INNOVATION ET DE TRANSFERT DE TECHNOLOGIE EN ELECTRONIQUE ET COMMUNICATIONS DE BRETAGNE ASSOCIATION LOI 1901
Serpe D'etudes Et De Realisations De Protection Electronique SA Ste
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H01Q21/205—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path providing an omnidirectional coverage

Definitions

  • the present invention relates to a printed cylindrical antenna as described in the document IEE Proceedings H. Microwaves, Antennas and Propagation, vol. 135, no 2, April 1988, pages 132-134 and a maritime radar transponder which uses such antennas.
  • a cylindrical antenna which is omnidirectional in a horizontal plane and which has a minimized diameter while having a fairly high gain. Its opening angle in a vertical plane can be of the order of 35 ° and, in this case, it can be used in a maritime radar transponder as a receiving antenna and transmitting antenna in the frequency band 9.2 GHz-9.5 GHz.
  • the object of the invention is to produce an antenna which has these technical characteristics and the manufacture of which is easy to implement.
  • a cylindrical antenna according to the invention consists of a cylindrical substrate of a dielectric material whose internal wall is covered with a layer of metallic material forming a ground plane and whose external wall receives the radiating elements, these being arranged in a plurality of identical sub-networks parallel to each other and equidistant on a perimeter of the substrate, the sub-networks being supplied in phase, each sub-network consisting of a rectilinear supply line who on the cylindrical substrate of the antenna, is located on a generator of said cylinder and of a plurality of identical radiating elements located alternately on either side of said supply line and supplied by said supply line so as to be able emitting phase waves, the distance on the perimeter of the cylinder which separates two neighboring sub-networks being at most equal to 2 times the maximum dimension on the perimeter of the cylinder of the radiating elements, the radiating elements on one side of a sub -network being interlaced with the radiating elements on the opposite side of a neighboring sub-network.
  • each radiating element consists of a conductive patch of square shape, one corner of which is in galvanic contact with the supply line of the corresponding sub-network and whose diagonal is perpendicular to the line d at the feed point.
  • the radiating elements of the same sub-network are distant from each other, on the supply line of said sub-network, by a half-wavelength guided by said line of food.
  • the invention also relates to a maritime radar transponder comprising a cylindrical housing at least part of which forms a radome and which contains a wave receiver such as those emitted by a scanning radar system, a transmitter emitting such radar waves, a control circuit which controls the transmission of the transmitter when the receiver has received a radar wave from a radar system, the receiver and the transmitter respectively comprising a reception antenna and a transmission antenna.
  • a maritime radar transponder comprising a cylindrical housing at least part of which forms a radome and which contains a wave receiver such as those emitted by a scanning radar system, a transmitter emitting such radar waves, a control circuit which controls the transmission of the transmitter when the receiver has received a radar wave from a radar system, the receiver and the transmitter respectively comprising a reception antenna and a transmission antenna.
  • each antenna is a cylindrical antenna having the characteristics mentioned above and is mounted coaxially inside said part forming a radome.
  • the transmitter, the receiver and the control circuit of this transponder are mounted on the same printed circuit board on which are threaded the cylindrical transmitting and receiving antennas, the transmitter located inside the transmitting antenna and the receiver inside the receiving antenna.
  • the transmitter and the receiver are on one side while the control circuit is on the other side.
  • the cylindrical antenna shown in FIG. 1 consists of a cylindrical substrate of a dielectric material, the internal wall of which is covered with a layer 2 of a metallic material forming a ground plane and the internal wall of which receives radiating elements 3 supplied by lines of food 4.
  • the substrate is, for example, in a dielectric material such as polypropylene or Teflon glass. Its relative permittivity is, for example, close to 2.2. For correct operation in a band centered on 9.4 GHz, its thickness is advantageously of the order of 800 microns.
  • the radiating elements 3 are produced on the substrate 1 according to the printed circuit technique on a dielectric plate covered, beforehand, on each of its two faces, with a layer metallic, for example, copper or aluminum and which is, after printing the radiating elements 3 on one of these two faces, rolled to form the cylindrical antenna shown in FIG. 1.
  • Fig. 2 shows an array of radiating elements 3 according to an exemplary embodiment of the invention. This network is shown developed on a plan as it appears when printed on a plate, before rolling.
  • It comprises four identical sub-networks R1, R2, R3, and R4 of, each, four identical radiating elements 3, the sub-networks Ri being mutually parallel and equidistant on the perimeter of the cylinder.
  • the number of sub-arrays can be less than or greater than four, depending on the diameter of the antenna that one wishes to obtain.
  • the Ri subnetworks are supplied in phase in a tree-like configuration.
  • the sub-networks R1, R2, R3 and R4 are respectively supplied by conductive lines L1, L2, L3 and L4 bent at 90 °
  • the lines L1 and L2 have their common ends connected to a conductive line L12 bent at 90 °
  • lines L3 and L4 have their common ends connected to a conductive line L34 bent at 90 °.
  • the latter L12 and L34 have their common ends connected to a general supply line LA.
  • Another supply mode could also be used as long as it supplies a phase supply to the sub-networks R1 to R4, for example, a supply in series.
  • the lines L1 to L4 have lengths which are equal to a wavelength guided on the substrate at the operating frequency of the antenna. Their width is such that they have a characteristic impedance allowing the adaptation of impedance with the sub-networks R1 to R4.
  • the lines L 12 and L 34 have equal lengths and each have a characteristic impedance which allows the impedance adaptation with the lines L1 to L4 and the sub-networks which the latter supply.
  • these impedance adaptations may nevertheless require quarter-wave transformers consisting of an enlargement supply lines over a length equal to a quarter of guided wavelength on the substrate.
  • transformers must be provided on lines L1 to L4 and L12 and L34.
  • radiating elements per sub-network it is necessary to provide transformers on the line sections between the radiating elements.
  • lines L 12 and L 34 have sections (horizontal in FIG. 2) which belong to the same perimeter of the cylinder. It is the same for lines L1 to L4 which also have sections belonging to the same perimeter of the cylinder.
  • Each sub-network Ri consists of a rectilinear supply line L R which, on the cylindrical substrate 1 of the antenna, happens to be on a generator of this cylinder.
  • the supply line L R there are, supplied at points spaced on said line L R of a half-wavelength guided on the substrate, four radiating elements 3.
  • Each element radiating 3 is advantageously constituted by a conductive patch of square shape, a corner 31 of which is in galvanic contact with the supply line L R for its excitation and of which a diagonal d is perpendicular to the supply line L R at point d food 31.
  • the radiating elements 3 could also consist of conductive pads of any shape, for example, circular, rectangular, etc. Square or rectangular in shape, they could also be fed from the middle of one side by means of an appropriate line section.
  • the supply line L R of each sub-network and the vertical section in FIG. 2 of the corresponding line L1 to L4 are collinear.
  • the radiating elements 3g situated on one side of the supply line L R of a sub-network R i are interlaced with the radiating elements 3d on the opposite side of the supply line LR of a sub- neighboring network R i-1 or R i + 1 .
  • the radiating elements 3 interleaved are spaced apart by a guided half-wavelength on the substrate.
  • the distance which separates the feed lines L R from two neighboring sub-arrays R i and R i + 1 is an important parameter as regards the omnidirectional characteristic of the antenna. This distance is at most equal to 2 times the maximum dimension on the perimeter of the cylinder of the radiating elements, that is to say, in the case of radiating elements made up of pellets of square shape, the length of the diagonal of this pastille.
  • Measurements were made on a cylindrical antenna having a substrate with a permittivity of 2.2 and whose radius is 15 mm.
  • the distance on the line LR of each sub-network Ri between two radiating elements is substantially equal to 12.1 mm and the distance between two neighboring sub-networks is substantially equal to 2.40 mm.
  • the diagonal of the square of the pads 3 is substantially equal to 14 mm.
  • the width of the supply lines L1 to L4, L12, L34, and LA was adjusted to a characteristic impedance of 80 ohms in the 9.2 GHz-9.5 GHz frequency band. .
  • Fig. 3a shows gain diagrams as a function of the azimuth angle which have been plotted with this antenna at an operating frequency of 9.4 GHz.
  • the main axis of the cylinder of this antenna is vertical.
  • the gain for the main polarization component is substantially constant and the gain ripples noted do not exceed 2.5 dB.
  • the gain for the cross component is at least 10 dB lower than that of the main component. It can therefore be seen that the antenna emits a wave polarized substantially linearly in a horizontal plane.
  • the standing wave ratio (ROS) is less than 1.5 in the band 9.2 GHz - 9.5 GHz.
  • Fig. 3b the gain at an operating frequency of 9.4 GHz of an antenna according to the invention as a function of the angle formed by the direction of measurement with a horizontal plane, the antenna cylindrical having its main vertical axis. It can be seen that the opening angle at -3 dB as measured is + 18 ° and -18 ° relative to the horizontal.
  • FIG. 4 There is shown in FIG. 4, a maritime rescue radar responder.
  • the housing 10 shown here in thin dashed mixed lines, inside which are housed, coaxially, a cylindrical transmitting antenna 11 and a cylindrical receiving antenna 12.
  • the housing 10 shown comprises a part 10a forming a radome transparent to radar waves and part 10b.
  • the antennas 11 and 12 are inside the part 10a.
  • the entire housing 10 can be a radome.
  • a transmitter 14 housed inside the first cylindrical antenna 11, and, at the other end, a receiver 15 housed at the inside the second cylindrical antenna 12.
  • a control circuit 16 is provided on the other face of the plate 13.
  • Coaxial cables 17 and 18 are respectively provided for respectively connecting the high-frequency signal output of the transmitter 14 to the transmit antenna 10 and the high frequency signal input from the receiver 15 to the receive antenna 11.
  • An electrical supply device 19 is provided, in part 10b, for supplying direct current to the transmitter 14, the receiver 15 and the control circuit 16.
  • this supply device 19 is separated from the rest of the responder and is located in a second housing separate from the housing 10. In this case, the part 10b of the housing 10 does not exist.
  • the receiver 15 is of the type which can receive and demodulate signals transmitted by radar systems transmitting in the band of frequencies 9.2 GHz - 9.5 GHz. As for the transmitter 14, it transmits, by frequency scanning, waves in the same frequency band.
  • a radar responder is used as follows. It equips, for example, a buoy or a lifeboat.
  • a second vessel has a rotating beam radar system which transmits, for example, on a frequency in the band 9.2 GHz - 9.5 GHz.
  • the receiving antenna 11 of this transponder When it passes within range of a buoy or a boat whose maritime radar transponder is started, following for example a sinking, the receiving antenna 11 of this transponder periodically receives the signals transmitted by the radar system and the receiver 15, connected to the reception antenna 11, detects them. This has the effect of activating the control circuit 16 which then turns on the transmitter 14.
  • the latter transmits, via the transmitting antenna 10 to which it is connected and by frequency scanning, radar waves in the same band which are then picked up by the radar system of the second boat. It is therefore possible to determine, on the screen of this system, the position of the buoy.
  • the antennas according to the invention are particularly well suited to this particular application. Indeed, due to their shape, they are easily accommodated in a cylindrical housing. In the internal volume that each generates, it is possible to place the transmitter and receiver which, because of the ground plane on their internal walls of the antenna, are isolated from the ambient waves and parasites and which, consequently, do not require shields.

Abstract

La présente invention concerne une antenne cylindrique imprimée omnidirectionnelle qui est constituée d'un susbstrat cylindrique (1) dans un matériau diélectrique dont la paroi interne est recouverte d'une couche (2) d'un matériau métallique formant un plan de masse et dont la paroi externe reçoit des éléments rayonnants (3), ceux-ci étant arrangés en une pluralité de sous-réseaux identiques (Ri) parallèles entre eux et équidistants sur un périmètre du substrat (1), les sous-réseaux (Ri) étant alimentés en phase, chaque sous-réseau (Ri) étant constitué d'une ligne d'alimentation rectiligne (LR) qui, sur le substrat cylindrique (1) de l'antenne, se trouve sur une génératrice dudit cylindre et d'une pluralité d'éléments rayonnants (3) situés alternativement de part et d'autre de ladite ligne d'alimentation (LR) et alimentés par ladite ligne d'alimentation (LR) de manière à pouvoir émettre des ondes en phase, la distance sur le périmètre du cylindre qui sépare deux sous-réseaux voisins (Ri et Ri+1) étant au plus égale à 2 fois la dimension maximale sur le périmètre du cylindre des éléments rayonnants (3), lesdits éléments rayonnants d'un côté d'un sous-réseau étant entrelacés avec les éléments rayonnants (3) du côté opposé d'un sous-réseau voisin. L'invention concerne également un répondeur radar maritime qui utilise de telles antennes.

Description

  • La présente invention concerne une antenne cylindrique imprimée telle que décrite dans le document IEE Proceedings H. Microwaves, Antennas and Propagation, vol. 135, nº 2, Avril 1988, pages 132-134 et un répondeur radar maritime qui utilise de telles antennes.
  • On a cherché à réaliser une antenne cylindrique qui soit omnidirectionnelle dans un plan horizontal et qui ait un diamètre minimisé tout en présentant un gain assez élevé. Son angle d'ouverture dans un plan vertical peut être de l'ordre de 35° et, dans ce cas, elle peut être utilisée dans un répondeur radar maritime en tant qu'antenne de réception et antenne d'émission dans la bande de fréquences 9,2 GHz-9,5 GHz.
  • Le but de l'invention est de réaliser une antenne qui présente ces caractéristiques techniques et dont la fabrication soit facile à mettre en oeuvre.
  • A cet effet, une antenne cylindrique selon l'invention est constituée d'un substrat cylindrique d'un matériau diélectrique dont la paroi interne est recouverte d'une couche d'un matériau métallique formant un plan de masse et dont la paroi externe reçoit les éléments rayonnants, ceux-ci étant arrangés en une pluralité de sous-réseaux identiques parallèles entre eux et équidistants sur un périmètre du substrat, les sous-réseaux étant alimentés en phase, chaque sous-réseau étant constitué d'une ligne d'alimentation rectiligne qui, sur le substrat cylindrique de l'antenne, se trouve sur une génératrice dudit cylindre et d'une pluralité d'éléments rayonnants identiques situés alternativement de part et d'autre de ladite ligne d'alimentation et alimentés par ladite ligne d'alimentation de manière à pouvoir émettre des ondes en phase, la distance sur le périmètre du cylindre qui sépare deux sous-réseaux voisins étant au plus égale à 2 fois la dimension maximale sur le périmètre du cylindre des éléments rayonnants, les éléments rayonnants d'un côté d'un sous-réseau étant entrelacés avec les éléments rayonnants du côté opposé d'un sous-réseau voisin.
  • De cette manière, du fait de cet entrelacement, on dispose du nombre maximum d'éléments rayonnants, ceux-ci émettant en phase, ce qui permet à l'antenne de présenter un gain maximum pour un diamètre minimisé. L'espacement entre les sous-réseaux est ajusté, dans la fourchette indiquée, de manière que l'émission du rayonnement dans un plan horizontal soit omnidirectionnelle.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque élément rayonnant est constitué d'une pastille conductrice de forme carrée dont un coin est en contact galvanique avec la ligne d'alimentation du sous-réseau correspondant et dont une diagonale est perpendiculaire à la ligne d'alimentation au point d'alimentation.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments rayonnants d'un même sous-réseau sont distants entre eux, sur la ligne d'alimentation dudit sous-réseau, d'une demi-longueur d'onde guidée par ladite ligne d'alimentation.
  • L'invention concerne également un répondeur radar maritime comprenant un boîtier cylindrique dont au moins une partie forme un râdome et qui renferme un récepteur d'ondes telles que celles qui sont émises par un système radar à balayage, un émetteur émettant de telles ondes radar, un circuit de commande qui commande l'émission de l'émetteur lorsque le récepteur a reçu une onde radar issue d'un système radar, le récepteur et l'émetteur comportant respectivement une antenne de réception et une antenne d'émission.
  • Selon une première caractéristique, chaque antenne est une antenne cylindrique présentant les caractéristiques mentionnées ci-dessus et est montée coaxialement à l'intérieur de ladite partie formant radôme.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'émetteur, le récepteur et le circuit de commande de ce répondeur sont montés sur une même plaque de circuit imprimé sur laquelle sont enfilées les antennes cylindriques d'émission et de réception, l'émetteur se trouvant à l'intérieur de l'antenne d'émission et le récepteur à l'intérieur de l'antenne de réception.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, sur la plaque de circuit imprimé, l'émetteur et le récepteur se trouvent sur une face alors que le circuit de commande est sur l'autre face.
  • Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels:
    • la Fig. 1 est une vue en perspective d'une antenne selon l'invention,
    • la Fig. 2 est une vue en développée sur un plan d'un réseau d'éléments rayonnants d'une antenne selon l'invention,
    • les Figs. 3a et 3b sont des courbes de caractéristiques d'une antenne selon l'invention, et
    • la Fig. 4 est une vue en perspective d'un répondeur radar selon la présente invention qui utilise deux antennes selon l'invention.
  • L'antenne cylindrique représentée à la Fig. 1 est constituée d'un substrat cylindrique d'un matériau diélectrique dont la paroi interne est recouverte d'une couche 2 d'un matériau métallique formant un plan de masse et dont la paroi interne reçoit des éléments rayonnants 3 alimentés par des lignes d'alimentation 4.
  • Le substrat est, par exemple, dans un matériau diélectrique tel que du polypropylène ou du verre Téflon. Sa permittivité relative est, par exemple, voisine de 2,2. Pour un fonctionnement correct dans une bande centrée sur 9,4 GHz, son épaisseur est avantageusement de l'ordre de 800 microns.
  • Les éléments rayonnants 3 sont réalisés sur le substrat 1 selon la technique du circuit imprimé sur une plaque diélectrique recouverte, au préalable, sur chacune de ses deux faces, d'une couche métallique, par exemple, de cuivre ou d'aluminium et qui est, après impression des éléments rayonnants 3 sur une de ces deux faces, roulée pour former l'antenne cylindrique représentée à la Fig. 1.
  • La Fig. 2 montre un réseau d'éléments rayonnants 3 selon un exemple de réalisation de l'invention. Ce réseau est montré en développée sur un plan tel qu'il apparaît lorsqu'il est imprimé sur une plaque, avant son roulage.
  • Il comprend quatre sous-réseaux R1, R2, R3, et R4 identiques de, chacun, quatre éléments rayonnants identiques 3, les sous-réseaux Ri étant parallèles entre eux et équidistants sur le périmètre du cylindre.
  • Le nombre de sous-réseaux peut être inférieur ou supérieur à quatre, selon le diamètre de l'antenne que l'on désire obtenir.
  • Tels qu'ils sont représentés, les sous-réseaux Ri sont alimentés en phase selon une configuration en arborescence. Ainsi, les sous-réseaux R1, R2, R3 et R4 sont respectivement alimentés par des lignes conductrices L1, L2, L3 et L4 coudées à 90°, les lignes L1 et L2 ont leurs extrémités communes reliées à une ligne conductrice L12 coudée à 90° et les lignes L3 et L4 ont leurs extrémités communes reliées à une ligne conductrice L34 coudée à 90°. Enfin, ces dernières L12 et L34 ont leurs extrémités communes reliées à une ligne d'alimentation générale LA.
  • Un autre mode d'alimentation pourrait également être utilisé dès lors qu'il assure une alimentation en phase des sous-réseaux R1 à R4, par exemple, une alimentation en série.
  • Les lignes L1 à L4 ont des longueurs qui sont égales à une longueur d'onde guidée sur le substrat à la fréquence de fonctionnement de l'antenne. Leur largeur est telle qu'elles ont une impédance caractéristique permettant l'adaptation d'impédance avec les sous-réseaux R1 à R4.
  • Les lignes L12 et L34 ont des longueurs égales et présentent, chacune, une impédance caractéristique qui permet l'adaptation d'impédance avec les lignes L1 à L4 et les sous-réseaux que ces dernières alimentent.
  • On notera que ces adaptations d'impédance peuvent néanmoins nécessiter des transformateurs quart d'onde consistant en un élargissement des lignes d'alimentation sur une longueur égale à un quart de longueur d'onde guidée sur le substrat. Ainsi, dans le cas où plus de quatre sous-réseaux sont utilisés, de tels transformateurs devront être prévus sur les lignes L1 à L4 et L12 et L34. De même, si plus de quatre éléments rayonnants par sous-réseau sont utilisés, il est nécessaire de prévoir des transformateurs sur les tronçons de ligne entre les éléments rayonnants.
  • On remarquera que les lignes L12 et L34 ont des tronçons (horizontaux sur la Fig. 2) qui appartiennent à un même périmètre du cylindre. Il en est de même des lignes L1 à L4 qui ont aussi des tronçons appartenant à un même périmètre du cylindre.
  • Chaque sous-réseau Ri est constitué d'une ligne d'alimentation rectiligne LR qui, sur le substrat cylindrique 1 de l'antenne, se trouve être sur une génératrice de ce cylindre. Alternativement de part et d'autre de la ligne d'alimentation LR, on trouve, alimentés en des points espacés sur ladite ligne LR d'une demi-longeur d'onde guidée sur le substrat, quatre éléments rayonnants 3. Chaque élément rayonnant 3 est avantageusement constitué d'une pastille conductrice de forme carrée dont un coin 31 est en contact galvanique avec la ligne d'alimentation LR pour son excitation et dont une diagonale d est perpendiculaire à la ligne d'alimentation LR au point d'alimentation 31.
  • Les éléments rayonnants 3 pourraient également être constitués de pastilles conductrices de forme quelconque, par exemple, circulaire, rectangulaire, etc. De forme carrée ou rectangulaire, ils pourraient également être alimentés par le milieu d'un côté au moyen d'un tronçon de ligne approprié.
  • La ligne d'alimentation LR de chaque sous-réseau et le tronçon vertical sur la Fig. 2 de la ligne L1 à L4 correspondante sont colinéaires.
  • On remarquera que les éléments rayonnants 3g situés d'un côté de la ligne d'alimentation LR d'un sous-réseau Ri sont entrelacés avec les éléments rayonnants 3d du côté opposé de la ligne d'alimentation LR d'un sous-réseau voisin Ri-1 ou Ri+1. Dans le sens vertical sur la Fig. 2, les éléments rayonnants 3 entrelacés sont distants d'une demi-longueur d'onde guidée sur le substrat.
  • La distance qui sépare les lignes d'alimentation LR de deux sous-réseaux Ri et Ri+1 voisins est un paramètre important quant à la caractéristique omnidirectionnelle de l'antenne. Cette distance est au plus égale à 2 fois la dimension maximale sur le périmètre du cylindre des éléments rayonnants, c'est-à-dire, dans le cas d'éléments rayonnants contitués de pastilles de forme carrée, la longueur de la diagonale de cette pastille.
  • On a réalisé des mesures sur une antenne cylindrique ayant un substrat de permittivité égale à 2,2 et dont le rayon est de 15 mm. La distance sur la ligne LR de chaque sous-réseau Ri entre deux éléments rayonnants est sensiblement égale à 12,1 mm et la distance entre deux sous-réseaux voisins est sensiblement égale à 2,40 mm. La diagonale du carré des pastilles 3 est sensiblement égale à 14 mm.
  • Sans transformateur d'adaptation d'impédance, on a ajusté la largeur des lignes d'alimentation L1 à L4, L12, L34, et LA à une impédance caractéristique de 80 ohms dans la bande de fréquences 9,2 GHz-9,5 GHz.
  • La Fig. 3a montre des diagrammes de gain en fonction de l'angle d'azimuth qui ont été tracés avec cette antenne à une fréquence de fonctionnement de 9,4 GHz. L'axe principal du cylindre de cette antenne est vertical. Dans un plan horizontal, le gain pour la composante principale de polarisation est sensiblement constant et les ondulations de gain remarquées ne dépassent pas 2,5 dB. Le gain pour la composante croisée est inférieur d'au moins 10 dB à celui de la composante principale. On constate donc que l'antenne émet une onde polarisée sensiblement linéairement dans un plan horizontal.
  • Par ailleurs, on a effectué des mesures de gain pour la composante principale de polarisation à différentes fréquences de fonctionnement dans la bande de fréquences 9,2-9,5 GHz et on a pu. constater, qu'avec cette antenne, les ondulations de gain en fonction de l'angle d'azimuth sont toujours inférieures à 3,5 dB.
  • Par ailleurs, le rapport d'onde stationnaire (ROS) est inférieur à 1,5 dans la bande 9,2 GHz - 9,5 GHz.
  • On a représenté, Fig. 3b, le gain à une fréquence de fonctionnement de 9,4 GHz d'une antenne selon l'invention en fonction de l'angle que forme la direction de mesure avec un plan horizontal, l'antenne cylindrique ayant son axe principal vertical. On constate que l'angle d'ouverture à - 3 dB tel que mesuré est de + 18° et - 18° par rapport à l'horizontale.
  • Notons que ce dernier résultat a été obtenu avec des sous-réseaux à quatre éléments rayonnants. Avec des sous-réseaux à huit éléments, l'angle d'ouverture aurait été sensiblement deux fois moindre alors qu'avec seulement deux éléments par sous-réseau, il aurait été deux fois supérieur.
  • On a représenté, à la Fig. 4, un répondeur radar maritime de sauvetage.
  • Il comprend un boîtier cylindrique 10, représenté ici en traits fins pointillés mixtes, à l'intérieur duquel sont logées, coaxialement, une antenne cylindrique émettrice 11 et une antenne cylindrique réceptrice 12. Le boîtier 10 représenté comprend une partie 10a formant un radôme transparent aux ondes radar et une partie 10b. Les antennes 11 et 12 sont à l'intérieur de la partie 10a. Pour des raisons de simplicité de construction, tout le boîtier 10 peut être un radôme.
  • Sur une face d'une plaque de circuit imprimé 13, sont prévus, à une première extrémité, un émetteur 14 logé à l'intérieur de la première antenne cylindrique 11, et, à l'autre extrémité, un récepteur 15 logé à l'intérieur de la seconde antenne cylindrique 12. Sur l'autre face de la plaque 13, est prévu un circuit de commande 16. Des câbles coaxiaux 17 et 18 sont respectivement prévus pour respectivement relier la sortie de signal à haute fréquence de l'émetteur 14 à l'antenne d'émission 10 et l'entrée de signal à haute fréquence du récepteur 15 à l'antenne de réception 11.
  • Un dispositif d'alimentation électrique 19 est prévu, dans la partie 10b, pour alimenter en courant continu l'émetteur 14, le récepteur 15 et le circuit de commande 16.
  • Selon des variantes de réalisation de l'invention, ce dispositif d'alimentation 19 est séparé du reste du répondeur et se trouve dans un second boîtier distinct du boîtier 10. Dans ce cas, la partie 10b du boîtier 10 n'existe pas.
  • Le récepteur 15 est du type qui peut recevoir et démoduler des signaux émis par des systèmes radar émettant dans la bande de fréquences 9,2 GHz - 9,5 GHz. Quant à l'émetteur 14, il émet, par balayage en fréquence, des ondes dans la même bande de fréquences.
  • Un répondeur radar selon l'invention est utilisé comme suit. Il équipe, par exemple, une bouée ou un bateau de sauvetage. Un second bateau a un système radar à faisceau tournant qui émet, par exemple, sur une fréquence dans la bande 9,2 GHz - 9,5 GHz. Lorsqu'il passe à portée d'une bouée ou d'un bateau dont le répondeur radar maritime est mis en route, suite par exemple à un naufrage, l'antenne réceptrice 11 de ce répondeur reçoit périodiquement les signaux émis par le système radar et le récepteur 15, relié à l'antenne de réception 11, les détecte. Ceci a pour effet d'activer le circuit de commande 16 qui met alors en marche l'émetteur 14. Celui-ci émet, via l'antenne émettrice 10 auquel il est relié et par balayage en fréquence, des ondes radar dans la même bande de fréquence qui sont alors captées par le système radar du second bateau. Il est donc possible de déterminer, sur l'écran de ce système, la position de la bouée.
  • Les antennes selon l'invention sont particulièrement bien adaptées à cette application particulière. En effet, de part, leur forme, elles sont facilement logeables dans un boîtier cylindrique. Dans le volume interne que chacune engendre, il est possible de placer les émetteur et récepteur qui, du fait du plan de masse sur leurs parois internes de l'antenne, sont isolés des ondes et parasites ambiants et qui, par conséquent, ne nécessitent pas de blindages.

Claims (6)

  1. Antenne cylindrique imprimée, caractérisée en ce qu'
    elle est constituée d'un substrat cylindrique (1) dans un matériau diélectrique dont la paroi interne est recouverte d'une couche (2) d'un matériau métallique formant un plan de masse et dont la paroi externe reçoit des éléments rayonnants (3),
    ceux-ci étant arrangés en une pluralité de sous-réseaux identiques (Ri) parallèles entre eux et équidistants sur un périmètre du substrat (1),
    les sous-réseaux (Ri) étant alimentés en phase,
    chaque sous-réseau (Ri) étant constitué d'une ligne d'alimentation rectiligne (LR) qui, sur le substrat cylindrique (1) de l'antenne, se trouve sur une génératrice dudit cylindre et d'une pluralité d'éléments rayonnants (3) situés alternativement de part et d'autre de ladite ligne d'alimentation (LR) et alimentés par ladite ligne d'alimentation (LR) de manière à pouvoir émettre des ondes en phase,
    la distance sur le périmètre du cylindre qui sépare deux sous-réseaux voisins (Ri et Ri+1) étant au plus égale à 2 fois la dimension maximale sur le périmètre du cylindre des éléments rayonnants (3),
    lesdits éléments rayonnants d'un côté d'un sous-réseau étant entrelacés avec les éléments rayonnants (3) du côté opposé d'un sous-réseau voisin.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant (3) est constitué d'une pastille conductrice de forme carrée dont un coin est en contact galvanique avec la ligne d'alimentation (LR) du sous-réseau (Ri) correspondant et dont une diagonale (d) est perpendiculaire à ladite ligne d'alimentation (LR) au point d'alimentation (31).
  3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les éléments rayonnants (3) d'un même sous-réseau sont distants entre eux d'une demi-longueur d'ondé guidée par ladite ligne d'alimentation (LR).
  4. Répondeur radar maritime comprenant un boîtier dont au moins une partie forme un radôme et qui renferme un récepteur (15) d'ondes telles que celles qui sont émises par un système radar à balayage, un émetteur (14) pouvant émettre de telles ondes radar, un circuit de commande (16) qui commande l'émission de l'émetteur (14) lorsque le récepteur (15) a reçu une onde radar d'un système radar, le récepteur (15) et l'émetteur (14) comportant respectivement une antenne de réception (11) et une antenne d'émission (10), caractérisé en ce que chaque antenne (10, 11) est une antenne cylindrique selon une des revendications précédentes, chaque antenne étant montée coaxialement à l'intérieur de ladite partie du boîtier (10) formant radôme.
  5. Répondeur radar selon la revendication 4, caractérisé en ce l'émetteur (14), le récepteur (15), le circuit de commande (16) sont montés sur une même plaque (13) de circuit imprimé sur laquelle sont enfilées les antennes cylindriques d'émission (10) et de réception (11), l'émetteur (14) se trouvant à l'intérieur de l'antenne d'émission (10) et le récepteur (15) à l'intérieur de l'antenne de réception (11).
  6. Répondeur radar selon la revendication 5, caractérisé en ce que, sur la plaque (13) de circuit imprimé, l'émetteur (14) et le récepteur (15) sont montés sur une face alors que le circuit de commande (16) est monté sur l'autre face.
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