EP1238441A1 - Antenne ciseaux a large bande - Google Patents

Antenne ciseaux a large bande

Info

Publication number
EP1238441A1
EP1238441A1 EP00969641A EP00969641A EP1238441A1 EP 1238441 A1 EP1238441 A1 EP 1238441A1 EP 00969641 A EP00969641 A EP 00969641A EP 00969641 A EP00969641 A EP 00969641A EP 1238441 A1 EP1238441 A1 EP 1238441A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
strand
strands
antenna according
resistive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP00969641A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1238441B1 (fr
Inventor
Jo[l Jean-Paul Félix ANDRIEU
Bruno Beillard
Yvon Imbs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1238441A1 publication Critical patent/EP1238441A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1238441B1 publication Critical patent/EP1238441B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/002—Protection against seismic waves, thermal radiation or other disturbances, e.g. nuclear explosion; Arrangements for improving the power handling capability of an antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/04—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna with parts bent, folded, shaped, screened or electrically loaded to obtain desired phase relation of radiation from selected sections of the antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/06—Rhombic antennas; V-antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H01Q5/364—Creating multiple current paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/005—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements for radiating non-sinusoidal waves

Definitions

  • the present invention relates to broadband antennas and relates more particularly to antennas adapted to ultra-short high voltage pulses.
  • the antennas must naturally be broadband to cover the spectral mask of the pulse delivered by an associated pulse generator. They must also have particular qualities, specific to radiation or to the measurement of ultra short pulses. It is indeed important that the antennas have a transfer function that is not very dispersive in frequency so that the radiated or received pulse is neither distorted nor spread. Significant distortion of the signal leads to an increase in the temporal responses of the various targets and causes one of the main advantages of the transient methods to be lost, namely the possibility of separating the useful echoes from the parasitic paths by simple temporal "windowing".
  • horns, stepped horns and Log-periodicals are the most commonly used antennas.
  • the electric field radiated in the axis is presented, when the excitation signal applied to the antenna is a Gaussian pulse, of width at half height equal to 700 ps.
  • the horn proposed as an example is modeled using the finite difference calculation code in the transient domain. The dimensions of the horn are determined so that its bandwidth extends from 100 MHz to 1 GHz.
  • the excitation of the guide is carried out by imposing in a section plane a spatial distribution of the electric field according to the TEO1 mode (sin ⁇ y / a) with a: dimension of the guide along the y axis.
  • the pulse radiated in the long distance axis has a time spread of around 80 ns, it is only really significant over 30 ns.
  • Each spectral component is actually emitted from a phase center which moves inside the horn, which partly causes the signal to spread.
  • the stepped horn has the particularity of having a large bandwidth (200 MHz - 2 GHz) while retaining relatively modest dimensions.
  • the use of steps with an exponential profile makes it possible to obtain a high gain over the entire bandwidth.
  • This horn was tested in an anechoic chamber at CELAR.
  • the radiated electric field has a time spread of approximately 15 ns.
  • the impulse is partly distorted by the poor performance of the horn at low frequency.
  • Evanescent modes are in fact excited below the cut-off frequency of the guide, which disturbs the radiated electric field.
  • the steps and reflections at the ends of the plates can also contribute to the dispersion of the signal.
  • the Log-periodic antenna is a set of parallel dipoles supplied by a transmission line, so that two successive dipoles are in phase opposition. Each strand radiates with maximum efficiency when the half supply wavelength is equal to its own length.
  • the high frequency of the antenna is limited by the dimension of the smallest strand and the low frequency, by that of the largest strand.
  • the Log- antenna periodic has been modeled using the code for calculating integral equations.
  • the geometric dimensions have been determined so that the antenna is directive and covers a spectrum from 100 MHz to 1 GHz.
  • This type of antenna mainly emits a horizontal electric field, the duration of which is relatively long.
  • the successive resonances of the strands constituting the antenna are at the origin of the observable dispersion on the radiated signal.
  • the subject of the invention is a broadband antenna, characterized in that it comprises, in a common plane, two symmetrical parts each comprising at least two conductive strands, connected to each other, supplied by a two-wire line, each strand comprising in its portion opposite the two-wire line, a resistive load.
  • each symmetrical part also comprises at least one strand not connected to the other strands and comprising in its portion opposite the supply line, a resistive load,
  • each symmetrical part comprises n conductive strands, connected or not connected to each other and each comprising a resistive load at its end, n being greater than 2.
  • - Fig.2 is a perspective view of a second embodiment of a scissor antenna according to the invention
  • - Fig.3 is a graph representing the reflection coefficient of the antenna according to the invention
  • - Fig.4 is a graph representing the gain measurement of the antenna according to the invention.
  • - Fig.5 is a graph representing the comparison of the theory with the measurement of the pulse measured in the axis
  • - Fig.6 is a graph of the Fourier transform of the pulse measured in the axis in W polarization
  • - Fig.7 is a radiation diagram in the H plane, in deposit; and - Fig.8 is a radiation diagram in the plane E in site.
  • FIG. 1 a broadband scissor antenna according to the invention is shown diagrammatically.
  • This antenna comprises in a common plane which is the plane of the drawing, two parts 2,3, symmetrical with respect to an axis X-X.
  • Each symmetrical part 2,3 comprises in the present example three conductive strands 4,5,6 and 7,8,9 respectively.
  • the strands 4,5 and 7,8 are interconnected by their ends.
  • the strands 6 and 9 are connected by one of their ends to the corresponding connections of the strands 4,5 and 7,8 and their opposite ends are unconnected.
  • the antenna thus formed is directly excited by a two-wire line 10.
  • the strands 4,5,6,7,8,9 have respective resistive loads 11, 12,13,14,15,16 each formed of resistors in series.
  • each symmetrical part may include a number n of strands other than 3 and greater than or equal to 2, the strands being connected or not connected to each other.
  • the electric field is then guided inside line 10, then propagated in space.
  • the polarization of the electric field E is mainly rectilinear vertical and the simple rotation of the antenna of 90 ° makes it possible to obtain a horizontal rectilinear polarization.
  • the entire device is contained in a single plane, hence the total absence of cross polarization.
  • the electromagnetic qualities of the antenna depend essentially on geometric dimensions such as the length and the opening angle. Intuitive reasoning suggests that the low cutoff frequency is related to length while the high cutoff frequency is limited by the opening of the line.
  • TEM horns, stepped horns, log-periodicals are not suitable for radiating an ultra-short pulse (1 ns), of high level (> 10kV), with a minimum of distortions (coefficient of dispersion: greater than 15 for a stepped horn, 30 for a classic horn, 120 for a log-periodic).
  • the new concept proposed according to the invention is an original aerial with wire strands, simple to implement, which, while covering a wide frequency band, is capable of radiating an ultra short high voltage pulse with a dispersion coefficient less than 1, 4.
  • the length s of the strands 4 to 9 is linked to the lowest frequency contained in the spectrum of the signal to be radiated and must be equal to at least half a wavelength, that is: L mm S> - -
  • the antenna opening angle is determined as follows.
  • each symmetrical part is each formed of divergent sections 5a, 6a, 8a, 9a, extended by parallel sections between them 5b, 6b, 8b, 9b.
  • the parallel sections have a length I, while the divergent sections have a projection on the direction of the parallel sections of length I '.
  • the lengths I and I 'chosen as indicated below guarantee the best performance:
  • the input impedance depends on the geometry of the aerial and the resistive adaptation loads, but also on the diameter of the wire strands 4 to 9. A small radius of the strands reinforces the selfic effects of the wires, hence an increase in the imaginary part with the frequency.
  • it is therefore essential to choose a minimum radius of 1cm.
  • the problem of fitting the ends is solved as follows.
  • a conventional antenna has at its ends an open circuit which is the source of reflections which deteriorate the performance of the antenna. These resonances are responsible for a consequent lengthening of the transient radiated signals but also for a degradation of the rate of standing waves at the input of the antenna.
  • the value Z 0 must be chosen between 10 ⁇ and 30 ⁇ , and a resistor positioned approximately every 5cm.
  • the values to be imposed are not critical, hence the possibility of having recourse to another neighboring hyperbolic law.
  • Variable resistivity tapes can also be used.
  • the main drawback of this technique is that the overall efficiency of the antenna is weakened. Also, to avoid excessive deterioration of the gain, only the upper parts of each strand are provided with resistive charges.
  • the length of the strands and the portion of line provided with a resistive load are generally linked by the relation: s / 3 ⁇ s' ⁇ s / 2.
  • the high cutoff frequency (f max ) is determined as follows.
  • the radiation patterns of the scissor antenna according to the invention result from a combination between the natural radiation of each of the strands.
  • the main lobe is maximum in the axis, but it is accompanied, in elevation, by secondary lobes, the level of which is in most cases lower.
  • the level of the secondary lobes is generally less than 8 dB compared to the main lobe.
  • resistive loads 11 to 16 makes it possible in particular to limit the radiation behind the line (more than 15 dB lower than the radiation in the axis), which improves the directivity of the diagrams.
  • the antenna represented in FIG. 2 comprises in each symmetrical part 2, 3, two strands 18, 19, 20, 21 connected by their opposite ends to an excitation line 22.
  • Each strand has a corresponding resistive load 23,24.
  • the diagram in Figure 3 represents the reflection coefficient of the antenna equipped with a 50 ⁇ -200 ⁇ balun. A maximum level of -13dB is obtained on the 200MHz-1, 6GHz band.
  • Figure 4 shows the gain in the axis measured in the V-V and H-H configurations.
  • Figure 5 compares the measured and theoretical signals, when two antennas face each other at a distance of 5.80m from each other.
  • One antenna is in transmission, excited by an HMP / F generator from Kentech (amplitude signal 4 kV, rise time 120ps, signal duration 700ps, output impedance 50 ⁇ ), and the other antenna, in reception, connected to a TDS820 sequential acquisition oscilloscope (6GHz bandwidth) from the company Tecktronix.
  • the curve presented is normalized to allow comparisons.
  • the peak voltage level measured at the foot of the receiving antenna is approximately 50 Volts.
  • the dispersion remains less than 1.4.
  • the spectrum of the measured signal shown in Figure 6 gives a bandwidth ranging from 80MHz to 1.2 GHz at -20dB maximum.
  • the radiation patterns in the H plane and in the E plane are shown in FIGS. 7 and 8.
  • the main lobe has a half-angle of opening of 45 ° at 500 MHz.
  • the lobe is much narrower with a half opening angle of 13 ° for the same frequency.
  • the side lobes in this plane are about 8 dB (for 500 MHz) from the maximum level.
  • the rear radiation is at a level of -15 dB compared to that observed in the axis.
  • the scissor antenna unlike conventional broadband antennas, makes it possible to combine good electromagnetic performance both in harmonics (bandwidth, gain) and in transient (dispersion).
  • the envisaged fields of application of the antenna according to the invention are as follows:

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

Antenne à large bande, caractérisée en ce qu'elle comporte dans un plan commun deux parties symétriques (2, 3) comportant chacune au moins deux brins conducteurs (4, 5, 7, 8; 19, 20, 21), connectés entre eux, alimentés par une ligne bifilaire (10; 22), chaque brin comportant dans sa portion opposée à la ligne bifilaire, une charge résistive (11, 12, 14, 15; 23, 24, 25, 26).

Description

Antenne ciseaux à large bande.
La présente invention est relative aux antennes à large bande et se rapporte plus particulièrement aux antennes adaptées aux impulsions à haute tension ultra-brèves.
La totalité des antennes à large bande disponibles actuellement sur le marché, sont prévues pour fonctionner en régime harmonique permanent et sont utilisées pour diverses applications comme par exemple les tests en compatibilité électromagnétique ou les mesures de Surface Equivalente Radar ou SER. Les plus répandues sont entre autres :
- les cornets à redans - les Log-périodiques,
- les antennes Vivaldi,
- les antennes papillons,
- les spirales,
- les bicônes, ... Malgré la grande diversité de ces types d'antennes, la plupart d'entre elles n'offre pas les caractéristiques souhaitées pour les expérimentations dans le domaine transitoire.
Pour être performantes en temporel, les antennes doivent être naturellement à large bande pour couvrir le gabarit spectral de l'impulsion délivrée par un générateur impulsionnel associé. Elles doivent en plus présenter des qualités particulières, propres au rayonnement ou à la mesure d'impulsions ultra courtes. Il est en effet important que les antennes possèdent une fonction de transfert peu dispersive en fréquence pour que l'impulsion rayonnée ou reçue ne soit ni déformée ni étalée. Une distorsion importante du signal entraîne un allon- gement des réponses temporelles des diverses cibles et fait perdre un des principaux intérêts des méthodes transitoires, à savoir la possibilité de séparer les échos utiles des trajets parasites par de simples « fenêtrages » temporels.
Parmi les aériens à large bande classiques disponibles actuellement sur le marché, les cornets, les cornets à redans et les Log-périodiques sont les antennes les plus communément utilisées.
Dans ce qui suit, on présente pour chacun de ces types d'antennes, le champ électrique rayonné dans l'axe, lorsque le signal d'excitation appliqué à l'antenne est une impulsion gaussienne, de largeur à mi-hauteur égale à 700 ps. a) Le cornet proposé à titre d'exemple est modélisé à l'aide du code de calcul par différences finies dans le domaine transitoire. Les dimensions du cornet sont déterminées pour que sa bande passante s'étende de 100 MHz à 1 GHz. L'excitation du guide est réalisée en imposant dans un plan de coupe une répartition spatiale du champ électrique suivant le mode TEO1 (sinπy/a) avec a : dimension du guide suivant l'axe y. L'impulsion rayonnée dans l'axe à grande distance présente un étalement temporel d'environ 80 ns, il n'est réellement significatif que sur 30 ns.
Ce type d'antenne n'est donc pas adapté pour fonctionner en régime transitoire. Chaque composante spectrale est en fait émise à partir d'un centre de phase qui se déplace à l'intérieur du cornet, ce qui provoque en partie l'étalement du signal.
Par ailleurs, la taille de l'antenne à ces fréquences devient très importante, d'où un encombrement et des difficultés de mise en oeuvre non négli- geables. b) Le cornet à redans a la particularité de présenter une grande bande passante (200 MHz - 2 GHz) tout en conservant des dimensions relativement modestes. L'utilisation de redans au profil exponentiel permet d'obtenir un gain élevé sur toute la bande passante. Ce cornet a été testé en chambre anéchoïque au CELAR. Le champ électrique rayonné présente un étalement temporel d'environ 15 ns.
L'impulsion est en partie déformée par les mauvaises performances du cornet en basse fréquence. Des modes évanescents sont en effet excités en dessous de la fréquence de coupure du guide, ce qui perturbe le champ électri- que rayonné. Les redans et ies réflexions aux extrémités des plaques peuvent également contribuer à la dispersion du signal. c) L'antenne Log-périodique est un ensemble de dipôles parallèles alimentés par une ligne de transmission, de telle façon que deux dipôles successifs soient en opposition de phase. Chaque brin rayonne avec un maximum d'efficacité lorsque la demi- longueur d'onde d'alimentation est égale à sa propre longueur.
Ainsi, la fréquence haute de l'antenne est limitée par la dimension du plus petit brin et la fréquence basse, par celle du plus grand brin. L'antenne Log- périodique a été modélisée au moyen du code de calcul des équations intégrales.
Les dimensions géométriques ont été déterminées pour que l'antenne soit directive et couvre un spectre de 100 MHz à 1 GHz. Ce type d'antenne émet principalement un champ électrique horizontal dont la durée est relativement importante.
Les résonances successives des brins constituant l'antenne sont à l'origine de la dispersion observable sur le signal rayonné.
Les antennes à large bande classique ne sont donc pas appropriées pour rayonner une impulsion ultra courte. De nombreuses recherches sont pourtant menées depuis quelques années pour concevoir des dispositifs capables de rayonner des impulsions de forts niveaux avec un minimum de distorsions, mais ces antennes ne sont pas actuellement disponibles sur le marché.
Il est donc apparu nécessaire de concevoir une antenne, simple de mise en oeuvre, peu encombrante, et surtout garantissant des performances électromagnétiques correctes pour les deux modes de fonctionnement transitoire et harmonique.
L'invention a pour objet une antenne à large bande, caractérisée en ce qu'elle comporte dans un plan commun deux parties symétriques comportant chacune au moins deux brins conducteurs, connectés entre eux, alimentés par une ligne bifilaire, chaque brin comportant dans sa portion opposée à la ligne bifilaire, une charge résistive.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention :
- chaque partie symétrique comprend en outre au moins un brin non connecté aux autres brins et comportant dans sa portion opposée à la ligne d'alimentation, une charge résistive,
- chaque partie symétrique comprend n brins conducteurs, connectés ou non entre eux et comportant chacun une charge résistive à son extrémité, n étant supérieur à 2. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur iesquels : - la Fig.1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'une antenne ciseaux suivant l'invention ;
- la Fig.2 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation d'une antenne ciseaux suivant l'invention ; - la Fig.3 est un graphique représentant le coefficient de réflexion de l'antenne suivant l'invention ;
- la Fig.4 est un graphique représentant la mesure du gain de l'antenne suivant l'invention ;
- la Fig.5 est un graphique représentant la comparaison de la théorie avec la mesure de l'impulsion mesurée dans l'axe ;
- la Fig.6 est un graphique de la transformée de Fourier de l'impulsion mesurée dans l'axe en polarisation W ;
- la Fig.7 est un diagramme de rayonnement dans le plan H, en gisement ; et - la Fig.8 est un diagramme de rayonnement dans le plan E en site.
Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement une antenne ciseaux à large bande suivant l'invention.
Cette antenne comporte dans un plan commun qui est le plan du dessin, deux parties 2,3, symétrique par rapport à un axe X-X. Chaque partie symétrique 2,3 comporte dans le présent exemple trois brins conducteurs 4,5,6 et respectivement 7,8,9.
Les brins 4,5 et 7,8 sont interconnectés par leurs extrémités. Les brins 6 et 9 sont connectés par une de leurs extrémités aux connexions correspondantes des brins 4,5 et 7,8 et leurs extrémités opposées sont non connectées.
L'antenne ainsi constituée est excitée directement par une ligne bifilaire 10.
A leurs extrémités interconnectées ou libres, les brins 4,5,6,7,8,9 comportent des charges résistives respectives 11 ,12,13,14,15,16 formées cha- cune de résistances en série.
Bien entendu, chaque partie symétrique peut comporter un nombre n de brins différent de 3 et supérieur ou égal à 2, les brins étant connectés ou non entre eux. Le champ électrique est alors guidé à l'intérieur de la ligne 10, puis propagé dans l'espace. La polarisation du champ électrique E est principalement rectiligne verticale et la simple rotation de l'antenne de 90° permet d'obtenir une polarisation rectiligne horizontale. L'ensemble du dispositif est contenu dans un unique plan, d'où l'absence totale de polarisation croisée.
Les qualités électromagnétiques de l'antenne (impédance d'entrée, gain, diagramme de rayonnement, bande passante, dispersivité) dépendent essentiellement des côtes géométriques telles que la longueur et l'angle d'ouverture. Un raisonnement intuitif amène à penser que la fréquence de coupure basse est liée à la longueur alors que la fréquence de coupure haute est limitée par l'ouverture de la ligne.
Les antennes à large bande classiques (cornets TEM, cornets à redans, log-périodiques) ne sont pas appropriées pour rayonner une impulsions ultra-courte (1 ns), de fort niveau (>10kV), avec un minimum de distorsions (coefficient de dispersion : supérieur à 15 pour un cornet à redans, à 30 pour un cornet classique, à 120 pour une log-périodique).
Le nouveau concept proposé suivant l'invention est un aérien original à brins filaires, simple à mettre en oeuvre, qui, tout en couvrant une large bande de fréquences est à même de rayonner une impulsion haute tension ultra brève avec un coefficient de dispersion inférieur à 1 ,4.
La longueur s des brins 4 à 9 est liée à la plus basse fréquence contenue dans le spectre du signal à rayonner et doit être égale à au moins une demi-longueur d'onde, soit : L mm S>— -
2
L'angle d'ouverture de l'antenne est déterminé de la façon suivante.
Il existe dans la littérature des formules adaptées à la conception d'une antenne de géométrie voisine et constituée uniquement de deux fils : le dipôle en V. Ces équations empiriques permettent de déterminer l'angle intérieur optimal du dispositif pour lequel le gain est maximum dans l'axe, en fonction de la longueur s du brin et de la longueur d'onde λ. Lorsque 0,5<- <1 ,5 : β= -149,3 + 603,4 ( j - 809,5 ) -+443,6
Lorsque 1 - 78,27MH + 169,77
Pour s/λ>3, il est possible d'avoir recours à une extrapolation de la formule précédente. II s'est avéré utile suivant l'invention de joindre au dipôle en V plusieurs brins supplémentaires connectés ou non à leurs extrémités, dont les formes géométriques ont été optimisées par paramétrage pour améliorer les performances électromagnétiques du dispositif :
- impédance d'entrée plus stable sur l'ensemble de la bande de fré- quence,
- amélioration de la directivité, (amplitude du champ renforcée dans l'axe),
- absence totale de polarisation croisée, les champs sont mieux conservés entre les deux lignes planaires. Comme représenté à la figure 1 , la configuration en forme de ciseaux pour les deux premiers brins s'est avérée la plus optimale. Les brins extérieurs 5,6 et 8,9 de chaque partie symétrique sont formés chacun de tronçons divergents 5a, 6a, 8a, 9a, prolongés par des tronçons parallèles entre eux 5b, 6b, 8b, 9b. Les tronçons parallèles ont une longueur I, alors que les tronçons divergents ont une projection sur la direction des tronçons parallèles de longueur I'. Les longueurs I et I' choisies comme indiqué ci-après garantissent les meilleurs performances :
I = 2 L/3 et l'= L/3 où L est la longueur totale de l'antenne. L'impédance d'entrée dépend de la géométrie de l'aérien et des charges résistives d'adaptation, mais aussi du diamètre des brins filaires 4 à 9. Un faible rayon des brins renforce les effets selfiques des fils d'où un accroissement de la partie imaginaire avec la fréquence.
Au contraire, un rayon important (r=1 cm) permet de conserver une partie imaginaire faible sur l'ensemble de la bande. Pour faciliter l'adaptation du dispositif, il est donc primordial de choisir un rayon minimum de 1cm. Le problème de l'adaptation des extrémités est résolu comme suit. Une antenne classique présente à ses extrémités un circuit ouvert qui est à l'origine de réflexions qui détériorent les performances de l'antenne. Ces résonances sont responsables d'un allongement conséquent des signaux tran- sitoires rayonnes mais aussi d'une dégradation du taux d'ondes stationnaires à l'entrée de l'antenne.
Ce problème est résolu en répartissant des charges résistives 11 à 16 suivant la longueur des extrémités des différents brins 4 à 9. Les courant véhiculés sur chaque conducteur sont atténués progressivement pour quasiment s'annuler et réduire ainsi les émissions et les réflexions parasites.
Par exemple, la loi suivante d'évolution des résistances Z(p) obéissant au principe de non-réflexion de Wu et King, convient parfaitement :
Zo Z(p)= avec 0<p<s'
1 - - *
ou
• s' : portion de ligne à charge résistive,
• p : position de l'élément résistif sur le brin,
• Z0 : première charge en ρ=0m. La valeur Z0 doit être choisie entre 10Ω et 30Ω, et une résistance positionnée environ tous les 5cm. Les valeurs à imposer ne sont pas critiques, d'où la possibilité d'avoir recours à une autre loi hyperbolique avoisinante.
Ainsi, des réalisations simples de mise en oeuvre ont été effectuées en associant plusieurs résistances de valeurs standard en parallèle le long de chaque extrémité.
Il est possible d'utiliser également des rubans de résistivité variable. Le principal inconvénient de cette technique est que le rendement global de l'antenne est affaibli. Aussi, pour éviter de trop détériorer le gain, seules les parties supérieures de chaque brin sont pourvues de charges résistives. La longueur des brins et la portion de ligne pourvue d'une charge résistive sont généralement liées par la relation : s/3<s'<s/2. La détermination de la fréquence de coupure haute (fmax) est assurée de la façon suivante.
Une étude paramétrique a démontré l'existence d'une fréquence pour laquelle le gain dans l'axe présente un minimum. Il apparaît une interférence destructive si la différence de marche entre la longueur L' de l'antenne dépourvue de charges résistives et la longeur s" des brins participant au rayonnement, correspond à λ/2 pour la composante spectrale considérée. Ce phénomène peut être exprimé par : s"-L'«λ/2 donc f«c/2(s"-L') c étant la vitesse de la lumière En général, on prend fmax=c/6(s"-L')
Les diagrammes de rayonnement de l'antenne ciseaux suivant l'invention résultent d'une combinaison entre le rayonnement propre de chacun des brins.
En résultat final, le lobe principal est maximum dans l'axe, mais il est accompagné, en site, de lobes secondaires dont le niveau est dans la plupart des cas plus faible. Le niveau des lobes secondaires est généralement inférieur à 8 dB par rapport au lobe principal. L'utilisation de charges résistives 11 à 16 permet de limiter notamment le rayonnement arrière de la ligne (inférieur de plus de 15 dB par rapport au rayonnement dans l'axe), ce qui améliore la directivité des diagrammes.
On va donner ci-après les résultats sur un exemple d'antenne ciseaux (n=2) (200MHz-1 ,6GHz) du type représenté à la figure 2. L'antenne représentée à la figure 2 comporte dans chaque partie symétrique 2,3, deux brins 18 ,19,20,21 connectés par leurs extrémités opposées une ligne d'excitation 22.
Les côtes géométriques de l'antenne de la figure 2 (n=2), établies à partir des règles de conception précédentes, sont : L = 1 m
L'= 0,7m s= 1 ,044m s'= 0,3m s "= = 0,744m
1 = 0,65 m l'= 0,35m r= 0,01 m
Chaque brin comporte une charge résistive correspondante 23,24.
Le diagramme de la figure 3 représente le coefficient de réflexion de l'antenne équipée d'un balun de 50Ω-200Ω. Un niveau maximum de -13dB est obtenu sur la bande 200MHz-1 ,6GHz.
La figure 4 représente le gain dans l'axe mesuré dans les configurations V-V et H-H.
La figure 5 compare les signaux mesuré et théorique, lorsque deux antennes sont face à face à une distance de 5,80m l'une de l'autre. Une antenne est en émission, excitée par un générateur HMP/F de la société Kentech (signal d'amplitude 4 kV, temps de montée 120ps, durée du signal 700ps, impédance de sortie 50Ω), et l'autre antenne, en réception, reliée à un oscilloscope TDS820 à acquisition séquentielle (6GHz de bande passante) de la société Tecktronix. La courbe présentée est normalisée pour autoriser les comparaisons. Le niveau crête de tension mesuré au pied de l'antenne de réception est d'environ 50 Volts. La dispersion reste inférieure à 1 ,4. Le spectre du signal mesuré représenté à la figure 6 donne une bande passante s'étendant de 80MHz à 1 ,2 GHz à -20dB du maximum. Les diagrammes de rayonnement dans le plan H et dans le plan E sont représentés figures 7 et 8. Dans le plan H, le lobe principal a un demi-angle d'ouverture de 45° à 500 MHz.- Dans le plan E, le lobe est bien plus étroit avec un demi-angle d'ouverture de 13° pour la même fréquence. Les lobes secondaires dans ce plan se situent à environ 8 dB (pour 500 MHz) du niveau maximum. Le rayonnement arrière est à un niveau de -15 dB par rapport à celui observé dans l'axe.
Les avantages techniques et économiques de l'antenne ciseaux suivant l'invention par rapport aux antennes de l'état de la technique sont donnés dans le tableau suivant.
: très bien ••> : bien
Φ : médiocre
L'antenne ciseaux, contrairement aux antennes à large bande classiques, permet d'associer de bonnes performances électromagnétiques à la fois en harmonique (largeur de bande, gain) et en transitoire (dispersion). Les domaines d'application envisagés de l'antenne suivant l'invention sont les suivants :
• Compatibilité électromagnétique, moyens d'illumination et de mesure peu encombrants, notamment en B.F.,
• Mesures de Surface Equivalente Radar Basse Fréquence en transi- toire et en harmonique,
• Détection de mines (imagerie Radar à ouverture synthétique).

Claims

REVENDICATIONS
1. Antenne à large bande, caractérisée en ce qu'elle comporte dans un plan commun deux parties symétriques (2,3) comportant chacune au moins deux brins conducteurs (4,5,7,8 ; 19,20,21 ), connectés entre eux, alimentés par une ligne bifilaire (10 ;22), chaque brin comportant dans sa portion opposée à la ligne bifilaire, une charge résistive (11 ,12 ,14,15 ; 23,24,25,26).
2. Antenne suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que chaque partie symétrique (2,3) comprend en outre au moins un brin (6 ,9) non connecté aux autres brins (4,5,7,8) et comportant dans sa portion opposée à la ligne d'alimentation, une charge résistive (13,16).
3. Antenne suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chaque partie symétrique comprend n brins conducteurs, connectés ou non entre eux et comportant chacun une charge résistive à son extrémité, n étant supérieur à 2.
4. Antenne suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les charges résistives de chaque brin sont des résistances connectées en série suivant la longueur de chaque brin.
5. Antenne suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les résistances sont réparties à intervalles réguliers sur chaque brin de l'antenne.
6. Antenne suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les résistances Z(p) des brins sont données par la relation :
Zo Z(p)= avec 0<ρ<s'
où lx
• s' : portion de ligne à charge résistive, • p : position de l'élément résistif sur le brin,
• Z0 : première charge en p=0m.
7. Antenne suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les charges résistives sont formées par des résistances de valeur standard associées en parallèle le long de l'extrémité de chaque brin.
8. Antenne suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les résistances des charges, résistives sont des rubans de résistivité variable.
9. Antenne suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les brins (4,5,6,7,8,9 ;18, 19,20,21) sont réalisés en fil de rayon au moins égal à 1cm.
EP00969641A 1999-11-26 2000-10-18 Antenne ciseaux a large bande Expired - Lifetime EP1238441B1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9914940 1999-11-26
FR9914940A FR2801730B1 (fr) 1999-11-26 1999-11-26 Antenne ciseaux a large bande
PCT/FR2000/002905 WO2001039319A1 (fr) 1999-11-26 2000-10-18 Antenne ciseaux a large bande

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1238441A1 true EP1238441A1 (fr) 2002-09-11
EP1238441B1 EP1238441B1 (fr) 2003-08-20

Family

ID=9552602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00969641A Expired - Lifetime EP1238441B1 (fr) 1999-11-26 2000-10-18 Antenne ciseaux a large bande

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6768466B1 (fr)
EP (1) EP1238441B1 (fr)
JP (1) JP4503903B2 (fr)
AU (1) AU7930900A (fr)
CA (1) CA2392696C (fr)
DE (1) DE60004703T2 (fr)
FR (1) FR2801730B1 (fr)
IL (1) IL149780A (fr)
WO (1) WO2001039319A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006091162A1 (fr) 2005-02-28 2006-08-31 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Procede et systeme de reduction de la section efficace en radar d'antennes integrees

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2331146C2 (ru) * 2005-12-28 2008-08-10 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Антенна для наземного цифрового мультимедийного вещания и мобильный коммуникационный терминал, содержащий такую антенну
US9019143B2 (en) * 2006-11-30 2015-04-28 Henry K. Obermeyer Spectrometric synthetic aperture radar
KR100994213B1 (ko) 2008-07-30 2010-11-12 한국과학기술연구원 광대역 안테나
RU2562145C1 (ru) * 2014-03-31 2015-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Приемопередающая широкодиапазонная антенная решетка наклонной поляризации из 2*n-пар v-образных вибраторов, расположенных в плоскости
RU2564694C1 (ru) * 2014-03-31 2015-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Приемопередающая антенная решетка наклонной поляризации из 2·n-пар v-образных вибраторов, направленных в одну сторону в пространстве
JP7170319B2 (ja) * 2019-02-21 2022-11-14 国立大学法人京都工芸繊維大学 アンテナ装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2099296A (en) * 1933-12-23 1937-11-16 Rca Corp Aperiodic antenna
US2165958A (en) * 1933-12-23 1939-07-11 Rca Corp Aperiodic antenna
GB1275391A (en) * 1970-01-29 1972-05-24 Marconi Co Ltd Improvements in or relating to aerial systems
US3680133A (en) * 1970-06-08 1972-07-25 Raytheon Co Subsurface traveling wave antenna
JPS4946661A (fr) * 1972-09-08 1974-05-04
FR2231125B1 (fr) * 1973-05-21 1977-09-02 Tacussel Maurice
US4038662A (en) * 1975-10-07 1977-07-26 Ball Brothers Research Corporation Dielectric sheet mounted dipole antenna with reactive loading
JPS5469366A (en) * 1977-11-15 1979-06-04 Sony Corp Antenna device
GB2151082B (en) * 1983-12-08 1987-03-25 Mullins John W Broadband antenna
JP3305487B2 (ja) * 1994-03-31 2002-07-22 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 通信機
US5600332A (en) * 1995-07-24 1997-02-04 Hughes Missile Systems Company Wideband, low frequency, airborne vivaldi antenna and deployment method
US5945962A (en) * 1996-08-19 1999-08-31 Emc Test Systems, L.P. Broad band shaped element dipole antenna
JPH11168323A (ja) * 1997-12-04 1999-06-22 Mitsubishi Electric Corp 多周波共用アンテナ装置及びこの多周波共用アンテナを用いた多周波共用アレーアンテナ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0139319A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006091162A1 (fr) 2005-02-28 2006-08-31 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Procede et systeme de reduction de la section efficace en radar d'antennes integrees

Also Published As

Publication number Publication date
EP1238441B1 (fr) 2003-08-20
JP2003516010A (ja) 2003-05-07
AU7930900A (en) 2001-06-04
FR2801730B1 (fr) 2002-01-18
CA2392696A1 (fr) 2001-05-31
CA2392696C (fr) 2009-06-02
US6768466B1 (en) 2004-07-27
DE60004703D1 (de) 2003-09-25
FR2801730A1 (fr) 2001-06-01
JP4503903B2 (ja) 2010-07-14
IL149780A (en) 2005-05-17
IL149780A0 (en) 2002-11-10
WO2001039319A1 (fr) 2001-05-31
DE60004703T2 (de) 2004-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2024992C (fr) Antenne plane
CA2812722C (fr) Antenne de grande dimension a ondes de surface et a large bande
FR3068176A1 (fr) Structure antennaire colineaire a acces independants
EP3298651B1 (fr) Système antennaire à ondes de surface
WO2017155377A1 (fr) Antenne-réseau miniaturisée à quatre patchs en technologie microruban pour la détection des tumeurs infra-millimétriques du cancer du sein
EP1238441B1 (fr) Antenne ciseaux a large bande
FR2513022A1 (fr) Guide d&#39;onde a fentes rayonnantes et a large bande de frequence
EP2059973B1 (fr) Système multi-antenne à diversité de polarisation
EP0012645A1 (fr) Antenne en plaque à double boucle circulaire
EP0467818B1 (fr) Elément de transition entre guides d&#39;ondes électromagnétiques, notamment entre un guide d&#39;ondes circulaire et un guide d&#39;ondes coaxial
EP0110479B1 (fr) Antenne directive double pour hyperfréquences à structure mince
FR2794290A1 (fr) Antenne a polarisation verticale
EP3850707A1 (fr) Antenne en segment de spirale
EP0492022A1 (fr) Antenne radio électrique à très large bande et à faible taux d&#39;onde stationnaire
EP1949496B1 (fr) Systeme d&#39;antenne plate a acces direct en guide d&#39;ondes
CA2800949C (fr) Antenne compacte a large bande a double polarisation lineaire
EP2449629A1 (fr) Systeme antennaire compacte omnidirectionnel et large bande comportant deux acces emission et reception separes fortement decouples
EP0156684A1 (fr) Elément rayonnant des ondes électromagnétiques, et son application à une antenne à balayage électronique
FR2498015A1 (fr) Antenne en bande court-circuitee polarisee lineairement et a large bande
FR2668859A1 (fr) Dispositif pour engendrer un rayonnement electromagnetique mettant en óoeuvre une antenne a double resonance.
WO2017025674A1 (fr) Système antennaire à ondes de surface
WO2010070019A1 (fr) Antenne omnidirectionnelle tres large bande
BE379493A (fr)

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20020523

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: IMBS, YVON

Inventor name: BEILLARD, BRUNO

Inventor name: ANDRIEU, JOEL, JEAN-PAUL, FELIX

AK Designated contracting states

Designated state(s): BE DE GB SE

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: FRENCH

REF Corresponds to:

Ref document number: 60004703

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20030925

Kind code of ref document: P

REG Reference to a national code

Ref country code: SE

Ref legal event code: TRGR

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20031217

LTIE Lt: invalidation of european patent or patent extension

Effective date: 20030820

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20040524

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 20191021

Year of fee payment: 20

Ref country code: DE

Payment date: 20191009

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 20191025

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20191018

Year of fee payment: 20

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R071

Ref document number: 60004703

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: PE20

Expiry date: 20201017

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MK

Effective date: 20201018

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION

Effective date: 20201017