EP2371032A1 - Antenne omnidirectionnelle tres large bande - Google Patents

Antenne omnidirectionnelle tres large bande

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Publication number
EP2371032A1
EP2371032A1 EP09796702A EP09796702A EP2371032A1 EP 2371032 A1 EP2371032 A1 EP 2371032A1 EP 09796702 A EP09796702 A EP 09796702A EP 09796702 A EP09796702 A EP 09796702A EP 2371032 A1 EP2371032 A1 EP 2371032A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
plate
antenna according
plates
broadband
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.)
Withdrawn
Application number
EP09796702A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Cyrille Le Meins
Sébastien PALUD
Franck Colombel
Mohamed Himdi
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
Universite de Rennes 1
Thales SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Rennes 1
Thales SA
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, Universite de Rennes 1, Thales SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2371032A1 publication Critical patent/EP2371032A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • 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
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H01Q13/04—Biconical horns
    • 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
    • H01Q13/06—Waveguide mouths
    • H01Q13/065—Waveguide mouths provided with a flange or a choke
    • 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
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface

Definitions

  • the subject of the invention relates to a wideband omnidirectional antenna.
  • the term "broadband” refers to frequency ranges varying, for example, from 100 to 3000 MHz.
  • the antenna is transposable in frequency
  • the antenna according to the invention can be used in other frequency bands for both transmitting and receiving applications.
  • This antenna concept notably allows integration on different carriers of terrestrial, naval or airborne type. It is, for example, integrated on the roof of a mobile carrier such as a military or civilian vehicle.
  • a first problem is to be able to cover a broad frequency band higher than the decade with the same radiating element.
  • a second problem is to have a self-adapted antenna on this frequency band so as to be able to radiate emission powers of, for example, 100 and 500 W without risk of damage.
  • a third technical problem is to optimize the orientation of the radiation pattern from the horizon downwards so as to ensure a radio coverage making the effective interference to the ground (or disturbance of a signal or signals by waves) and this on the entire band covered by the antenna. This must be obtained whatever the type of mobile carrier.
  • a fourth technical problem concerns the discretion of the radiating elements when the frequency band starts at a few tens of MHz.
  • the antenna system must not be identifiable and it must be dimensioned in such a way as to respect the mobile carrier's road gauge (minimization of height and width which is also taken into account).
  • a fifth technical problem is to be able to optimize the decoupling between two antenna systems (transmission / reception) integrated on the same small carrier, so that these systems operate optimally.
  • the antennas are generally located on the roof thereof.
  • antennas Since the antennas are close to each other and in line of sight, during simultaneous use the transmission system disturbs the reception system (intermodulation, saturation phenomena, etc.) preventing it from operate with optimal performance.
  • Different antennal structures are known to the Applicant, such as monopole type antennas, saber antennas, dipole type antennas, biconical or discone antennas, or antennas loaded with a resistor or an antenna. box of agreement.
  • the antenna structure according to the invention makes it possible to solve at least one or more of the aforementioned problems.
  • the antenna concept according to the present invention or so-called “capacitive” antenna consists in particular of 2 metal plates fed by a broadband exciter; concept that promotes radiation to the ground.
  • the invention relates to a wideband open-guide antenna operating in a selected frequency range.
  • the antenna has vertical linear polarization omnidirectional azimuth radio coverage. It is characterized in that it comprises at least the following elements:
  • a first conductive plate having a length L1 and a width 11, of surface S1,
  • a second conductive plate having a length L2 and a width 12, of surface S2,
  • a broadband excitation (or exciter) means having an outer surface and a surface profile adapted to generate a linear vertical polarization electric field created between the two plates under the effect of a signal applied at a point of excitation of said antenna, said electric field thus generated propagating within a guiding structure formed by the upper plate, the lower plate and the broadband excitation means, said propagation of the field between the first conductive plate and the second conductive plate generating the radiation.
  • the conductive plates may be made of a metallic material.
  • the broadband excitation means has, for example, a pseudo-conical form.
  • the broadband exciter may consist of conductive facets such as metal facets, metallic (or metallized) fabric or metal rods.
  • the shape of the broadband exciter also contributes to the self-adaptation of the antenna.
  • the antenna comprises elements arranged at each end of the upper plate. These elements are intended, in particular, to improve the adaptation performance of said antenna at low frequencies.
  • the upper plate having a square or rectangular shape, has cylinders arranged on its four sides. Cylinders or other elements make an angle of about 15e with the top plate.
  • the antenna can accept or support on the second plate or upper plate an interception or communication antenna promoting decoupling between it and said antenna according to the invention.
  • the antenna has been designed to accommodate different types of mobile carriers.
  • the operating frequency can be between 100 and 3000 MHz, and independence from the carrier is proven from 300 MHz.
  • the lower plate may be directly formed by the roof of a vehicle or by a conductive (or metallic) surface of a carrier.
  • the antenna according to the invention may be used for transmitting antenna structures and reception in the HF, VHF or UHF bands.
  • FIG. 1A a side view of the structure of the antenna according to the invention
  • FIG. 1B a top view of the antenna structure, of FIG. 1A
  • FIG. 1C a sectional view of the lower part of the exciter of the antenna
  • FIG. 3 a vertical polarization radiation diagram drawn for different frequencies showing the omnidirectionality of the antenna according to the invention
  • FIG. 4 various elevation and vertical polarization radiation patterns obtained for different frequency values in the plane perpendicular to the long side of the antenna
  • the following description aims at a use for the emission of electromagnetic waves below the horizon (ie downwards) in the vertical plane and 360 ° azimuth in the horizontal plane for a frequency band between 30 and 3000 MHz integrable on a vehicle to achieve the protection of said vehicle. It offers, for example, an optimized orientation of a radiation pattern preferably directed between the horizon and the ground so as to ensure an area of jamming efficiency on the ground and that over the entire band covered by the antenna .
  • the antenna according to the invention is intended to be positioned on a carrier P not shown for reasons of simplification.
  • FIG. 1A depicts a side view of an antenna according to the invention consisting, for example, of a lower plate 1 designed with a conductive material such as a metal material having a length L1 of 2000mm for example and a width 11 of 1700 mm.
  • This plate may be a planar or substantially planar metallic part of a carrier P.
  • a second conductive plate which in this example corresponds to the upper plate 2 and having a length L2 in this example of 2400 mm and a width 12 of 2100 mm ( Figure 1 B) forms the upper plane of the antenna.
  • the plate 1 forming the lower plane and the plate 2 forming the upper plane may have an identical surface.
  • the ratio of the corresponding surfaces S1 and S2 is for example between 0.5 and 1 inclusive.
  • the two plates may be made of the same metal material.
  • the lower plate 1 and the upper plate 2 are spaced apart by a distance or gap E.
  • the value of the spacing E between the two plates is chosen according to the minimum frequency of use.
  • the spacing E may be less than the wavelength, corresponding to the minimum operating frequency, divided by 8.
  • the larger the dimensions of the plates the smaller the spacing of the plates may be.
  • the dimensions above are given for illustrative purposes. Indeed, the dimensions of the upper plane may be less than or equal to the dimensions of the lower plane according to the desired orientation of the radiation, to the ground, the horizon or the sky.
  • the shape of the plates can be rectangular, circular, square, ovoid or polygonal complex depending on the surface acceptable by the wearer and the specification relating to the omnidirectionality of the radiation patterns.
  • the dimensions of the upper metal plate (2) are not reduced to those of the broadband excitation means (3,5).
  • the top plate has been dimensioned judiciously larger than the dimensions of the excitation means (3, 5) detailed below for several reasons:
  • a broadband exciter 3 and 5 is arranged between the two plates 1, 2. It has the particular function of establishing an electric field E guided between the two planes and its outer wall S 3 .
  • the exciter may consist of several conductive facets (metal, for example) 3i whose profile of their outer wall has been optimized to obtain a frequency band between 100 and 3000 MHz.
  • the assembly of the various facets 3 ⁇ (for example, with symmetry of revolution), as well as their profile are chosen to ensure a progressive and omnidirectional transition of the electric field between an excitation point 4 disposed at the level of the lower plane 1 and the plane 2.
  • the excitation point 4 is, for example, a conductive cylinder formed for example in a machined metal material, providing the mechanical and electrical interface between the core of the connector 1 1 ( Figure 1 C) and the exciter broadband 5 and 3.
  • the facets 3i may be metallic, metal fabric or formed of metal rods.
  • the facets 3i are, for example, connected using metal screws (or conductive). Any other fastener allowing electrical continuity between the two parts may be considered. It is also possible to use a mechanically welded technique.
  • the various metal parts 3, 4 and 5 are, for example, screwed or nested with each other so as to ensure good mechanical strength and electrical continuity from the core of the connector 11 to the exciter junction - upper plate 2. Any other technique allowing an assembly ensuring on the one hand a mechanical strength and on the other hand an electrical continuity can be used.
  • the combination of elements 3 and 5 forms the broadband exciter.
  • the assembly has an outer surface Se and a surface profile Ps adapted to generate a linear vertical polarization electric field created between the two plates 1, 2, under the effect of a signal applied at a point of excitation of the antenna, said electric field propagating within a guiding structure formed by the upper plate, the lower plate and the excitation means.
  • the metal cone 5 makes it possible to ensure the mechanical and electrical interface between the facets 3i and the excitation point 4. It is the propagation of the field between the two plates (1, 2) which generates the radiation preferentially directed towards the low.
  • the exciter can take different forms and consist of one or more parts as long as this gradual transition is ensured between the two planes or the two plates.
  • the progressive transition is defined in the context of the invention as a transition or mechanical profile progressive symmetry of revolution between the excitation point 4 and the upper plate 2 for very broadband impedance matching.
  • the broadband excitation means generates, for example, a vertically polarized electric field.
  • the broadband excitation means is, for example, adapted to create an electric field propagating between the two plates said antenna generating an omnidirectional radio radiation in azimuth oriented towards the ground and the horizon.
  • facets to form the outer wall of the exciter offers advantages such as facilitating the assembly and manufacture of the system.
  • the excitation of the facets 3i is provided by a conical metal cylinder 5 at the top of which is placed the excitation point 4 and at the base of which are fixed the metal facets 3i.
  • This part 5 of the system is not necessarily conical, but can be of cylindrical, hemispherical, exponential or logarithmic profile, according to shapes and profiles known to those skilled in the art.
  • the antenna structure according to the invention can be provided with metal cylinders 6 (or fins rectangular shape) arranged at the ends of the plates, for example, at the four corners of the upper metal plane. These fins can significantly increase the bandwidth to low frequencies.
  • these cylinders measure 393 mm in length for a diameter of 40 mm. The presence and dimensions of these elements depend on the dimensions of the plates and the value of the spacing with respect to the frequency band to be covered.
  • the cylinders for example, are inclined by approximately 15 ° with respect to the upper metal plane 2.
  • the fins are added to improve the impedance matching at low frequencies if the metal plates are not large enough. They are inclined at a certain angle to the horizontal to optimize radiation and low band impedance matching. For larger angle values, the radiation patterns are degraded. For smaller angle values, the improvement in impedance matching at low frequencies is less pronounced.
  • spacers 7 made of a resistant material such as branded Teflon trademark and marketed, are placed at the four corners of the lower metal plane and the upper metal plane, and in the center of the antenna a spacer 8.
  • These spacers can be made in any type of material, preferably dielectric material of relatively low permittivity in order to disturb as little as possible the radiation emitted or received by the 'antenna.
  • a support 9 of relative permittivity foam close to 1 was added around the cylinder for excitation. This element also makes it possible to keep a distance between the excitation point 4 and the top of the cylinder 5 constant or substantially constant.
  • a device increasing the mechanical rigidity of the assembly 10 can be added.
  • the excitation point 4 is connected on one side to a connector 1 1 N type to ensure the power and the other at the base 5 of the antenna.
  • the device can be powered by any type of connector according to the intended application.
  • the antenna can also accept or support an interceptor or communication antenna disposed on the upper plate 2 promoting decoupling them.
  • Figure 2 shows the evolution of the losses due to antenna mismatch as a function of frequency in the 100 MHz - 3000 MHz band obtained in simulation and measurement. This figure shows a
  • ROS ⁇ 2 1 over the entire band and thus highlights the broadband character of the structure.
  • Figure 3 shows the evolution of the gains obtained taking into account the mismatch losses in the azimuthal plane between 100 and 3000 MHz. This figure highlights the omnidirectional nature of the antenna on the entire band considered.
  • Figure 4 shows the evolution of elevation radiation patterns in the 100-3000 MHz band. This figure highlights the fact that the radiation is oriented preferentially towards the horizon and / or the ground.
  • the wideband open-wave antenna described in the preceding figures can for example be used for antennas or antenna systems dedicated to jamming or radiocommunication applications in the high frequency bands HF, very high frequency VHF, or even ultra high frequency UHF.
  • the broadband antenna according to the invention notably offers the following advantages:
  • the radiation of the antenna is less sensitive to the nature of the carrier since the radio-frequency radiation is obtained from radiated guided waves,
  • the antenna concept according to the invention allows the superposition of two transmitting / receiving antennas ensuring a good decoupling without the assembly is too large in height, • A lack of losses due to the resistive elements generally used in the antennary systems of the prior art, and indeed the possibility of radiating all of the power applied to the antenna.

Landscapes

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

Abstract

Antenne à guide ouvert très large bande travaillant dans une gamme de fréquences choisie et omnidirectionnelle caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les éléments suivants : • Une première plaque métallique (1) ayant une longueur L1 et une largeur I1, de surface S1, • Une deuxième plaque métallique (2) ayant une longueur L2 et une largeur I2, de surface S2, • Les deux plaques (1), (2) étant séparées par un écartement E, • Un moyen d'excitation large bande (3, 5) ayant une surface externe et un profil de surface adaptés à générer un champ électrique à polarisation verticale linéaire créé entre les deux plaques (1, 2) sous l'effet d'un signal appliqué en un point d'excitation (4) de ladite antenne, ledit champ électrique ainsi généré se propageant au sein d'une structure de guidage formée par la plaque supérieure (1), la plaque inférieure (2) et le moyen d'excitation large bande (3, 5).

Description

ANTENNE OMNIDIRECTIONNELLE TRES LARGE BANDE
L'objet de l'invention concerne une antenne omnidirectionnelle large bande. Dans la suite de la description, l'expression « large bande » vise des plages de fréquence variant, par exemple, de 100 à 3000MHz.
Elle est utilisée notamment dans le domaine des antennes ou systèmes antennaires dédiés à des applications d'émission et de réception d'ondes électromagnétiques dans une très large bande de fréquence. Elle est mise en œuvre par exemple pour le brouillage de communications s'effectuant depuis le sol jusqu'à l'horizon.
De manière plus générale, comme l'antenne est transposable en fréquence, l'antenne selon l'invention peut être utilisée dans d'autres bandes de fréquence aussi bien pour des applications d'émission que de réception. Ce concept d'antenne permet notamment une intégration sur différents porteurs de type terrestre, naval ou aéroporté. Elle est, par exemple, intégrée sur le toit d'un porteur mobile tel qu'un véhicule militaire ou civil.
Pour les systèmes antennaires d'émission et de réception embarqués sur un porteur mobile, notamment ceux dédiés à des applications de brouillage ou de protection de convois, différents problèmes techniques sont à résoudre. Un premier problème est d'être capable de couvrir une large bande fréquentielle supérieure à la décade avec le même élément rayonnant. Un deuxième problème est d'avoir une antenne auto-adaptée sur cette bande de fréquence de manière à pouvoir rayonner des puissances d'émission comprises entre, par exemple, 100 et 500 W sans risque d'endommagement. Un troisième problème technique est d'optimiser l'orientation du diagramme de rayonnement depuis l'horizon vers le bas de manière à assurer une couverture radioélectrique rendant le brouillage efficace au sol (ou perturbation d'un signal ou de signaux par des ondes) et cela sur la totalité de la bande couverte par l'antenne. Ceci doit être obtenu quelque soit le type de porteur mobile. Un quatrième problème technique concerne la discrétion des éléments rayonnants lorsque la bande de fréquence commence à quelques dizaines de MHz. Notamment, pour des applications de brouillage destinées à de la protection de zones ou de véhicules, le système antennaire ne doit pas être identifiable et il doit être dimensionné de manière à respecter le gabarit routier du porteur mobile (minimisation de la hauteur et de la largeur qui est aussi prise en compte). Un cinquième problème technique est de pouvoir optimiser le découplage entre deux systèmes antennaires (émission/réception) intégrés sur un même porteur de petites dimensions, ceci afin que ces systèmes fonctionnent de manière optimale. Dans le cas d'un porteur mobile de type véhicule, les antennes sont généralement situées sur le toit de celui-ci. Les antennes étant proches l'une de l'autre et en visibilité directe, lors d'une utilisation simultanée le système d'émission vient perturber le système de réception (phénomènes d'intermodulation, de saturation, ...) l'empêchant de fonctionner avec des performances optimales. Différentes structures antennaires sont connues du Demandeur, telles que, les antennes de type monopôle, les antennes sabre, les antennes de type dipôle, les antennes biconique ou discône, ou encore les antennes chargées à l'aide d'une résistance ou d'une boîte d'accord.
Ces antennes présentent certains inconvénients, par exemple :
• Une largeur de bande limitée nécessitant l'utilisation de deux antennes pour couvrir la bande 100-3000 MHz, accentuant les phénomènes de couplage et de masquage entre antennes lorsqu'elles sont installées proches l'une de l'autre,
• Un encombrement généralement important pour les fréquences basses ne répondant pas au critère de discrétion et de gabarit routier comme, par exemple, pour des applications de brouillage dédiées à la protection de convois ; • Des gains à l'horizon faibles et un rayonnement électromagnétique non optimisé pour des applications d'émission au sol et à l'horizon telles que les applications de protection de convois ; celui-ci évoluant en fonction du porteur ;
• Des pertes dues aux éléments résistifs permettant l'adaptation de l'antenne sur la bande d'utilisation. Ces éléments résistifs ne permettent pas de rayonner la totalité de la puissance appliquée à l'antenne et limitent souvent la tenue en puissance de l'antenne.
• La structure antennaire selon l'invention permet de résoudre au moins un ou plusieurs des problèmes précités.
Le concept d'antenne selon la présente invention ou antenne dite « capacitive » est constituée notamment de 2 plaques métalliques alimentées par un excitateur large bande; concept qui permet de favoriser le rayonnement vers le sol.
L'invention concerne une antenne à guide ouvert très large bande travaillant dans une gamme de fréquences choisie. L'antenne a une couverture radioélectrique azimutal omnidirectionnelle à polarisation linéaire verticale. Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les éléments suivants :
• Une première plaque conductrice ayant une longueur L1 et une largeur 11 , de surface S1 ,
• Une deuxième plaque conductrice ayant une longueur L2 et une largeur 12, de surface S2,
• Les deux plaques étant séparées par un écartement E,
• Un moyen d'excitation (ou excitateur) large bande ayant une surface externe et un profil de surface adaptés à générer un champ électrique à polarisation verticale linéaire créé entre les deux plaques sous l'effet d'un signal appliqué en un point d'excitation de ladite antenne, ledit champ électrique ainsi généré se propageant au sein d'une structure de guidage formée par la plaque supérieure, la plaque inférieure et le moyen d'excitation large bande, ladite propagation du champ entre la première plaque conductrice et la deuxième plaque conductrice générant le rayonnement.
Les plaques conductrices peuvent être réalisées avec un matériau métallique. Le moyen d'excitation large bande a, par exemple, une forme pseudo-conique. L'excitateur large bande peut être constitué de facettes conductrices telles que des facettes métalliques, de tissu métallique (ou métallisé) ou de tiges métalliques. La forme de l'excitateur large bande contribue également à l'auto-adaptation de l'antenne. Selon un mode de réalisation, l'antenne comporte des éléments disposés à chaque extrémité de la plaque supérieure. Ces éléments sont destinés, notamment, à améliorer les performances d'adaptation de ladite antenne aux basses fréquences. Par exemple la plaque supérieure, ayant une forme carrée ou rectangulaire, comporte des cylindres disposés sur ses quatre côtés. Les cylindres ou autres éléments font un angle d'environ 15e avec la plaque supérieure.
L'antenne peut accepter ou supporter sur la deuxième plaque ou plaque supérieure une antenne d'interception ou de communication favorisant le découplage entre elle et ladite antenne selon l'invention. L'antenne a été conçue pour s'adapter à différents types de porteur mobile. La fréquence de fonctionnement peut être comprise entre 100 et 3000 MHz, et l'indépendance vis-à-vis du porteur est avérée à partir de 300 MHz. Dans un mode de réalisation la plaque inférieure peut être directement réalisée par le toit d'un véhicule ou par une surface conductrice (ou métallique d'un porteur. L'antenne selon l'invention peut être utilisée pour des structures antennaires d'émission et de réception dans les bandes HF, VHF ou UHF.
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif annexé des figures qui représentent :
• La figure 1 A, une vue de côté de la structure de l'antenne selon l'invention, « La figure 1 B, une vue de dessus de la structure de l'antenne, de la figure 1 A,
• La figure 1 C, une vue de coupe de la partie inférieure de l'excitateur de l'antenne,
• La figure 2, le coefficient de réflexion en fonction de la fréquence d'utilisation de l'antenne,
• La figure 3, un diagramme de rayonnement en polarisation verticale tracé pour différentes fréquences montrant l'omnidirectionnalité de l'antenne selon l'invention,
• La figure 4, différents diagrammes de rayonnement en élévation et polarisation verticale obtenus pour différentes valeurs de fréquence dans le plan perpendiculaire au grand coté de l'antenne, et
• La figure 5, des diagrammes similaires à ceux de la figure 4 dans le plan perpendiculaire au petit côté de l'antenne.
Afin de mieux faire comprendre la structure d'antenne à guide ouvert très large bande et omindirectionnelle selon l'invention, la description qui suit vise une utilisation pour l'émission d'ondes électromagnétiques en dessous de l'horizon (c'est-à-dire vers le bas) dans le plan vertical et sur 360° d'azimut dans le plan horizontal pour une bande de fréquence comprise entre 30 et 3000 MHz intégrable sur un véhicule en vue de réaliser la protection dudit véhicule. Elle offre, par exemple, une orientation optimisée d'un diagramme de rayonnement préférentiellement dirigé entre l'horizon et le sol de manière à assurer une zone d'efficacité de brouillage au sol et cela sur la totalité de la bande couverte par l'antenne. L'antenne selon l'invention est destinée à être positionnée sur un porteur P non représenté pour des raisons de simplification. La figure 1 A décrit une vue de côté d'une antenne selon l'invention constituée, par exemple, d'une plaque inférieure 1 conçue avec un matériau conducteur tel qu'un matériau métallique ayant une longueur L1 de 2000mm par exemple et une largeur 11 de 1700 mm. Cette plaque peut être une partie métallique planaire ou sensiblement planaire quelconque d'un porteur P. Une deuxième plaque conductrice qui dans cet exemple correspond à la plaque supérieure 2 et ayant une longueur L2 dans cet exemple de 2400 mm et une largeur 12 de 2100mm (figure 1 B) forme le plan supérieur de l'antenne. La plaque 1 formant le plan inférieur et la plaque 2 formant le plan supérieur, peuvent avoir une surface identique. Le rapport des surfaces correspondantes S1 et S2 est compris par exemple entre 0.5 et 1 inclus. Les deux plaques peuvent être constituées du même matériau métallique.
La plaque inférieure 1 et la plaque supérieure 2 sont espacées d'une distance ou écart E. La valeur de l'écartement E entre les deux plaques est choisie en fonction de la fréquence minimale d'utilisation. Ainsi, l'écartement E peut être inférieur à la longueur d'onde, correspondant à la fréquence minimale de fonctionnement, divisée par 8. En règle générale, plus les dimensions des plaques seront grandes et plus l'écartement des plaques pourra être diminué. Les dimensions ci-dessus sont données à titre illustratif. En effet, les dimensions du plan supérieur peuvent être inférieures ou égales aux dimensions du plan inférieur suivant l'orientation voulue du rayonnement, vers le sol, l'horizon ou encore le ciel. La forme des plaques peut être rectangulaire, circulaire, carrée, ovoïde ou polygonal complexe selon la surface acceptable par le porteur et la spécification relative à l'omnidirectionalité des diagrammes de rayonnement.
Dans l'objet de la présente invention, les dimensions de la plaque métallique supérieure (2) ne se réduisent pas à celles du moyen d'excitation large bande (3,5). En effet, dans l'antenne selon l'invention, la plaque supérieure a été dimensionnée judicieusement plus grande que les dimensions du moyen d'excitation (3, 5) détaillé ci-après pour plusieurs raisons :
• Augmenter la bande passante de manière à couvrir une très large bande de fréquence 100-3000 MHz (figure 2) tout en réduisant l'encombrement en hauteur de l'antenne (< λ/8 à 100 MHz) en respect du gabarit routier au regard de l'application intégrable sur un véhicule,
• Optimiser le rayonnement radioélectrique de l'antenne vers le sol et l'horizon, c.à.d. entre 10° et -90° (figure 4), tout en restant omnidirectionnelle en azimut (figure 3). Un excitateur large bande 3 et 5 est disposé entre les deux plaques 1 , 2. Il a notamment pour fonction d'établir un champ électrique E guidé entre les deux plans et sa paroi externe S3. L'excitateur peut être constitué de plusieurs facettes conductrices (métalliques, par exemple) 3i dont le profil de leur paroi externe a été optimisé pour obtenir une bande de fréquences comprise entre 100 et 3000 MHz. L'assemblage des différentes facettes 3ι (par exemple, à symétrie de révolution), ainsi que leur profil sont choisis pour assurer une transition progressive et omnidirectionnelle du champ électrique entre un point d'excitation 4 disposé au niveau du plan inférieur 1 et le plan supérieur 2. Le point d'excitation 4 est, par exemple, un cylindre conducteur formé par exemple dans un matériau métallique usiné, réalisant l'interface mécanique et électrique entre l'âme du connecteur 1 1 (figure 1 C) et l'excitateur large bande 5 et 3. Les facettes 3i peuvent être métalliques, en tissu métalliques ou encore formées de tiges métalliques. Les facettes 3i sont, par exemple, reliées à l'aide de vis métalliques (ou conductrice). Toute autre fixation permettant une continuité électrique entre les deux parties peut être envisagée. Il est aussi possible d'utiliser une technique de type mécano soudé. Les différentes pièces métalliques 3, 4 et 5 sont, par exemple, vissées ou emboîtées les unes avec les autres de manière à assurer une bonne tenue mécanique et une continuité électrique depuis l'âme du connecteur 11 jusqu'à la jonction excitateur - plaque supérieure 2. Toute autre technique permettant un assemblage assurant d'une part une tenue mécanique et d'autre part une continuité électrique peut être utilisée. L'association des éléments 3 et 5 forme l'excitateur large bande. L'ensemble présente une surface externe Se et un profil de surface Ps adaptés à générer un champ électrique à polarisation verticale linéaire créé entre les deux plaques 1 , 2, sous l'effet d'un signal appliqué en un point d'excitation de l'antenne, ledit champ électrique se propageant au sein d'une structure de guidage formée par la plaque supérieure, la plaque inférieure et le moyen d'excitation. Le cône métallique 5 permet d'assurer l'interface mécanique et électrique entre les facettes 3i et le point d'excitation 4. C'est la propagation du champ entre les 2 plaques (1 , 2) qui génère le rayonnement préférentiellement dirigé vers le bas.
L'excitateur peut prendre différentes formes et être constitué d'une ou plusieurs pièces du moment que cette transition progressive est assurée entre les deux plans ou les deux plaques. La transition progressive est définie dans le cadre de l'invention comme une transition ou profil mécanique progressif à symétrie de révolution entre le point d'excitation 4 et la plaque supérieure 2 permettant une adaptation d'impédance très large bande.
Le moyen d'excitation large bande génère, par exemple, un champ électrique à polarisation verticale. Le moyen d'excitation large bande est, par exemple, adapté à créer un champ électrique se propageant entre les deux plaques ladite antenne générant un rayonnement radioélectrique omnidirectionnel en azimut orienté vers le sol et l'horizon.
L'utilisation de facettes pour constituer la paroi externe de l'excitateur offre notamment comme avantages de faciliter le montage et la fabrication du système. L'excitation des facettes 3i est assurée par un cylindre métallique conique 5 au sommet duquel est placé le point d'excitation 4 et à la base duquel sont fixées les facettes métalliques 3i. Cette partie 5 du système n'est pas nécessairement conique, mais peut être de forme cylindrique, hémisphérique, à profil exponentiel ou logarithmique, selon des formes et profils connus de l'Homme du métier.
Selon un mode de réalisation qui permet d'améliorer les performances en terme d'adaptation sur des porteurs de petites dimensions, tels que des 4*4, la structure antennaire selon l'invention peut être pourvue de cylindres métalliques 6 (ou d'ailettes de forme par exemple rectangulaire) disposés aux extrémités des plaques, par exemple, aux quatre coins du plan métallique supérieur. Ces ailettes permettent d'augmenter sensiblement la bande passante vers les basses fréquences. A travers l'exemple proposé dans l'invention, ces cylindres mesurent 393 mm de longueur pour un diamètre de 40 mm. La présence et les dimensions de ces éléments dépendent des dimensions des plaques et de la valeur de l'écartement par rapport à la bande fréquentielle à couvrir. Afin d'éviter de perturber le rayonnement dans les fréquences hautes de la bande de fonctionnement, les cylindres, sont par exemple inclinés d'environ 15° par rapport au plan métallique supérieur 2. Les ailettes (ou cylindres) sont ajoutées pour améliorer l'adaptation d'impédance aux basses fréquences si les plaques métalliques ne sont pas suffisamment grandes. Elles sont inclinées avec un certain angle par rapport à l'horizontal afin d'optimiser le rayonnement et l'adaptation d'impédance en bande basse. Pour des valeurs d'angle plus importantes, les diagrammes de rayonnement sont dégradés. Pour des valeurs d'angle moins importantes, l'amélioration au niveau de l'adaptation d'impédance aux basses fréquences est moins prononcée.
Afin de conserver un espacement E constant entre les deux plans, et assurer un maintien mécanique de l'antenne, des entretoises 7 réalisés dans un matériau résistant tel que du Téflon marque déposée et commercialisée, sont placées aux quatre coins du plan métallique inférieur et du plan métallique supérieur, ainsi qu'au centre de l'antenne une entretoise 8. Ces entretoises peuvent être réalisées dans tout type de matériau, de préférence en matériau diélectrique de permittivité relativement faible afin de perturber le moins possible le rayonnement émis ou reçu par l'antenne. Afin d'assurer le maintien mécanique du cylindre conique 5, un support 9 en mousse de permittivité relative proche de 1 a été ajoutée autour du cylindre permettant l'excitation. Cet élément permet en outre de conserver une distance entre le point d'excitation 4 et le sommet du cylindre 5 constante ou sensiblement constante. Un dispositif augmentant la rigidité mécanique de l'ensemble 10 peut être ajouté.
Le point d'excitation 4 est relié d'un côté à un connecteur 1 1 de type N pour assurer la tenue en puissance et de l'autre à la base 5 de l'antenne. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, le dispositif peut être alimenté par tout type de connecteur selon l'application visée.
Selon un mode de réalisation, l'antenne peut aussi accepter ou supporter une antenne d'interception ou de communication disposée sur la plaque supérieure 2 favorisant le découplage entre elles.
La figure 2 présente l'évolution des pertes par désadaptation de l'antenne en fonction de la fréquence, sur la bande 100 MHz - 3000 MHz, obtenue en simulation et en mesure. Cette figure permet de constater un
ROS <2 :1 sur la totalité de la bande et met ainsi en évidence le caractère large bande de la structure.
La figure 3 représente l'évolution des gains obtenus en tenant compte des pertes par désadaptation dans le plan azimutal entre 100 et 3000 MHz. Cette figure met en évidence le caractère omnidirectionnel de l'antenne sur l'intégralité de la bande considérée.
La figure 4 présente l'évolution des diagrammes de rayonnement en élévation sur la bande 100-3000 MHz. Cette figure met en évidence le fait que le rayonnement est orienté préférentiellement vers l'horizon et/ou le sol.
L'antenne à guide ouvert très large bande décrite aux figures précédentes peut par exemple être utilisée pour des antennes ou systèmes antennaires dédiées à des applications de brouillage ou de radiocommunication dans les bandes haute fréquences HF, très haute fréquence VHF, ou encore ultra haute fréquence UHF. L'antenne large bande selon l'invention offre notamment les avantages suivants :
• L'utilisation dans certains cas d'une antenne unique qui évite les phénomènes de couplage et de masquage entre antennes lorsqu'elles sont installées proches l'une de l'autre,
• Une antenne très large bande à polarisation verticale tout en possédant une couverture radioélectrique omnidirectionnelle en azimut,
• Une antenne munie d'un excitateur très large bande qui permet l'auto- adaptation de l'antenne et dont la limite de tenue en puissance et celle du connecteur.
• Une antenne très large bande dont le concept de réalisation lui permet d'être facilement transposable en fréquence.
• Un encombrement (hauteur) minimisé pour les fréquences basses qui répond aux critères de discrétion et de gabarit routier lorsque l'antenne est intégrée sur un porteur mobile type véhicule,
• Des gains à l'horizon et un rayonnement optimisé préférentiellement pour des applications d'émission au sol et à l'horizon ; le rayonnement de l'antenne est moins sensible à la nature du porteur puisque le rayonnement radioélectrique est obtenu à partir d'ondes guidées rayon nées,
• Le concept d'antenne selon l'invention permet la superposition de deux antennes d'émission/réception en garantissant un bon découplage sans que l'ensemble soit trop volumineux en hauteur, • Une absence de pertes dues aux éléments résistifs généralement utilisés dans les systèmes antennaires de l'art antérieur, et de fait la possibilité de rayonner la totalité de la puissance appliquée à l'antenne.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Antenne à guide ouvert très large bande travaillant dans une gamme de fréquences choisie et omnidirectionnelle et destinée à être positionnée sur un porteur caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les éléments suivants :
• Une première plaque conductrice (1 ) ayant une longueur L1 et une largeur 11 , de surface S1 ,
• Une deuxième plaque conductrice (2) ayant une longueur L2 et une largeur 12, de surface S2, • Les deux plaques (1 ), (2) étant séparées par un écartement E,
• Un moyen d'excitation large bande (3, 5) ayant une surface externe et un profil de surface adaptés à générer un champ électrique à polarisation verticale linéaire créé entre les deux plaques (1 , 2) sous l'effet d'un signal appliqué en un point d'excitation (4) de ladite antenne, ledit champ électrique ainsi généré se propageant au sein d'une structure de guidage formée par la première plaque (1 ), la deuxième plaque (2) et le moyen d'excitation large bande (3, 5), ladite propagation du champ entre la première plaque conductrice (1 ) et la deuxième plaque conductrice (2) générant le rayonnement.
2 - Antenne large bande selon la revendication 1 caractérisée en ce que le moyen d'excitation large bande (3, 5) a une forme pseudo-conique.
3 - Antenne selon la revendication 1 et 2 caractérisée en ce que la fréquence de fonctionnement est comprise entre 100 et 3000 MHz, et en ce que l'indépendance du porteur est avérée à partir de 300 MHz.
4 - Antenne selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que le moyen d'excitation large bande génère un champ électrique à polarisation verticale. 5 - Antenne selon la revendication 1 et 2 caractérisée en ce que le moyen d'excitation large bande est adapté à créer un champ électrique se propageant entre les deux plaques (1 ), (2), ladite antenne générant un rayonnement radioélectrique omnidirectionnel en azimut orienté vers le sol et l'horizon.
6 - Antenne selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce qu'elle comporte un excitateur large bande constitué de facettes conductrices, de tissu métallique ou de tiges métalliques.
7 - Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le rapport des surfaces S1 /S2 des plaques inférieure (1 ) et supérieure (2) est compris dans l'intervalle ouvert 0,5 et 1 .
8 - Antenne selon l'une des revendications 2 à 7 caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs éléments (6) disposés à chaque extrémité de la deuxième plaque ou plaque supérieure (2) adaptés à améliorer les performances d'adaptation de ladite antenne.
9 - Antenne selon la revendication 8 caractérisée en ce que la plaque supérieure (2) ayant une forme carrée ou rectangulaire comporte des cylindres (6) disposés sur ses quatre côtés.
10 - Antenne selon l'une des revendications 8 et 9 caractérisée en ce que les éléments ou cylindres (6) font un angle d'environ 15° avec la deuxième plaque ou plaque supérieure (2).
1 1 - Antenne selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisée en ce que les dimensions des éléments ou cylindres sont choisis en fonction des dimensions de la plaque inférieure (1 ) et supérieure (2) vis-à-vis de la bande fréquentielle à couvrir. 12 - Antenne selon l'une des revendications 1 à 1 1 caractérisée en ce que l'écartement entre la première plaque ou plaque inférieure (1 ) et la deuxième plaque ou plaque supérieure (2) varie en fonction des dimensions desdites plaques et de la bande de fréquence à couvrir.
13 - Utilisation d'une antenne selon l'une des revendications 1 à 12 pour des structures antennaires d'émission ou de réception dans les bandes HF, VHF ou UHF.
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