EP2449623A1 - Dispositif d'extension de bande modulable pour antenne omnidirectionnelle tres large bande - Google Patents

Dispositif d'extension de bande modulable pour antenne omnidirectionnelle tres large bande

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Publication number
EP2449623A1
EP2449623A1 EP10723615A EP10723615A EP2449623A1 EP 2449623 A1 EP2449623 A1 EP 2449623A1 EP 10723615 A EP10723615 A EP 10723615A EP 10723615 A EP10723615 A EP 10723615A EP 2449623 A1 EP2449623 A1 EP 2449623A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
metal
band
plate
metal links
Prior art date
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Granted
Application number
EP10723615A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2449623B1 (fr
Inventor
Sébastien PALUD
Cyrille Le Meins
Thierry Guignard
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
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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 EP2449623A1 publication Critical patent/EP2449623A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2449623B1 publication Critical patent/EP2449623B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the object of the invention relates to a device with adjustable positions depending on the carrier vehicle to expand the band of use of a very broadband omnidirectional antenna, for example to expand the band 100 MHz-3GHz to the band 30 MHz-3GHz.
  • adjustable positions refers to elements of the device whose position and / or disposition may change depending on the antenna used and the carrier on which it is located.
  • the invention lies in the field of antennas or antenna systems dedicated to electromagnetic wave emission / reception applications in a very wide band.
  • the concept implemented in the invention can be integrated on all types of carrier (ground, naval or airborne). It is particularly suitable for integration on the roof of a mobile carrier (civilian and military vehicles). It can be exploited in other frequency bands than the one mentioned above.
  • antennal structures such as monopole antennas, saber antennas, dipole antennas, biconical antennas or discone, or antennas loaded with a resistor or a tuning box.
  • the antenna structure according to the invention makes it possible to solve one or more of the aforementioned problems.
  • the invention relates to a modular device for widening the band of use of a very broadband omnidirectional antenna, said antenna being arranged on a carrier vehicle V, characterized in that it comprises at least the following elements:
  • a first upper conductive plate provided with one or more locations making it possible to maintain metal links, said metal links being loaded with an adaptation circuit, consisting of the power resistor,
  • a second lower conductive plate also provided with one or more locations for making the electrical contacts between the power resistors and said plate by metal links,
  • Said antenna (1) comprises a broadband exciter (7) having an external surface and a surface profile adapted to generate or capture a linear vertical polarization electric field created between the two plates (5, 6), said electric field propagating within a guide structure formed by the first plate (5), the second plate (6) and the means for broadband excitation (7), said broadband exciter being of "pseudo-conical" shape and consisting of conductive facets, metal fabric or metal rods.
  • the lower conductive plate of the antenna may be an independent plate attached to the carrier vehicle.
  • Said locations provided on the plates are holes or orifices allowing adjustment or easy movement of the metal links of the matching circuit consisting of power resistors.
  • the hole matrices or locations are extended around the metal planes and to near the junction of the upper metal plane and the upper part of the broadband exciter.
  • the said metal links are inclined or perpendicular to the planes.
  • the number and arrangement of the metal links provided with the matching circuit consisting of power resistors are defined taking into account the carrier on which the antenna is arranged.
  • the value of the power resistors vary and are adapted according to their number and the carrier on which the antenna is arranged.
  • the characteristics of the power resistors are chosen to allow the antenna to be used for high power applications also in the extended frequency band.
  • the frequency operating band is between 30 MHz and 3 GHz.
  • the matching circuit consists of, for example, one or more elements selected from the following list: resistance, capacitance and / or power choke.
  • FIG. 1A a side view of an example of antenna structure on which the invention is applied
  • FIG. 1B a view from above of FIG. 1A, FIG. 1C, a bottom view of FIG. 1A, FIG. 1D a detail of the antenna illustrated in FIG. 1A,
  • FIGS. 2A and 2B seen in profile and seen from above, an example of integration of an antenna on a 4x4 carrier vehicle
  • FIGS. 3A and 3B two examples of potential vehicle-type carrier integration of the antenna on which the invention is applied.
  • FIG. 4 the standing wave ratio obtained with an antenna described in FIGS. 1A to 1D in the presence or absence of the device according to the invention and in the presence or absence of a carrier vehicle of small dimension as specified in FIG. figure 2,
  • FIG. 5 the gain realized on the horizon in vertical polarization with an antenna described in FIGS. 1A to 1D in the presence of the device according to the invention and in the presence or absence of a carrier vehicle of small dimension as specified in Figure 2.
  • the following description is a use of the antenna for transmission electromagnetic waves on the horizon and below the horizon, that is to say, downwards and over 360 ° azimuth for a frequency band between 30 MHz and 3 GHz.
  • FIG. 1A represents a side view of an example of an antenna structure arranged by means of the modular device according to the invention on a carrier vehicle V (FIG. 2A).
  • the antenna 1 used in the present description for illustrative purposes is detailed in the applicant's patent application FR 08 07230.
  • An antenna 1 intended to be mounted on the support consists, for example, of a lower conductive plate 6 designed with a conductive material such as a metal material having for example a length L1 of 2000mm and a width 11 of 1700 mm.
  • This plate may be a planar or substantially planar metallic part independent or any of a carrier V ( Figure 2A).
  • a second conductive plate which in this example corresponds to the upper plate 5 and has a length L2 in this example of 2000 mm and a width 12 of 1700 mm forms the upper plane of the antenna system according to the invention.
  • the plate 6 forming the lower plane and the plate 5 forming the upper plane may have an identical surface.
  • the two plates can be made of the same metallic material adapted to microwave frequencies.
  • the lower plate 6 and the upper plate 5 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 antenna 1 is constituted by a broadband exciter 7 positioned between the metal planes 5 and 6 in which a matrix of holes 8 (FIGS. 1B and 1C) is made in order to receive several metal links 2 loaded by power resistors. 3.
  • the function of the metallic links is to enable electrical conduction between the different elements.
  • the power resistors 3 are preferably situated on the lower plate 6. These power resistors 3 are, on the one hand, connected to the metal links 2 connected to the upper plane 5 and, on the other hand, to the connected metal links 4 6. In fact, the metal planes 5 and 6 are connected to each other via the elements 2, 3 and 4.
  • the number of metal links can vary depending on the need. These links, according to their number, their placement and the value of the power resistance 3, allow optimization of the adaptation of the low frequency structure by absorbing undesirable currents. They also make it easier to excite the carrier vehicle that participates in the radiation in the frequency band 30MHz-100MHz.
  • the position of the metal links 2,4 as well as the power resistors 3 it is also possible to modify the radiation of the antenna, for example, to improve the radiation of the antenna in the presence of the carrier or to avoid radiation in one direction in the frequency bands of a few percent.
  • the power resistors may have different values or not.
  • Figures 1 B and 1 C respectively show a top view and a bottom view of an embodiment of the antenna.
  • a matrix of holes 8 is formed in order to easily adjust the location of the elements 2, 3 and 4 and allow the latter to play their role of conductor between the planes 5 and 6.
  • the metal links 2, 4 resistively charged by the power resistors 3 can be moved to all the positions 8 or holes Ti of the matrix.
  • the dies will preferably be extended around the planes 5 and 6 and to the vicinity of the junction of the metal plane 5 and the upper part 9 of the broadband exciter 7 present between the two planes 5, 6.
  • the metal links can be inclined or perpendicular to the planes 5, 6. These links can be straight, bent or meandering.
  • the metal plane 6 is directly made by a part of the carrier, for example when it corresponds to the roof of the vehicle (gallery or other), then the matrix of the missing plane 6 may not be realized and the elements 3, 4 directly attached to the carrier by means known to those skilled in the art or means that allow the conduction to be done.
  • the conduction metal bonds can be made of any type of material having properties conductors from the moment when this material is adapted to operate in the microwave.
  • the spacing between plates, the number and the arrangement of the metal links are, for example, determined according to the widening of the band of use to be obtained by using electromagnetic simulation tools.
  • the omnidirectional antenna 1 provided with metal links loaded with power resistors 3, for example, is adapted to a characteristic impedance of 50 Ohms.
  • the fact of using power resistors 3 allows this antenna 1 modified according to the invention to be used for high power applications on the band 30-3000 MHz.
  • This antenna also has radio coverage mainly directed to the horizon and to the ground over the entire frequency band.
  • the dielectric spacers 10 and 1 1 have the particular function of ensuring a mechanical rigidity of the system.
  • a more complex matching or charging circuit composed of one or more elements chosen from the following list: resistance, inductance, capacitance, the elements mentioned being used alone or in combination, knowing that the final function will be to ensure the impedance matching and the radiation of the antennal system on any carrier.
  • the broadband exciter 7 has the particular function of establishing an electric field E guided between the two planes 5, 6 and its outer wall S ⁇
  • the exciter can consist of several conductive facets
  • Metallic, for example 2Oi whose profile of their outer wall has been optimized to operate on the bandwidth of the antenna.
  • the assembly of the different facets 20i (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 21 disposed at the level of the lower plane 6 and the plane
  • the excitation point 21 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 22 and the broadband exciter.
  • Facets 2Oi can be metal plates, metal fabric or formed of metal rods.
  • the facets 20i are, for example, connected to each other and to the upper plane 5 by means of 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 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 22 to the exciter junction - upper plate. 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 20 and 23 form the broadband exciter.
  • the assembly has an external surface S ⁇ and a surface profile P s adapted to generate a linear vertical polarization electric field created between the two plates 5, 6, under the effect of a signal applied at an excitation point. 21 of the antenna, said electric field propagating within a guide structure formed by the upper plate, the lower plate and the excitation means.
  • the metal cone 23 makes it possible to ensure the mechanical and electrical interface between the facets 20i and the excitation point 21.
  • 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 21 and the upper plate 5 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 facets 2Oi is ensured by a conical metal cylinder 23 at the top of which is placed the excitation point 21 and at the base of which are fixed the metal facets 20i.
  • This part 23 of the system is not necessarily conical, but may be cylindrical, hemispherical, exponential or logarithmic, according to shapes and profiles known to those skilled in the art.
  • the dimensions above are given for illustrative purposes. Indeed, the dimensions of the upper plane may be greater, smaller 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.
  • FIGS. 2A and 2B show a proposal for integrating the antenna 1 provided with the elements 2, 3, 4 according to the invention onto a vehicle V of the 4x4 type.
  • the elements 2, 3, 4 are placed so as to compensate for example the dissymmetry of the vehicle which influences the omnidirectionality.
  • FIGS. 3A and 3B show a proposal for integrating the antenna 1 provided with resistively charged metal links on a vehicle 1 1 of the Avant Armored Vehicle type.
  • the elements 2, 3, 4 are placed so as to compensate, for example, the dissymmetry of the vehicle and the positioning of the antenna which influences the omnidirectionality.
  • FIG. 4 represents the standing wave ratio obtained for a configuration of the antenna 1, with and without the resisitively charged metal links and with and without a carrier vehicle.
  • the invention allows a significant improvement of the low frequency adaptation without degrading the adaptation to the rest of the band.
  • the invention also allows the carrier vehicle to contribute to the adaptation of the antenna 1.
  • the curve I corresponds to the ROS as a function of the frequency for an antenna alone (without a vehicle and without a metal link resistively charged)
  • the curve II corresponds to an antenna without a vehicle and with resistively loaded metal links
  • the curve III corresponds to an antenna mounted on a vehicle and with resistively charged links.
  • FIG. 5 represents, in dB, the gain achieved on the horizon in vertical polarization over the frequency band 30-3000 MHz.
  • the use of the invention in the presence of a carrier vehicle V allows a significant increase of the gain in low frequency and a stabilization of the latter on the intermediate frequencies by a judicious choice of the positioning of the elements 2, 3, 4.
  • the gain in high frequency is not degraded by the presence of these elements.
  • Curve IV represents the curve obtained without a vehicle with resistively charged metal links, curve V, a vehicle-mounted antenna and resistively charged metal links.
  • the antenna according to the invention has notably the following advantages:
  • the low frequency band extension (30-100 MHz) is obtained thanks to the metal links loaded by power resistors.
  • the links between the two plates of the reference antenna to excite the carrier vehicle may radiate at low frequencies.
  • the modularity of the metal links allows an arrangement adapted to each carrier vehicle by reducing the omnidirectionality defects specific to each vehicle.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif modulable permettant d'élargir la bande d'utilisation d'une antenne omnidirectionnelle très large bande, ladite antenne (1) étant disposée sur un véhicule porteur V, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants : · Une première plaque conductrice supérieure (5) pourvue d'un ou plusieurs emplacements (8) permettant de maintenir des liens métalliques (2), lesdits liens métalliques (2) étant chargés avec un circuit d'adaptation (3), · Une deuxième plaque conductrice inférieure (6) pourvue elle aussi d'un ou plusieurs emplacements (8) permettant de réaliser les contacts électriques entre les résistances de puissance (3) et ladite plaque par des liens métalliques (4), · Ladite antenne (1) comprend un excitateur large bande (7) disposé entre la première plaque conductrice (5) et la deuxième plaque conductrice (6). Application du dispositif pour passer de la bande 100 MHz-3 GHz à la bande 30 MHz-3GHz.

Description

DISPOSITIF D'EXTENSION DE BANDE MODULABLE POUR ANTENNE OMNIDIRECTIONNELLE TRES LARGE BANDE
L'objet de l'invention concerne un dispositif à positions modulables en fonction du véhicule porteur permettant d'élargir la bande d'utilisation d'une antenne omnidirectionnelle très large bande, par exemple pour élargir la bande 100 MHz-3 GHz à la bande 30 MHz- 3GHz.
Par l'expression « positions modulables », la description vise des éléments du dispositif dont la position et/ou la disposition peuvent changer en fonction de l'antenne utilisée et du porteur sur laquelle elle se trouve.
L'invention se situe dans le domaine des antennes ou systèmes antennaires dédiés à des applications d'émission/réception d'ondes électromagnétiques dans une très large bande.
Le concept mis en œuvre dans l'invention peut être intégré sur tous types de porteur (terrestre, naval ou aéroporté). Il est particulièrement adapté pour une intégration sur le toit d'un porteur mobile (véhicules civils et militaires). Il peut être exploité dans d'autres bandes de fréquence que celle citée précédemment.
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, dont les suivants :
• obtenir la largeur de bande fréquentielle à couvrir,
• garantir l'adaptation d'impédance et la tenue en puissance sur la bande de fréquence couverte,
• respecter une certaine compacité (hauteur, par exemple) de l'antenne et la discrétion des éléments rayonnants par rapport à la bande couverte,
• assurer un découplage suffisant vis-à-vis d'antennes de réception ou d'interception situées sur le porteur,
• prendre en compte le porteur sur lequel est disposée l'antenne pour obtenir les performances finales attendues.
Différentes structures antennaires sont connues du Demandeur, telles que, les antennes de type monopôle, les antennes sabres, 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 :
• Un encombrement généralement important pour les fréquences basses qui ne répondent pas au critère de discrétion et de gabarit routier,
• Une largeur de bande limitée nécessitant l'utilisation de deux antennes pour couvrir la bande de fréquence d'utilisation précitée. Une telle architecture est susceptible d'accentuer les phénomènes de couplage et de masquage entre antennes lorsqu'elles sont installées proches l'une de l'autre,
• Des gains à l'horizon faibles et un rayonnement électromagnétique non optimisé; celui-ci évoluant en fonction du porteur,
• Une utilisation de cellule d'adaptation d'impédance limitant l'efficacité de rayonnement des structures antennaires et leur tenue en puissance.
Dans le cas des antennes accordées ou accordables, la bande passante instantanée est limitée.
La structure antennaire selon l'invention permet de résoudre un ou plusieurs des problèmes précités.
L'invention concerne un dispositif modulable permettant d'élargir la bande d'utilisation d'une antenne omnidirectionnelle très large bande, ladite antenne étant disposée sur un véhicule porteur V, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants :
• Une première plaque conductrice supérieure pourvue d'un ou plusieurs emplacements permettant de maintenir des liens métalliques, lesdits liens métalliques étant chargés avec un circuit d'adaptation, constitué des résistance de puissance,
• Une deuxième plaque conductrice inférieure pourvue elle aussi d'un ou plusieurs emplacements permettant de réaliser les contacts électriques entre les résistances de puissance et ladite plaque par des liens métalliques,
• Ladite antenne (1 ) comprend un excitateur large bande (7) ayant une surface externe et un profil de surface adaptés à générer ou capter un champ électrique à polarisation verticale linéaire créé entre les deux plaques (5, 6), ledit champ électrique se propageant au sein d'une structure de guidage formée par la première plaque (5), la deuxième plaque (6) et le moyen d'excitation large bande (7), ledit excitateur large bande étant de forme « pseudo-conique » et constitué de facettes conductrices, de tissu métallique ou de tiges métalliques.
La plaque conductrice inférieure de l'antenne peut être une plaque indépendante rapportée au véhicule porteur.
Lesdits emplacements prévus sur les plaques sont des trous ou orifices permettant un réglage ou un déplacement aisé des liens métalliques du circuit d'adaptation constitué de résistances de puissance.
Les matrices de trous ou emplacements sont étendues sur le pourtour des plans métalliques et jusqu'à proximité de la jonction du plan métallique supérieur et de la partie supérieure de l'excitateur large bande.
Lesdits liens métalliques sont inclinés ou perpendiculaires aux plans.
Le nombre et la disposition des liens métalliques munis du circuit d'adaptation constitué de résistances de puissance sont définis en tenant compte du porteur sur lequel est disposée l'antenne.
La valeur des résistances de puissance varient et sont adaptées en fonction de leur nombre et du porteur sur lequel est disposée l'antenne.
Les caractéristiques des résistances de puissance sont choisies afin de permettre à l'antenne d'être utilisée pour des applications de forte puissance également dans la bande de fréquence étendue.
La bande de fonctionnement de fréquence est comprise entre 30MHz et 3 GHz.
Le circuit d'adaptation est constitué, par exemple, d'un ou plusieurs éléments choisis parmi la liste suivante : résistance, capacité et/ou self de puissance.
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 d'un exemple de structure antennaire sur laquelle l'invention est appliquée,
• La figure 1 B, une vue de dessus de la figure 1 A, la figure 1 C, une vue de dessous de la figure 1 A, la figure 1 D un détail de l'antenne illustrée à la figure 1 A,
• Les figures 2A et 2B, vue de profil et vue de dessus, un exemple d'intégration d'une antenne sur un véhicule porteur de type 4x4,
• Les figures 3A et 3B, deux exemples d'intégration potentielle sur porteur de type véhicule blindé de l'antenne sur laquelle l'invention est appliquée,
• La figure 4, le rapport d'onde stationnaire obtenu avec une antenne décrite aux figures 1 A à 1 D en présence ou non du dispositif selon l'invention et en présence ou non d'un véhicule porteur de petite dimension tel que spécifié en figure 2,
« La figure 5, le gain réalisé à l'horizon en polarisation verticale avec une antenne décrites aux figures 1 A à 1 D en présence du dispositif selon l'invention et en présence ou non d'un véhicule porteur de petite dimension tel que spécifié en figure 2. Afin de mieux faire comprendre l'architecture du dispositif à positions modulables selon l'invention, ceci en fonction du véhicule porteur destiné à recevoir l'antenne, la description qui suit vise une utilisation de l'antenne pour l'émission d'ondes électromagnétiques à l'horizon et en dessous de l'horizon, c'est-à-dire, vers le bas et sur 360° d'azimut pour une bande de fréquence comprise entre 30MHz et 3 GHz.
L'idée de base du dispositif selon l'invention consiste à absorber une partie des courants circulant sur les plaques de l'antenne de référence et à favoriser l'excitation du véhicule porteur qui, compte tenu de ces dimensions rayonnent un champ électromagnétique dirigé principalement vers l'horizon dans les bandes basses (30-100 MHz) de l'antenne d'émission. L'antenne omnidirectionnelle fonctionnant dans la bande de fréquence (100-3000 MHz) voit sa bande de fonctionnement très largement étendue puisqu'elle peut fonctionner alors de 30 MHz à 3000 MHz. La figure 1 A représente une vue de côté d'un exemple de structure antennaire disposé grâce au dispositif modulable selon l'invention sur un véhicule porteur V (FIG.2A).
L'antenne 1 utilisée dans la présente description à titre illustratif est détaillée dans la demande de brevet du Demandeur FR 08 07230.
Une antenne 1 destinée à être montée sur le support est constituée, par exemple, d'une plaque conductrice inférieure 6 conçue avec un matériau conducteur tel qu'un matériau métallique ayant par exemple une longueur L1 de 2000mm et une largeur 11 de 1700 mm. Cette plaque peut être une partie métallique planaire ou sensiblement planaire indépendante ou quelconque d'un porteur V (figure 2A). Une deuxième plaque conductrice qui dans cet exemple correspond à la plaque supérieure 5 et ayant une longueur L2 dans cet exemple de 2000 mm et une largeur 12 de 1700 mm forme le plan supérieur du système antennaire selon l'invention. La plaque 6 formant le plan inférieur et la plaque 5 formant le plan supérieur, peuvent avoir une surface identique. Les deux plaques peuvent être constituées du même matériau métallique adapté aux hyperfréquences.
La plaque inférieure 6 et la plaque supérieure 5 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.
L'antenne 1 est constituée par un excitateur large bande 7 positionné entre les plans métalliques 5 et 6 dans lesquels une matrice de trous 8 (figures 1 B et 1 C) est réalisée afin de recevoir plusieurs liens métalliques 2 chargés par des résistances de puissance 3. Les liens métalliques ont notamment pour fonction de permettre la conduction électrique entre les différents éléments. Les résistances de puissance 3 sont de préférence, situées sur la plaque inférieure 6. Ces résistances de puissance 3 sont, d'une part, liées aux liens métalliques 2 connectés au plan supérieur 5 et, d'autre part, aux liens métalliques 4 connectés au plan inférieur 6. De fait, les plans métalliques 5 et 6 sont liés l'un à l'autre via les éléments 2, 3 et 4. Le nombre de liens métalliques peut varier en fonction du besoin. Ces liens, en fonction de leur nombre, de leur placement et de la valeur de la résistance de puissance 3, permettent une optimisation de l'adaptation de la structure en basse fréquence en absorbant les courants non désirables. Ils permettent également d'exciter plus facilement le véhicule porteur qui participe au rayonnement dans la bande de fréquences 30MHz- 100MHz .
En choisissant judicieusement la position des liens métalliques 2,4 ainsi que des résistances de puissance 3, il est également possible de modifier le rayonnement de l'antenne, afin, par exemple, d'améliorer le rayonnement de l'antenne en présence du porteur ou afin d'éviter le rayonnement dans une direction sur les bandes de fréquences de quelques pourcents. Les résistances de puissance peuvent avoir des valeurs différentes ou non.
Les figures 1 B et 1 C présentent respectivement une vue de dessus et une vue de dessous d'un exemple de réalisation de l'antenne. Sur le plan métallique supérieur 5 et sur le plan inférieur 6, une matrice de trous 8 est formée afin d'ajuster facilement l'emplacement des éléments 2, 3 et 4 et permettent à ces derniers de jouer leur rôle de conducteur entre les plans 5 et 6. En fonction de l'utilisation visée ou de l'application, les liens métalliques 2, 4 chargés résistivement par les résistances de puissance 3 peuvent être déplacés sur l'ensemble des positions 8 ou trous Ti de la matrice. Les matrices seront, de préférence, étendues sur le pourtour des plans 5 et 6 et jusqu'à proximité de la jonction du plan métallique 5 et de la partie supérieure 9 de l'excitateur large bande 7 présent entre les deux plans 5, 6.
Les liens métalliques peuvent être inclinés ou perpendiculaires aux plans 5, 6. Ces liens peuvent être droits, coudés ou à méandres. Dans le cas où le plan métallique 6 est directement réalisé par une partie du porteur, par exemple lorsqu'il correspond au toit du véhicule (galerie ou autre), alors la matrice du plan 6 manquant peut ne pas être réalisée et les éléments 3, 4 directement fixés sur le porteur par des moyens connus de l'Homme du métier ou encore des moyens qui permettent à la conduction de se faire.
Les liens métalliques permettant la conduction peuvent être constitués dans n'importe quel type de matériau présentant des propriétés conductrices à partir du moment où ce matériau est adapté à fonctionner dans les hyperfréquences.
L'espacement entre plaques, le nombre et la disposition des liens métalliques sont, par exemple, déterminés en fonction de l'élargissement de la bande d'utilisation à obtenir en utilisant des outils de simulations électromagnétiques.
L'antenne omnidirectionnelle 1 munie des liens métalliques chargés par des résistances de puissance 3, par exemple, est adaptée sur une impédance caractéristique 50 Ohms. Le fait d'utiliser des résistances de puissance 3 permet à cette antenne 1 modifiée selon l'invention d'être utilisée pour des applications de forte puissance sur la bande 30-3000 MHz. Cette antenne présente aussi une couverture radioélectrique principalement dirigée vers l'horizon et vers le sol sur toute la bande de fréquence.
Les entretoises diélectriques 10 et 1 1 ont notamment pour fonction d'assurer une rigidité mécanique du système.
Sans sortir du cadre de l'invention, en lieu et place de la résistance de puissance, il est possible d'utiliser un circuit d'adaptation ou de charge plus complexe composé d'un ou plusieurs éléments choisis parmi la liste suivante : résistance, inductance, capacité, les éléments cités étant utilisés seuls ou en combinaison, sachant que la fonction finale sera d'assurer l'adaptation d'impédance et le rayonnement du système antennaire sur un porteur quelconque.
L'excitateur large bande 7 a notamment pour fonction d'établir un champ électrique E guidé entre les deux plans 5, 6 et sa paroi externe Sθ
(FIG.1 D). L'excitateur peut être constitué de plusieurs facettes conductrices
(métalliques, par exemple) 2Oi dont le profil de leur paroi externe a été optimisé pour fonctionner sur la largeur de bande de l'antenne. L'assemblage des différentes facettes 2Oi (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 21 disposé au niveau du plan inférieur 6 et le plan supérieur 5. Le point d'excitation 21 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 22 et l'excitateur large bande. Les facettes 2Oi peuvent être des plaques métalliques, en tissu métalliques ou encore formées de tiges métalliques.
Les facettes 2Oi sont, par exemple, reliées entre elles et au plan supérieur 5 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 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 22 jusqu'à la jonction excitateur - plaque supérieure. 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 20 et 23 forment l'excitateur large bande. L'ensemble présente une surface externe Sθ et un profil de surface Ps adaptés à générer un champ électrique à polarisation verticale linéaire créé entre les deux plaques 5, 6, sous l'effet d'un signal appliqué en un point d'excitation 21 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 23 permet d'assurer l'interface mécanique et électrique entre les facettes 2Oi et le point d'excitation 21.
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 21 et la plaque supérieure 5 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 2Oi est assurée par un cylindre métallique conique 23 au sommet duquel est placé le point d'excitation 21 et à la base duquel sont fixées les facettes métalliques 2Oi. Cette partie 23 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.
Les dimensions ci-dessus sont données à titre illustratif. En effet, les dimensions du plan supérieur peuvent être supérieures, 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.
Les figures 2A et 2B représentent une proposition d'intégration de l'antenne 1 munie des éléments 2, 3, 4 selon l'invention sur un véhicule V de type 4x4. Les éléments 2, 3, 4 sont placés de manière à compenser par exemple la dissymétrie du véhicule qui influe sur l'omnidirectionnalité.
Les figures 3A et 3B représentent une proposition d'intégration de l'antenne 1 munie des liens métalliques chargés résistivement sur un véhicule 1 1 de type Véhicule de l'Avant Blindé. Les éléments 2, 3, 4 sont placés de manière à compenser par exemple la dissymétrie du véhicule et le positionnement de l'antenne qui influe sur l'omnidirectionnalité.
La figure 4 représente le rapport d'onde stationnaire obtenu pour une configuration de l'antenne 1 , avec et sans les liens métalliques chargés résistivement et avec et sans véhicule porteur. L'invention permet une amélioration significative de l'adaptation en basse fréquence sans dégrader l'adaptation sur le reste de la bande. L'invention permet également au véhicule porteur de contribuer à l'adaptation de l'antenne 1. La courbe I correspond au ROS en fonction de la fréquence pour une antenne seule (sans véhicule et sans lien métallique chargé résistivement), la courbe II correspond à une antenne sans véhicule et avec liens métalliques chargés résistivement, la courbe III correspond à une antenne montée sur un véhicule et avec des liens chargés résistivement.
La figure 5 représente, exprimé en dB, le gain réalisé à l'horizon en polarisation verticale sur la bande de fréquences 30-3000 MHz. L'utilisation de l'invention en présence d'un véhicule porteur V permet une augmentation significative du gain en basse fréquence et une stabilisation de ce dernier sur les fréquences intermédiaires par un choix judicieux du positionnement des éléments 2, 3, 4. Le gain en haute fréquence n'est pas dégradé par la présence de ces éléments. La courbe IV représente la courbe obtenue sans véhicule avec des liens métalliques chargés résistivement, la courbe V, une antenne montée sur véhicule et liens métalliques chargés résistivement.
Dans le domaine de l'interception dédié à de la protection de convois dans la bande de fréquence variant de 30 MHz à 3000 MHz, l'antenne selon l'invention présente notamment les avantages suivants :
• L'extension de bande en basse fréquence (30-100 MHz) est obtenue grâce aux liens métalliques chargés par des résistances de puissance. Les liens entre les deux plaques de l'antenne de référence permettant d'exciter le véhicule porteur susceptible de rayonner aux basses fréquences. La modularité des liens métalliques permet une disposition adaptée à chaque véhicule porteur en réduisant les défauts d'omnidirectionalité propre à chaque véhicule.
• L'adaptation dans la bande d'extension (30-100 MHz) est obtenue par le choix de la position des liens métalliques chargés par des résistances de puissance et par les valeurs de ces résistances. Les liens métalliques ne perturbent que très modestement l'adaptation de l'antenne de référence dans la bande supérieure (100-30000 MHz).
• La compacité est obtenue dans la bande d'extension grâce à l'excitation du véhicule qui participe alors au rayonnement,

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif modulable permettant d'élargir la bande d'utilisation d'une antenne omnidirectionnelle très large bande ladite antenne (1 ) étant disposée sur un véhicule porteur V, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants :
• Une première plaque conductrice supérieure (5) pourvue d'un ou plusieurs emplacements (8) permettant de maintenir des liens métalliques (2), lesdits liens métalliques (2) lesdits liens métalliques (2) étant chargés avec un circuit d'adaptation constitué de résistance de puissance (3),
• Une deuxième plaque conductrice inférieure (6) pourvue elle aussi d'un ou plusieurs emplacements (8) permettant de réaliser les contacts électriques entre les résistances de puissance (3) et ladite plaque par des liens métalliques (4),
• Ladite antenne (1 ) comprend un excitateur large bande (7) ayant une surface externe et un profil de surface adaptés à générer ou capter un champ électrique à polarisation verticale linéaire créé entre les deux plaques (5, 6), ledit champ électrique se propageant au sein d'une structure de guidage formée par la première plaque (5), la deuxième plaque (6) et le moyen d'excitation large bande (7), ledit excitateur large bande étant de forme « pseudo-conique » et constitué de facettes conductrices, de tissu métallique ou de tiges métalliques. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque conductrice inférieure (6) de l'antenne (1 ) est une plaque indépendante rapportée au véhicule porteur V ou une partie conductrice du véhicule porteur. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits emplacements (8) prévus sur les plaques (5, 6) sont des trous ou orifices permettant un réglage ou un déplacement aisé des liens métalliques (2,4) et un circuit d'adaptation constitué de résistances de puissance (3). 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 3 caractérisé en ce que les matrices de trous ou emplacements (8) sont étendues sur le pourtour des plans métalliques (5, 6) et jusqu'à proximité de la jonction du plan métallique supérieur (5) et de la partie supérieure (9) de l'excitateur large bande (7).
5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que lesdits liens métalliques (2) sont inclinés ou perpendiculaires aux plans (5, 6).
6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le nombre et la disposition des liens métalliques (2,4) pourvus du circuit d'adaptation constitué de résistances de puissance (3) sont définis en tenant compte du porteur sur lequel est disposée l'antenne (1 ).
7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la valeur des résistances de puissance (3) sont adaptées en fonction de leur nombre et du porteur sur lequel est disposé l'antenne (1 ). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les caractéristiques des résistances de puissance (3) sont choisies afin que l'antenne (1 ) soit utilisée pour des applications de forte puissance également dans la bande de fréquence étendue. 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le circuit d'adaptation est constitué d'un ou de plusieurs éléments choisis parmi la liste suivante : résistance, capacité et/ou self de puissance. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que la bande de fonctionnement de fréquence est entre 30MHz et 3 GHz.
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