EP2469656B1 - Antenne de forte puissance large bande - Google Patents

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EP2469656B1
EP2469656B1 EP11306765.6A EP11306765A EP2469656B1 EP 2469656 B1 EP2469656 B1 EP 2469656B1 EP 11306765 A EP11306765 A EP 11306765A EP 2469656 B1 EP2469656 B1 EP 2469656B1
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EP
European Patent Office
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waveguide
antenna
waveguides
antenna according
transmission surface
Prior art date
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EP11306765.6A
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German (de)
English (en)
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EP2469656A1 (fr
Inventor
Jean-Pierre Brasile
Friedman Tchoffo Talom
Patrick Sirot
Dominique Fasse
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.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
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Publication of EP2469656B1 publication Critical patent/EP2469656B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0012—Radial guide fed arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/067—Two dimensional planar arrays using endfire radiating aerial units transverse to the plane of the array

Definitions

  • the present invention relates to a broadband high power antenna of the type comprising a transmitting surface, an array of elementary antennas each extending from the emission surface, a first and a second superposed electromagnetic waveguide, the first waveguide being adapted to feed the second waveguide from a collection input, the second waveguide being adapted to supply the elementary antennas, and means for coupling the electromagnetic energy associated with the electromagnetic wave between the first and the second waveguides.
  • the invention applies to the field of radiocommunication and jamming at very high power.
  • an antenna having a transmission surface having a general shape of disk Next to its emission surface, the antenna comprises a set of radiating antenna elements regularly distributed. Each antenna element comprises a helically radiating strand projecting from the emission face. The strand is connected to a capture loop present inside the antenna on the other side of the emission surface. Each of the helically radiating strands is oriented angularly so as to form a coherent electromagnetic field whose propagation direction is perpendicular to the emission surface.
  • a source of electromagnetic radiation consisting for example of a MILO for "Magnetically Insulated Line Oscillator" in English, a carcinotron, a relativistic klystron or a high power magnetron, and a waveguide for routing the electromagnetic flux from the source to the antenna elements.
  • the antenna described in the article of XQ Li comprises a waveguide comprising two radial transmission lines of the ring-shaped field connected to their outer peripheries by a cylindrical waveguide extending perpendicularly. to the radial transmission lines to guide the electromagnetic flow under vacuum by reducing breakdown phenomena.
  • the power transmitted in the cylindrical outer waveguide is very important since it is equal to the total power transmitted by the antenna but is distributed over the entire circumference which limits the risk of breakdown in this part of the antenna. the antenna. They remain nevertheless high because of the sinuous shape of this part of the antenna if the latter is too short.
  • the thickness of the antenna is important for the transmission of very high power without breakdown.
  • the object of the invention is to propose a radiofrequency antenna enabling it to be used at high power, of small thickness, capable of operating over a wide frequency band, while limiting the breakdown phenomena.
  • the subject of the invention is an antenna according to claim 1.
  • the antenna comprises one or more of the features of claims 2 to 8.
  • the invention relates to an antenna of a transmission installation over a wide frequency band constituting a scrambler or a microwave weapon capable of emitting, in a determined direction, a high power electromagnetic field intended to disturb or destroy any device comprising 'electronic.
  • This installation generally comprises a radiofrequency source consisting for example of a magnetron, and an antenna connected to the source by a guide means or waveguide of the flux or electromagnetic wave generated by the source.
  • a radiofrequency source consisting for example of a magnetron
  • an antenna connected to the source by a guide means or waveguide of the flux or electromagnetic wave generated by the source.
  • the antenna 10 comprises a transmission surface 12 and an array of elementary antennas 14 each extending from the transmission surface 12.
  • the elementary antennas 14 are distributed in concentric circles on the transmission surface 12 of the antenna.
  • the antenna is of revolution XX axis about an axis perpendicular to the transmission surface 12.
  • the transmission surface is circular.
  • the emission surface is a half-sphere or any other three-dimensional surface, it is sufficient to adjust the phase of the elementary antennas accordingly.
  • the antenna is square or rectangular.
  • the antenna has a plane of symmetry comprising an axis of symmetry X-X.
  • the plane of symmetry is perpendicular to the sectional plane shown. It is powered by the radiofrequency source along the plane of symmetry and in particular along the axis of symmetry when it exists.
  • the antenna comprises a first 16 and a second 18 waveguides superimposed and adapted to propagate the electromagnetic flux generated by the source, as well as the energy associated with this flow.
  • These waveguides consist of two coaxial and contiguous crowns in the example under consideration.
  • the first waveguide 16 is connected at its center to the guiding means connected to the radiofrequency source.
  • the first waveguide 16 is adapted to propagate centrifugally the electromagnetic energy transmitted by the guide means and for feeding the second waveguide 18.
  • the second waveguide 18 when it is adapted to feed the elementary antenna array 14.
  • the emission surface 12 forms a side wall of the second waveguide 18.
  • the assembly formed by the two waveguides is supported by a frame 26 in the general shape of a bell flaring progressively from an inlet 27 for collecting the magnetic radiation emitted by the source to a mouth 28 for output of the radiation coming from elementary antennas 14.
  • This mouth is closed by a wall airtight protection device 30 for creating the vacuum inside the frame 26.
  • This wall 30 is transparent to the electromagnetic radiation and radome form.
  • the input end 27 of the frame 26 is formed of a tube 32 extended by a ring 34 forming the bottom of the frame.
  • This crown is of axis X-X.
  • the bottom is extended by a first peripheral wall 36 having at its end facing the mouth 28 a diverging shoulder 38.
  • This shoulder 38 is bordered by a second peripheral wall 40 carrying the protective wall 30.
  • the second waveguide 18 is supported on the support formed by the diverging shoulder 38. Similarly, the first waveguide 16 is supported on the bottom of the frame formed by the ring 34.
  • the first and second waveguides have a common continuous metal wall 48 extending parallel to the emitting surface 12 and disposed between the emitting surface 12 and the bottom 34. This common wall 48 delimits the two emitter guides. 'wave.
  • the common wall 48 carries, next to the duct 32 along the axis XX, a metal cone 70 capable of modifying the propagation mode of the electromagnetic flux, by passing from a flow of axis XX, for example according to the transverse magnetic mode TM 01. a centrifugal flow extending from the axis XX outwards in the direction of the arrows 72, for example in the transverse electrical and magnetic mode TEM.
  • this metal cone 70 is called a mode converter.
  • the intermediate wall 48 is provided with a network of means for capturing and coupling the electromagnetic energy between the first and the second waveguide.
  • These capture and coupling means comprise for example through loops 74 distributed regularly at a distance D from the X-X axis.
  • the through loops 74 are thus regularly distributed in a circle of radius D and centered along the X-X axis.
  • loops 74 are formed of a metal conductor and have two lobes 74A, 74B protruding on either side of the intermediate wall 48.
  • the capture and coupling means comprise, for example, through rods regularly distributed at a distance D from the X-X axis and adapted to pick up the electric field.
  • the through rods are thus regularly distributed in a circle of radius D and centered along the X-X axis.
  • These rods are formed of a metal conductor and protrude on both sides of the intermediate wall 48.
  • the network of through loops 74 divides the emission surface into two contiguous regions centered along the axis XX. Each region comprises at least one elementary antenna 14.
  • the so-called peripheral region denoted 76 comprises the antennas elementary located at a distance from the axis XX greater than the distance D while the said internal region noted 78 comprises the elementary antennas located at a distance from the axis XX less than or equal to the distance D.
  • the peripheral region includes more elementary antennas than the inner region.
  • the intermediate wall 48 is provided with at least one other network of means for capturing and coupling the electromagnetic energy between the first and the second waveguide.
  • the capture and coupling means of this other network comprise through loops identical to those described above.
  • the two networks of capturing and coupling means are concentric around the X-X axis and of identical shape.
  • the dimensions of the assembly formed by the networks of capture and coupling means are adapted so that the through loops 74 are regularly distributed at an average distance D of the plane of symmetry of the antenna having the axis XX, as defined previously.
  • the distance D is substantially equal to half the radius of the emission surface.
  • the distance D is chosen as a function of the power of the radiofrequency source to be as small as possible while nevertheless avoiding the phenomenon of breakdown at the level of the lobes 74A . Indeed, the power density is even lower than the loops 74 are remote from the center.
  • Each elementary antenna 14 comprises a transmission strand 80 disposed on the side of the antenna transmission port and a capture loop 86 disposed between the transmission surface 22 and the common wall 48, in the second guide of FIG. wave 18.
  • the loop 86 is rigidly and fixedly connected to the wall forming the emission surface 12. Its surface is determined according to the power that it is desired to collect.
  • the loop has a shape known per se and is obtained by curvature on itself of a metal conductor.
  • Strand 80 has an emission portion 84 consisting of a wire that describes a helix shape. This emission part is electrically connected to the capture loop 86, the transmission surface 12 is pierced to allow its connection with the loop 86.
  • the second waveguide 18 of the antenna comprises energy absorption means 90 located at its periphery and other energy absorbing means 92 located around the axis XX. These absorbents reduce parasitic reflections.
  • these energy absorbing means 90, 92 are made of pyrolytic carbon and have a beveled side facing the interior of the first and / or second waveguides 16, 18.
  • the first waveguide 16 also comprises energy absorption means 94 located at its peripheral ends to allow the reflection of the residual electromagnetic flux so that the reflected wave can be collected, with the correct phase by the loops. capture 74A.
  • This reflection is obtained, for example by a short circuit for reflection of the wave.
  • This short circuit is located at a distance from the capture loops 74A equal to half the wavelength of the radiofrequency waves propagating in the waveguides. This short circuit is obtained for example by a metal wall.
  • the peripheral ends of the first waveguide are made of dielectric material and allow the mechanical support of the shoulder 38 on the frame 26 as well as the vacuum resistance. From an electromagnetic point of view, this variant corresponds to an open circuit of the waveguide 16 allowing reflection of the wave, this open circuit being located at a distance from the capture loops 74A equal to a quarter of the length of the waveguide. wave radiofrequency waves propagating in the waveguides.
  • This open circuit is for example constituted by an orifice or a ring of dielectric material.
  • the electromagnetic flux arriving along the axis XX through the inlet 27 is distributed on the first waveguide 16 by the mode converter 70.
  • the direction of propagation of the flow is represented by the arrows on the figure 2 .
  • the centrifugal flow is then captured by the lobes 74A of the loops and re-emitted by the lobes 74B in the space between the emission surface 12 and the common wall 48.
  • the flow is then divided into two streams: a centrifugal flow and a centripetal flow to feed the elementary antennas 14 respectively of the peripheral region and the internal region of the transmission surface 12.
  • the loops 86 of the elementary antennas 14 pick up the electromagnetic wave, in particular the magnetic field, inducing a current up to at the emission end 84, which re-emits the electromagnetic wave in a direction with a phase determined by the angular positioning of the elementary antenna 14.
  • the potential excess of energy of the electromagnetic waves is absorbed by the absorption means 90, 92, 94 located at the ends of the first and second waveguides.
  • the electromagnetic waves propagate centrifugally and are reflected at the outer peripheral end of the first waveguide. Since the distance between the capturing and coupling means and the outer peripheral end of the first waveguide is equal to a quarter of the wavelength, the reflected waves propagate centripetally in phase with those propagating centrifugal, so that they add to the lobe 74A coupling means thus improving the coupling.
  • the electromagnetic waves propagate centrifugally and are reflected at the outer peripheral end of the first waveguide. Since the distance between the capturing and coupling means and the outer peripheral end of the first waveguide is equal to half the wavelength, the reflected waves propagate centripetally in phase with those propagating from one another. centrifugally, so that they add up at the lobe 74A coupling means thus improving the coupling.
  • the number and the characteristics of the coupling means are optimized to take up almost all the power propagating in the first waveguide and injected into the second waveguide without breakdown.
  • the power absorption means 90 at the peripheral ends of the second waveguide make it possible to reduce the reflections that are detrimental to the operation of the power tube, thus limiting the standing wave ratio (TOS) and improving the level of the side lobes. of emission so that the stealth of the antenna is improved.
  • TOS standing wave ratio
  • the re-emission of the electromagnetic wave by the lobes 74B at a distance D substantially equal to half the distance from the peripheral end of the emission surface 12 contained in the plane perpendicular to the plane of symmetry of the antenna makes it possible to to reduce the propagation time, in this case by half, so that the frequency bandwidth of the antenna is improved compared to antennas with conventional radial transmission line.
  • This reduced filling time allows the high-gain emission by the antenna of ultrashort pulses, for example nanoseconds.
  • Another advantage of the antenna according to the invention is that the electromagnetic waves propagate in the waveguides avoiding the resonance phenomenon, which limits the breakdown phenomena and thus also allows a broadband operation.
  • the antenna according to the invention also allows a reduction in its dimensions to reduce the volume required for effective vacuum pumping and better physical strength.
  • the invention has been described in the context of a circular antenna. However, it applies to other form antennas, for example square or rectangular.
  • the distance D between the capture and coupling means is defined in order to distribute the flux as best as possible from a plane of symmetry of the antenna.

Landscapes

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

Description

  • La présente invention concerne une antenne de forte puissance large bande, du type comprenant une surface d'émission, un réseau d'antennes élémentaires s'étendant chacune depuis la surface d'émission, un premier et un second guides d'onde électromagnétique superposés, le premier guide d'onde étant adapté pour alimenter le second guide d'onde depuis une entrée de collecte, le second guide d'onde étant adapté pour alimenter les antennes élémentaires, et des moyens de couplage de l'énergie électromagnétique associée à l'onde électromagnétique entre le premier et le second guides d'onde.
  • L'invention s'applique au domaine de la radiocommunication et au brouillage à très forte puissance.
  • Les documents EP-0401083-A1 et US2628311-A décrivent des antennes large bande du type précité.
  • L'article « Effect of amplitude tapering and frequency-dependent phase errors on radiation characteristics of radial waveguide fed non-resonant antenna » de Pazin et al, publié dans IEE Proceedings : Microwaves, antennas and propagation, vol. 151, n° 4, décrit le fonctionnement d'une antenne alimentée par un guide d'ondes radial.
  • On connaît également, notamment de l'article de X.Q. Li intitulé "The high power radial line helical circular array antenna: theory and development", une antenne ayant une surface d'émission présentant une forme générale de disque. Suivant sa surface d'émission, l'antenne comporte un ensemble d'éléments d'antenne rayonnant régulièrement répartis. Chaque élément d'antenne comporte un brin rayonnant en hélice faisant saillie sur la face d'émission. Le brin est relié à une boucle de captation présente à l'intérieur de l'antenne de l'autre côté de la surface d'émission. Chacun des brins rayonnant en hélice est orienté angulairement, de manière à former un champ électromagnétique cohérent dont la direction de propagation est perpendiculaire à la surface d'émission.
  • Afin d'alimenter les éléments d'antenne, il est connu d'utiliser une source de rayonnement électromagnétique, constituée par exemple d'un MILO pour « Magnetically Insulated Line Oscillator » en anglais, d'un carcinotron, d'un klystron relativiste ou d'un magnétron de forte puissance, et un guide d'onde pour l'acheminement du flux électromagnétique de la source aux éléments d'antenne.
  • L'antenne décrite dans l'article de X.Q. Li comporte un guide d'onde comportant deux lignes de transmission radiale du champ en forme de couronne reliées à leurs périphéries extérieures par un guide d'onde cylindrique s'étendant perpendiculairement aux lignes de transmission radiale afin de guider le flux électromagnétique sous vide en réduisant les phénomènes de claquage.
  • Dans cette antenne, la puissance transmise dans le guide d'onde extérieur cylindrique est très importante puisqu'elle est égale à la puissance totale transmise par l'antenne mais se répartie sur toute la circonférence ce qui limite les risques de claquage dans cette partie de l'antenne. Ils restent néanmoins élevés en raison de la forme sinueuse de cette partie de l'antenne si cette dernière est trop courte. L'épaisseur de l'antenne est donc importante pour la transmission de très forte puissance sans claquage.
  • De plus, il est connu que pour obtenir une antenne de fort gain tout en limitant les phénomènes de claquage, il est nécessaire d'avoir des antennes de grand diamètre entrainant ainsi une dégradation de la bande passante de l'antenne en fonctionnement.
  • L'invention a pour but de proposer une antenne radiofréquence permettant d'être utilisée à forte puissance, de faible épaisseur, apte à fonctionner sur une large bande fréquentielle, tout en limitant les phénomènes de claquage.
  • A cet effet, l'invention a pour objet une antenne selon la revendication 1.
  • Suivant des modes particuliers de réalisation, l'antenne comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 8.
  • 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, sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue de face d'une antenne selon l'invention ; et
    • la figure 2 est une vue schématique en section de l'antenne selon l'invention.
  • L'invention concerne une antenne d'une installation d'émission sur une large bande fréquentielle constituant un brouilleur ou une arme microonde propre à émettre, dans une direction déterminée, un champ électromagnétique de forte puissance destiné à perturber ou détruire tout dispositif comportant de l'électronique.
  • Cette installation comporte généralement une source radiofréquence constituée par exemple d'un magnétron, et une antenne reliée à la source par un moyen de guidage ou guide d'onde du flux ou de l'onde électromagnétique généré par la source.
  • Selon l'invention, l'antenne 10 comporte une surface d'émission 12 et un réseau d'antennes élémentaires 14 s'étendant chacune depuis la surface d'émission 12. Par exemple, les antennes élémentaires 14 sont réparties suivant des cercles concentriques sur la surface d'émission 12 de l'antenne.
  • Comme illustré sur la Figure 1, l'antenne est de révolution d'axe X-X autour d'un axe perpendiculaire à la surface d'émission 12. Par exemple, elle est circulaire. En variante, la surface d'émission est une demi-sphère ou toute autre surface tridimensionnelle, il suffit d'ajuster en conséquence la phase des antennes élémentaires.
  • Suivant encore une variante, l'antenne est carrée ou rectangulaire.
  • Plus généralement, l'antenne a un plan de symétrie comportant un axe de symétrie X-X. Le plan de symétrie est perpendiculaire au plan de coupe illustré. Elle est alimentée par la source radiofréquence suivant le plan de symétrie et notamment suivant l'axe de symétrie lorsqu'il existe.
  • En outre, l'antenne comprend un premier 16 et un second 18 guides d'onde superposés et adaptés pour propager le flux électromagnétique généré par la source, ainsi que l'énergie associée à ce flux.
  • Ces guides d'onde sont constitués de deux couronnes coaxiales et contigües dans l'exemple considéré.
  • Le premier guide d'onde 16 est relié en son centre au moyen de guidage connecté à la source radiofréquence. Le premier guide d'onde 16 est adapté pour propager de manière centrifuge l'énergie électromagnétique transmise par le moyen de guidage et destinée à alimenter le second guide d'onde 18. Le second guide d'onde 18 quand à lui est adapté pour alimenter le réseau d'antennes élémentaires 14. La surface d'émission 12 forme une paroi latérale du second guide d'onde 18.
  • L'ensemble formé par les deux guides d'onde est supporté par un châssis 26 en forme générale de cloche s'évasant progressivement depuis une entrée 27 de collecte du rayonnement magnétique émis par la source jusqu'à une bouche 28 de sortie du rayonnement issu des antennes élémentaires 14. Cette bouche est obturée par une paroi de protection 30 étanche à l'air permettant de créer le vide à l'intérieur du châssis 26. Cette paroi 30 est transparente au rayonnement électromagnétique et forme radôme.
  • L'extrémité d'entrée 27 du châssis 26 est formée d'un tube 32 prolongé par une couronne 34 formant le fond du châssis. Cette couronne est d'axe X-X. Le fond est prolongé par une première paroi périphérique 36 présentant à son extrémité tournée vers la bouche 28 un épaulement divergeant 38. Cet épaulement 38 est bordé d'une seconde paroi périphérique 40 portant la paroi de protection 30.
  • Le second guide d'onde 18 prend appui sur le support formé par l'épaulement divergeant 38. De façon similaire, le premier guide d'onde 16 prend appui sur le fond du châssis formé par la couronne 34.
  • Le premier et le second guides d'onde ont une paroi métallique continue commune 48 s'étendant parallèlement à la surface d'émission 12 et disposée entre la surface d'émission 12 et le fond 34. Cette paroi commune 48 délimite les deux guides d'onde.
  • La paroi commune 48 porte en regard du conduit 32 suivant l'axe X-X un cône métallique 70 propre à modifier le mode de propagation du flux électromagnétique, en passant d'un flux d'axe X-X, par exemple suivant le mode transverse magnétique TM01, à un flux centrifuge s'étendant depuis l'axe X-X vers l'extérieur suivant le sens des flèches 72, par exemple suivant le mode transverse électrique et magnétique TEM. De façon connue, ce cône en métallique 70 est appelé convertisseur de mode.
  • La paroi intermédiaire 48 est munie d'un réseau de moyens de captation et de couplage de l'énergie électromagnétique entre le premier et le second guide d'onde. Ces moyens de captation et de couplage comportent par exemple des boucles traversantes 74 réparties régulièrement à une distance D de l'axe X-X.
  • Les boucles traversantes 74 sont ainsi réparties régulièrement suivant un cercle de rayon D et centré suivant l'axe X-X.
  • Ces boucles 74 sont formées d'un conducteur métallique et présentent deux lobes 74A, 74B faisant saillie de part et d'autre de la paroi intermédiaire 48.
  • Selon une variante, les moyens de captation et de couplage comportent par exemple des tiges traversantes réparties régulièrement à une distance D de l'axe X-X et adaptées pour capter le champ électrique. Les tiges traversantes sont ainsi réparties régulièrement suivant un cercle de rayon D et centré suivant l'axe X-X. Ces tiges sont formées d'un conducteur métallique et font saillie de part et d'autre de la paroi intermédiaire 48.
  • Le réseau de boucles traversantes 74 partage la surface d'émission en deux régions contigües centrées suivant l'axe X-X. Chaque région comporte au moins une antenne élémentaire 14. La région dite périphérique notée 76 comporte les antennes élémentaires situées à une distance de l'axe X-X supérieure à la distance D tandis que la région dite interne notée 78 comporte les antennes élémentaires situées à une distance de l'axe X-X inférieure ou égale à la distance D. De préférence, la région périphérique comprend plus d'antennes élémentaires que la région interne.
  • Selon une variante, la paroi intermédiaire 48 est munie d'au moins un autre réseau de moyens de captation et de couplage de l'énergie électromagnétique entre le premier et le second guide d'onde. Les moyens de captation et de couplage de cet autre réseau comportent des boucles traversantes identiques à celles décrites précédemment. Les deux réseaux de moyens de captation et de couplage sont concentriques autour de l'axe X-X et de forme identique. Les dimensions de l'ensemble formé par les réseaux de moyens de captation et de couplage sont adaptées pour que les boucles traversantes 74 soient réparties régulièrement à une distance moyenne D du plan de symétrie de l'antenne comportant l'axe X-X, telle que définie précédemment.
  • La distance D est sensiblement égale à la moitié du rayon de la surface d'émission.
  • En variante, afin de limiter l'encombrement et le poids de l'antenne, la distance D est choisie en fonction de la puissance de la source radiofréquence pour être aussi petite que possible tout en évitant toutefois le phénomène de claquage au niveau des lobes 74A. En effet, la densité de puissance est d'autant plus faible que les boucles 74 sont éloignées du centre.
  • Chaque antenne élémentaire 14 comporte un brin d'émission 80 disposé du côté de la bouche d'émission de l'antenne et une boucle de captation 86 disposée entre la surface d'émission 22 et la paroi commune 48, dans le second guide d'onde 18.
  • La boucle 86 est liée rigidement et de manière fixe à la paroi formant la surface d'émission 12. Sa surface est déterminée en fonction de la puissance que l'on souhaite collecter. La boucle présente une forme connue en soi et est obtenue par courbure sur lui-même d'un conducteur métallique.
  • Le brin 80 présente une partie d'émission 84 constituée d'un fil métallique décrivant une forme d'hélice. Cette partie d'émission est reliée électriquement à la boucle de captation 86, la surface d'émission 12 est percée pour permettre sa liaison avec la boucle 86.
  • En outre, le second guide d'onde 18 de l'antenne comporte des moyens d'absorption d'énergie 90 situés à sa périphérie et d'autres moyens d'absorption d'énergie 92 situés autour de l'axe X-X. Ces absorbants permettent de réduire les réflexions parasites.
  • Par exemple, ces moyens d'absorption d'énergie 90, 92 sont en carbone pyrolytique et ont un côté en biseau en regard de l'intérieur du premier et/ou du second guide d'onde 16, 18.
  • Le premier guide d'onde 16 comprend aussi des moyens d'absorption d'énergie 94 situés à ses extrémités périphériques pour au contraire permettre la réflexion du flux électromagnétique résiduel pour que l'onde réfléchie puisse être collectée, avec la bonne phase par les boucles de captation 74A. Cette réflexion est obtenue, par exemple par un court circuit permettant une réflexion de l'onde. Ce court circuit est situé à une distance des boucles de captation 74A égale à la moitié de la longueur d'onde des ondes radiofréquences se propageant dans les guides d'onde. Ce court-circuit est obtenu par exemple par une paroi métallique.
  • Selon une autre variante, les extrémités périphériques du premier guide d'onde sont en matériau diélectrique et permettent le maintien mécanique de l'épaulement 38 sur le châssis 26 ainsi que la tenue au vide. D'un point de vue électromagnétique, cette variante correspond à un circuit ouvert du guide d'onde 16 permettant une réflexion de l'onde, ce circuit ouvert étant situé à une distance des boucles de captation 74A égale au quart de la longueur d'onde des ondes radiofréquences se propageant dans les guides d'onde. Ce circuit ouvert est par exemple constitué d'un orifice ou d'une couronne en matériau diélectrique.
  • En fonctionnement, dans une telle antenne, le flux électromagnétique arrivant suivant l'axe X-X par l'entrée 27 est répartie sur le premier guide d'onde 16 par le convertisseur de mode 70. La direction de propagation du flux est représentée par les flèches sur la figure 2.
  • Le flux alors centrifuge se trouve capté par les lobes 74A des boucles et réémis par les lobes 74B dans l'espace entre le surface d'émission 12 et la paroi commune 48. Le flux est alors partagé en deux flux : un flux centrifuge et un flux centripète pour alimenter les antennes élémentaires 14 respectivement de la région périphérique et de la région interne de la surface d'émission 12. Les boucles 86 des antennes élémentaires 14 captent l'onde électromagnétique, en particulier le champ magnétique, induisant un courant jusqu'au brin d'émission 84, lequel réémet l'onde électromagnétique suivant une direction avec une phase déterminée par le positionnement angulaire de l'antenne élémentaire 14.
  • L'excédent éventuel d'énergie des ondes électromagnétiques est absorbé par les moyens d'absorption 90, 92, 94 situés aux extrémités des premier et second guides d'ondes.
  • Dans la variante selon laquelle l'extrémité périphérique extérieure du premier guide d'onde est ouverte, les ondes électromagnétiques se propagent de façon centrifuge et se réfléchissent à l'extrémité périphérique extérieure du premier guide d'onde. Comme la distance entre les moyens de captation et de couplage et l'extrémité périphérique extérieure du premier guide d'onde est égale au quart de la longueur d'onde, les ondes réfléchies se propagent de manière centripète en phase avec celles se propageant de manière centrifuge, de sorte qu'elles s'additionnent au niveau du lobe 74A des moyens de couplage améliorant ainsi le couplage.
  • Dans la variante selon laquelle l'extrémité périphérique extérieure du premier guide d'onde est une paroi métallique formant un court-circuit, les ondes électromagnétiques se propagent de façon centrifuge et se réfléchissent à l'extrémité périphérique extérieure du premier guide d'onde. Comme la distance entre les moyens de captation et de couplage et l'extrémité périphérique extérieure du premier guide d'onde est égale à la moitié de la longueur d'onde, les ondes réfléchies se propagent de manière centripète en phase avec celles se propageant de manière centrifuge, de sorte qu'elles s'additionnent au niveau du lobe 74A des moyens de couplage améliorant ainsi le couplage.
  • Selon l'invention, le nombre et les caractéristiques des moyens de couplage sont optimisés pour prélever la quasi-totalité de la puissance se propageant dans le premier guide d'onde et injectée dans le second guide d'onde sans claquage.
  • En outre, les moyens d'absorption 90 de puissance aux extrémités périphériques du second guide d'onde permettent de réduire les réflexions néfastes au fonctionnement du tube de puissance limitant ainsi le taux d'ondes stationnaires (TOS) et améliorant le niveau des lobes secondaires d'émission de sorte que la furtivité de l'antenne est améliorée.
  • La réémission de l'onde électromagnétique par les lobes 74B à une distance D sensiblement égale à la moitié de la distance de l'extrémité périphérique de la surface d'émission 12 contenue dans le plan perpendiculaire au plan de symétrie de l'antenne permet de réduire les temps de propagation, dans ce cas de moitié, de sorte que la largeur de bande fréquentielle de l'antenne est améliorée par rapport aux antennes à ligne de transmission radiale conventionnelles. Ce temps de remplissage réduit autorise l'émission à fort gain par l'antenne d'impulsions ultracourtes, par exemple nanosecondes.
  • En outre, cette position pour la réémission de l'onde électromagnétique par les lobes 74B facilite une apodisation de l'onde électromagnétique émise par le réseau d'antennes élémentaires 14 résultant :
    • d'une part, de la décroissance naturelle de la loi d'éclairement du flux électromagnétique centrifuge se propageant vers les antennes élémentaires périphériques et,
    • d'autre part, de la compensation de la décroissance naturelle de la loi d'éclairement du flux électromagnétique centripète se propageant vers les antennes élémentaires internes par la diminution de la distance des antennes élémentaires au plan de symétrie de l'antenne.
  • Un autre avantage de l'antenne selon l'invention est que les ondes électromagnétiques se propagent dans les guides d'onde en évitant le phénomène de résonance, ce qui limite les phénomènes de claquage et autorise de ce fait également un fonctionnement en large bande.
  • L'antenne selon l'invention permet en outre une diminution de ses dimensions permettant de réduire le volume nécessaire pour un pompage du vide efficace et une meilleure tenue physique.
  • L'invention a été décrite dans le cadre d'une antenne circulaire. Cependant, elle s'applique à d'autres antennes de forme par exemple carré ou rectangulaire. Dans ce cas, la distance D entre les moyens de captation et de couplage est définie afin de répartir au mieux le flux à partir d'un plan de symétrie de l'antenne.

Claims (8)

  1. Antenne (10) comprenant une surface d'émission (12), un réseau d'antennes élémentaires (14) s'étendant chacune depuis la surface d'émission, un premier (16) et un second (18) guides d'onde électromagnétique superposés, le premier guide d'onde (16) étant adapté pour alimenter le second guide d'onde (18) depuis une entrée de collecte (27), le second guide d'onde (18) étant adapté pour alimenter les antennes élémentaires (14), la surface d'émission (12) formant une paroi latérale du second guide d'onde (18), et des moyens (74) de couplage de l'énergie électromagnétique associée à l'onde électromagnétique entre le premier (16) et le second (18) guides d'onde, les moyens (74) de couplage séparant la surface d'émission en deux régions concentriques (76, 78) constituées d'une région périphérique (76) et d'une région interne (78) située partiellement au-dessus de l'entrée de collecte (27), chacune comportant au moins une antenne élémentaire, ladite antenne comportant une paroi métallique (48) délimitant le premier (16) et le second (18) guide d'onde et étant caractérisée en ce que les moyens (74) de couplage sont un réseau de boucles (74) en matériau conducteur traversant la paroi (48).
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la région périphérique (76) comporte plus d'antennes élémentaires que la région interne (78).
  3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que, lorsqu'elle comporte un plan de symétrie comportant un axe de symétrie (X-X), les moyens (74) de couplage de l'énergie entre le premier (16) et le second (18) guide d'onde sont situés à une distance moyenne (D) du plan ou de l'axe de symétrie.
  4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle est de révolution et en ce que la distance moyenne (D) est sensiblement égale à la moitié du rayon de la surface d'émission (12).
  5. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que la distance moyenne (D) est choisie aussi petite que possible tout en évitant le phénomène de claquage au niveau des moyens de couplage (74).
  6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (90, 94) d'absorption d'énergie situés aux extrémités périphériques du premier (16) et/ou du second (18) guide d'onde.
  7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens (90, 94) d'absorption d'énergie ont un côté en biseau en regard de l'intérieur du premier (16) et/ou du second (18) guide d'onde et sont en carbone pyrolytique.
  8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'extrémité périphérique extérieure du premier guide d'onde (16) est fermée par un matériaux diélectrique et en ce que la distance entre les moyens de couplage (74) et l'extrémité périphérique extérieure du premier guide d'onde (16) est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde des ondes radiofréquences se propageant dans le premier guide d'onde (16).
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