EP2595239A1 - Antenne de traversée de paroi à guide d'ondes à simple ou double arêtes - Google Patents

Antenne de traversée de paroi à guide d'ondes à simple ou double arêtes Download PDF

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EP2595239A1
EP2595239A1 EP12193517.5A EP12193517A EP2595239A1 EP 2595239 A1 EP2595239 A1 EP 2595239A1 EP 12193517 A EP12193517 A EP 12193517A EP 2595239 A1 EP2595239 A1 EP 2595239A1
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waveguide
excitation
wall
radiating
antenna
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Safran Electronics and Defense SAS
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Sagem Defense Securite SA
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
    • H01P5/022—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
    • H01P5/024—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between hollow waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/286—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons substantially flush mounted with the skin of the craft
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the field of wall-pass antennas, and more particularly to wall-pass antennas whose radiating surface is flush with the outer surface of a wall of a portable, flying or land-based device.
  • the figure 1 illustrates a wall penetration antenna.
  • a radiating waveguide 2 passes through a wall 3, typically that of a flying machine, and is excited by means of an excitation box 1.
  • the box 1 of excitation is shaped to be arranged along the inner surface of the wall 3.
  • the excitation box 1 is coupled perpendicularly to the radiating waveguide 2 and comprises a coaxial plug 4 for feeding the antenna.
  • the radiating waveguide 2 is in the form of a rectangular waveguide.
  • a rectangular waveguide excites another rectangular waveguide which acts as a radiating element.
  • a known solution is to fill the inside of the excitation waveguide with a dielectric material which makes it possible to reduce the size of the excitation waveguide 1.
  • This solution is however not optimal because of the possible discontinuities of permittivity between the excitation guide and the radiating guide which can degrade the performance of the antenna.
  • the invention responds to this need by providing an antenna whose size is less than that of known solutions of the same type.
  • the invention also proposes a wall-pass antenna excitation system comprising a radiating waveguide (20) adapted to pass through a wall having an inner surface and an outer surface, an end of the waveguide radiating wave coming flush with the outer surface of the wall, the excitation system being shaped so as to be arranged along the inner surface of the wall, the system being characterized in that it accommodates a ridge waveguide (s).
  • the invention proposes according to a third aspect a portable device, flying or terrestrial comprising a wall traversed by an antenna according to the first aspect of the invention.
  • the size of the excitation waveguide is such that it is less bulky than a box used in the antennas of the same known type.
  • the mass of the antenna is therefore reduced which in the context of integration within a flying machine is advantageous or in the integration in a portable equipment. For example, for an antenna operating at 5 GHz the mass is reduced by a factor of 4 (125 g instead of 500 g).
  • the antenna has the advantage of being more discreet, the discontinuities in the structure of the flying machine having a smaller contour than when using a case of the prior art.
  • the wall-pass antenna comprises a radiating waveguide 20 adapted to pass through a wall 3 having an inner surface 31 and an outer surface 32.
  • An end 21 of the radiating waveguide 20 is flush with the outer surface 32 of the wall 3.
  • the wall-traversing antenna also comprises an excitation waveguide 10 coupled to the radiating waveguide 20 being arranged along the inner surface 31 of the wall 3.
  • the excitation waveguides 10 and radiation have a rectangular or circular external shape.
  • the excitation waveguide 10 is a waveguide (s) (in English, " waveguide ridge ").
  • the inner part of the excitation waveguide is therefore a recess having at least one edge.
  • the ridge waveguide (s) Compared to a waveguide with a rectangular recess, the ridge waveguide (s) has a lower thickness while maintaining equivalent radiation performance for the same working frequencies.
  • the thickness of the excitation waveguide is between 10 and 20 mm, preferably 16 mm.
  • FIGS. 3a and 3b respectively illustrate a front view of the recess of the single edge 40 and double edge excitation waveguide 41, 42.
  • the excitation waveguide 10 comprises a bend 101.
  • the excitation waveguide 10 comprises a first portion 100 which extends to a second portion 102 forming a bend 101.
  • the bend 101 forms an angle of 45 ° with a longitudinal axis of the first portion 101.
  • the coupling between the two guides is performed by means of screws (not shown).
  • the radiating waveguide 20 has an inner section which may be rectangular and having at least one edge (such as the excitation waveguide 10).
  • the radiating waveguide comprises a slot (which is identical to the inner section of the radiating guide).
  • the radiating waveguide 20 is configured to operate the antenna to have hemispherical radiation.
  • the inner sections of the excitation and radiating waveguides 20 are identical.
  • the radiation waveguide 20 is also at an edge (s).
  • the internal recess can be filled with a dielectric having a permittivity ⁇ typically between 1 and 6, typically equal to 3.
  • the radiating waveguide may also be filled with a dielectric material, preferably identical to that filling the guide. of excitation waves.
  • the radiating waveguide is identical to the excitation waveguide to improve the coupling of the two guides.
  • adjustment screws 50 may be provided on one edge of the excitation waveguide one behind the other in the longitudinal direction of the excitation guide. Such adjustment screws make it possible to introduce parasitic elements which make it possible to optimize the energy transfer in the frequency band of the antenna.
  • the antenna described above is adapted to be integrated in a portable device, flying or terrestrial comprising a wall which is traversed by the antenna.
  • the invention is not limited to an antenna as described above but also to an excitation system for a wall-passing antenna comprising a radiating waveguide 20 adapted to pass through a wall 3 having an internal surface and an outer surface, one end of the radiating waveguide flush with the outer surface of the wall, the excitation system being shaped to be arranged along the inner surface of the wall, the system accommodating a waveguide with ridge (s).

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Abstract

L'invention concerne une antenne de traversée de paroi comprenant :
- un guide d'ondes rayonnant (20) adapté pour traverser une paroi (3) comportant une surface interne (31) et une surface externe (32), une extrémité (21) du guide d'ondes rayonnant (20) venant affleurer la surface externe (32) de la paroi (3) ;
- un guide d'ondes d'excitation (10) couplé au guide d'ondes rayonnant (20) en étant agencé le long de la surface interne (31) de la paroi (3);

caractérisée en ce que le guide d'onde d'excitation (10) est un guide d'ondes à arête(s).

Description

    DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
  • L'invention concerne le domaine des antennes de traversée de paroi, et plus particulièrement les antennes de traversée de paroi dont la surface rayonnante affleure sur la surface externe d'une paroi d'un appareil portable, volant ou terrestre.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • La figure 1 illustre une antenne de traversée de paroi.
  • Un guide d'onde 2 rayonnant traverse une paroi 3, typiquement celle d'un engin volant, et est excité au moyen d'un boitier 1 d'excitation.
  • Le boitier 1 d'excitation est conformé pour être agencé le long de la surface interne de la paroi 3.
  • Le boitier 1 d'excitation est couplé perpendiculairement au guide d'ondes 2 rayonnant et comprend une prise coaxiale 4 pour l'alimentation de l'antenne.
  • Pour permettre de loger le boitier le long de la surface interne de la paroi 3, ce dernier se présente sous la forme d'un guide d'ondes d'excitation rectangulaire. Le guide d'ondes 2 rayonnant se présente sous la forme d'un guide d'ondes rectangulaire.
  • Ainsi dans cette configuration connue, un guide d'ondes rectangulaire excite un autre guide d'ondes rectangulaire qui agit comme un élément rayonnant.
  • Il existe actuellement un besoin de réduire la taille du boitier d'excitation afin de pouvoir loger d'autres équipements à l'intérieur de l'engin tout en ne dégradant pas les performances globales de l'antenne.
  • Une solution connue est de remplir l'intérieur du guide d'ondes d'excitation d'un matériau diélectrique ce qui permet de réduire la taille du guide d'ondes 1 d'excitation. Cette solution n'est toutefois pas optimale du fait des possibles discontinuités de permittivité entre le guide d'excitation et le guide rayonnant qui peuvent dégrader les performances de l'antenne.
    • PRESENTATION DE L'INVENTION
  • L'invention répond à ce besoin en proposant une antenne dont l'encombrement est inférieur à celui des solutions connues du même type.
  • Par conséquent, l'invention propose, selon un premier aspect, une antenne de traversée de paroi comprenant :
    • un guide d'ondes rayonnant adapté pour traverser une paroi comportant une surface interne et une surface externe, une extrémité du guide d'ondes rayonnant venant affleurer la surface externe de la paroi ;
    • un guide d'ondes d'excitation adapté pour être couplé au guide d'ondes rayonnant en étant agencé le long de la surface interne de la paroi;
    caractérisée en ce que le guide d'onde d'excitation est un guide d'ondes à arête(s).
  • L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
    • le guide d'ondes d'excitation comprend une première partie et une seconde partie reliées entre elles par un coude, le guide d'ondes d'excitation étant couplé au guide d'ondes rayonnant par l'intermédiaire de la seconde partie ;
    • le guide d'ondes d'excitation est un guide d'ondes à double arêtes ;
    • le guide d'ondes rayonnant est un guide d'ondes à simple ou double arête(s) ;
    • le guide d'ondes d'excitation comprend une ou plusieurs vis de réglages disposée(s) sur l'arête ;
    • le guide d'ondes d'excitation est rempli d'un matériau diélectrique ;
    • le guide d'onde rayonnant est rempli d'un matériau diélectrique ;
    • l'épaisseur du guide d'ondes d'excitation est comprise entre 10 et 20 mm, de préférence 16 mm.
  • Selon un second aspect, l'invention propose également un système d'excitation pour antenne de traversée de paroi comprenant un guide d'ondes rayonnant (20) adapté pour traverser une paroi comportant une surface interne et une surface externe, une extrémité du guide d'ondes rayonnant venant affleurer la surface externe de la paroi, le système d'excitation étant conformé pour pouvoir être agencé le long de la surface interne de la paroi, le système étant caractérisé en ce qu'il accueille un guide d'ondes à arête(s).
  • Enfin l'invention propose selon un troisième aspect un dispositif portable, volant ou terrestre comprenant une paroi traversée par une antenne selon le premier aspect de l'invention.
  • Les avantages de l'invention sont multiples.
  • La taille du guide d'ondes d'excitation est telle qu'il est moins encombrant qu'un boitier utilisé dans les antennes du même type connues.
  • La masse de l'antenne est par conséquent réduite ce qui dans le cadre d'une intégration au sein d'un engin volant est avantageux ou encore dans l'intégration dans un équipement portable. Par exemple pour une antenne fonctionnant à 5 GHz la masse est réduire d'un facteur 4 (125g au lieu de 500g).
  • L'utilisation des vis de réglages permet de configurer le diagramme de l'antenne de manière plus fine que dans les solutions connues.
  • Et l'antenne présente l'avantage d'être plus discrète, les discontinuités dans la structure de l'engin volant présentant un contour plus petit que lorsqu'on utilise un boitier de l'art antérieur.
    • PRESENTATION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels outre la figure 1 déjà discutée :
    • la figure 2 illustre une antenne selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • les figures 3a et 3b illustrent respectivement une vue en coupe de la partie interne d'un guide d'ondes à simple et double arêtes.
  • Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques.
    • DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • En référence à la figure 2, l'antenne de traversée de paroi conforme à un mode de réalisation possible de l'invention comprend un guide d'ondes rayonnant 20 adapté pour traverser une paroi 3 comportant une surface interne 31 et une surface externe 32.
  • Une extrémité 21 du guide d'ondes rayonnant 20 vient affleurer la surface externe 32 de la paroi 3.
  • L'antenne de traversée de paroi comprend également un guide d'ondes d'excitation 10 couplé au guide d'ondes rayonnant 20 en étant agencé le long de la surface interne 31 de la paroi 3.
  • Les guides d'ondes d'excitation 10 et de rayonnement ont une forme externe rectangulaire ou circulaire.
  • Toutefois, compte tenu des contraintes d'aménagement par rapport à la paroi on préfèrera une forme rectangulaire.
  • Le guide d'onde d'excitation 10 est un guide d'ondes à arête(s) (en anglais, « waveguide ridge »).
  • La partie interne du guide d'ondes d'excitation est donc un évidement ayant au moins une arête.
  • Comparativement à un guide d'ondes dont l'évidement est rectangulaire, le guide d'ondes à arête(s) présente une épaisseur inférieure tout en conservant des performances en termes de rayonnement équivalentes pour les mêmes fréquences de travail.
  • A titre d'exemple, on passe pour une fréquence de travail à 2 GHz d'une épaisseur de l'ordre de 25 mm pour un guide de section rectangulaire à une épaisseur de l'ordre de 16 mm pour un guide à arête(s).
  • Dans le cadre de l'invention, l'épaisseur du guide d'ondes d'excitation est comprise entre 10 et 20 mm, de préférence 16 mm.
  • Les figures 3a et 3b illustrent respectivement une vue de face de l'évidement du guide d'ondes d'excitation à simple arête 40 et à double arêtes 41, 42.
  • Pour coupler le guide d'ondes d'excitation 10 au guide d'ondes rayonnant 20, le guide d'ondes d'excitation 10 comprend un coude 101.
  • Ainsi, le guide d'ondes d'excitation 10 comprend une première partie 100 qui se prolonge vers une seconde partie 102 en formant un coude 101.
  • Le coude 101 forme un angle de 45° avec un axe longitudinal de la première partie 101.
  • Le couplage entre les deux guides est effectué au moyen de vis (non représenté).
  • Le guide d'ondes rayonnant 20 présente une section interne qui peut être rectangulaire et comportant au moins une arête (comme le guide d'ondes d'excitation 10).
  • Le rayonnement est rendu possible par le fait que le guide d'ondes rayonnant comprend une fente (qui est identique à la section interne du guide rayonnant).
  • En outre, le guide d'ondes rayonnant 20 est configuré pour qu'en fonctionnant l'antenne ait un rayonnement hémisphérique.
  • Dans un but d'amélioration du couplage du guide d'ondes 10 d'excitation avec le guide d'ondes 20 rayonnant, les sections internes des guides d'ondes d'excitation 10 et rayonnant 20 sont identiques.
  • Ainsi si le guide d'ondes d'excitation 10 est à arête(s) le guide d'ondes de rayonnement 20 est aussi à arête(s).
  • Pour diminuer la taille du guide d'ondes d'excitation 10 l'évidement interne peut être rempli d'un diélectrique présentant une permittivité ε typiquement comprise entre 1 et 6, typiquement égale à 3.
  • Toujours dans une optique de rendre optimal le couplage entre le guide d'ondes d'excitation et le guide d'ondes rayonnant, le guide d'ondes rayonnant pourra aussi être rempli d'un matériau diélectrique, de préférence identique à celui remplissant le guide d'ondes d'excitation.
  • Comme on l'aura compris, le guide d'ondes rayonnant est identique au guide d'ondes d'excitation pour améliorer le couplage des deux guides.
  • Pour assurer une reconfigurabilité du diagramme de rayonnement de l'antenne, on peut prévoir des vis 50 de réglages disposés sur une arête du guide d'ondes d'excitation les unes derrière les autres dans le sens longitudinal du guide d'excitation. De telles vis de réglages permettent d'introduire des éléments parasites qui permettent d'optimiser le transfert d'énergie dans la bande de fréquences de l'antenne.
  • L'antenne ci-dessus décrite est adaptée pour être intégrée dans un dispositif portable, volant ou terrestre comprenant une paroi qui est traversée par l'antenne.
  • L'invention n'est pas limitée à une antenne telle que ci-dessus décrite mais aussi à un système d'excitation pour antenne de traversée de paroi comprenant un guide d'ondes rayonnant 20 adapté pour traverser une paroi 3 comportant une surface interne et une surface externe, une extrémité du guide d'ondes rayonnant venant affleurer la surface externe de la paroi, le système d'excitation étant conformé pour pouvoir être agencé le long de la surface interne de la paroi, le système accueillant un guide d'ondes à arête(s).

Claims (10)

  1. Antenne de traversée de paroi comprenant :
    - un guide d'ondes rayonnant (20) adapté pour traverser une paroi (3) comportant une surface interne (31) et une surface externe (32), une extrémité (21) du guide d'ondes rayonnant (20) venant affleurer la surface externe (32) de la paroi (3) ;
    - un guide d'ondes d'excitation (10) adapté pour être couplé au guide d'ondes rayonnant (20) en étant agencé le long de la surface interne (31) de la paroi (3);
    caractérisée en ce que le guide d'onde d'excitation (10) est un guide d'ondes à arête(s).
  2. Antenne selon la revendication 1 dans laquelle le guide d'ondes d'excitation (10) comprend une première partie (100) et une seconde partie (102) reliées entre elles par un coude (101), le guide d'ondes d'excitation étant couplé au guide d'ondes rayonnant (20) par l'intermédiaire de la seconde partie (102).
  3. Antenne selon l'une des revendications 1 à 2 dans laquelle le guide d'ondes d'excitation (10) est un guide d'ondes à double arêtes.
  4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3 dans laquelle le guide d'ondes rayonnant (20) est un guide d'ondes à simple ou double arête(s).
  5. Antenne selon l'une des revendications 1 à 4 dans laquelle le guide d'ondes d'excitation comprend une ou plusieurs vis (50) de réglages disposée(s) sur l'arête.
  6. Antenne selon l'une des revendications 1 à 5 dans laquelle le guide d'ondes d'excitation (10) est rempli d'un matériau diélectrique.
  7. Antenne selon l'une des revendications 1 à 6 dans laquelle le guide d'onde rayonnant (20) est rempli d'un matériau diélectrique.
  8. Antenne selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'épaisseur du guide d'ondes d'excitation (10) est comprise entre 10 et 20 mm, de préférence 16 mm.
  9. Système d'excitation pour antenne de traversée de paroi comprenant un guide d'ondes rayonnant (20) adapté pour traverser une paroi (3) comportant une surface interne et une surface externe, une extrémité du guide d'ondes rayonnant venant affleurer la surface externe de la paroi, le système d'excitation étant conformé pour pouvoir être agencé le long de la surface interne de la paroi, le système étant caractérisé en ce qu'il accueille un guide d'ondes à arête(s).
  10. Dispositif portable, volant ou terrestre comprenant une paroi traversée par une antenne selon l'une des revendications 1 à 8.
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