EP2888784A1 - Element de surface inductif - Google Patents

Element de surface inductif

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EP2888784A1
EP2888784A1 EP13762177.7A EP13762177A EP2888784A1 EP 2888784 A1 EP2888784 A1 EP 2888784A1 EP 13762177 A EP13762177 A EP 13762177A EP 2888784 A1 EP2888784 A1 EP 2888784A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base plate
surface element
inductive
plates
ground
Prior art date
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Granted
Application number
EP13762177.7A
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German (de)
English (en)
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EP2888784B1 (fr
Inventor
Florent JANGAL
Luca PETRILLO
Muriel DARCES
Marc HELIER
Jean-Louis MONTMAGNON
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.)
Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Universite Pierre et Marie Curie Paris 6
Original Assignee
Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Universite Pierre et Marie Curie Paris 6
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Filing date
Publication date
Application filed by Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA, Universite Pierre et Marie Curie Paris 6 filed Critical Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Publication of EP2888784A1 publication Critical patent/EP2888784A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2888784B1 publication Critical patent/EP2888784B1/fr
Active legal-status Critical Current
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/04—Adaptation for subterranean or subaqueous use
    • 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
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/28—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave comprising elements constituting electric discontinuities and spaced in direction of wave propagation, e.g. dielectric elements or conductive elements forming artificial dielectric
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/28—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements

Definitions

  • the present invention relates to an inductive surface element, which is adapted to modify propagation conditions of electromagnetic radiation. It also relates to a surface wave generation assembly and a surface wave detection assembly each comprising such an inductive surface element.
  • a surface wave is a mode of propagation of electromagnetic radiation, which is linked to a separation interface between two different media.
  • the two media may differ from each other by their respective values of dielectric permittivity and / or electrical conductivity.
  • a surface wave has the following characteristics:
  • the wave vector that characterizes the propagation parallel to the interface is connected to the attenuation coefficient in the perpendicular direction and to the electromagnetic impedance of the interface.
  • Such a mode of propagation on the surface is opposed to the mode of propagation in free space, which is sometimes called propagation in sky wave.
  • Surface waves are used in various applications, including radar systems or communication systems for which the transmitted waves implemented are surface waves.
  • the interface that is used is the boundary between the ground and the air environment above the ground.
  • a wave of The surface can then be produced using a conversion element that couples some of the free-space propagation waves, as produced by the source, to surface waves.
  • the following difficulties affect the existing conversion elements: free space propagation waves remain despite the conversion element, which constitutes a loss of efficiency between the power radiated by the source and the power that is actually diffused as surface waves; and
  • the surface waves that are produced by the conversion element have propagation directions dispersed parallel to the ground, so that only a portion of the energy that is transported by these surface waves is transmitted in a desired direction.
  • the conversion element when such a conversion element is used in association with a detector for receiving a surface wave transmission communication, the conversion element also transmits to the detector free space propagation waves, more than the received surface wave. The detection of the signal that is carried by the surface wave is then scrambled and disturbed by the free space propagation waves which are transmitted involuntarily.
  • GB 788,824 discloses an antenna element which is adapted to transmit a wave which is focused perpendicularly to a base plate of this element, according to the free space propagation mode.
  • EP 1 594 186 discloses an antenna which is formed by an open loop above a ground plane, the latter being intended to be buried. Two confined waves are formed between the loop and the ground plane, and the peripheral edge of the ground plane produces surface wave radiation to the outside. However, this system also produces a free space propagation wave.
  • WO 03/007426 discloses an antenna with a low form factor radiating element, which is disposed above a high impedance surface itself located on a metal ground plane. But Horizontal polarized surface waves of the electric field appear in the high impedance surface and then transform into free-space propagation waves.
  • a first object of the present invention is to produce surface waves with a minimum amount of power that is radiated as free-space propagation waves.
  • a second object of the invention is to produce surface waves which are concentrated in azimuth around a desired direction of propagation, parallel to the surface of the ground.
  • a third object of the invention is to provide a surface wave production system, which can use the available radiation sources to produce free-space propagation waves, in particular wired antennas.
  • a fourth object of the invention is to provide a surface wave production system that is compact, inexpensive and easy to implement.
  • a fifth object of the invention is to propose a surface wave production system which is adapted to operate in the frequency range between 0.2 MHz (MHz) and 3000 MHz, and in particular in the band of high frequencies, called HF band, between about 3 MHz and 30 MHz.
  • an inductive surface element for electromagnetic radiation which element comprises: an electrically conductive base plate, which extends in a plane not parallel to the electric field component of the electromagnetic radiation;
  • the secondary plates have the same height within ⁇ 10%, this height being between 0.035 x ⁇ and 0.35 x ⁇ , where ⁇ is a sizing parameter of the surface element inductive.
  • the distance between the base plate and the edges of the secondary plates opposite is between a zero value and half the height of the secondary plates concerned.
  • the secondary plates are arranged parallel to each other in a period such that the product of the height of the secondary plates by the period is between 0.001 x ⁇ 2 and 0.15 x ⁇ 2 to ⁇ 10 % near.
  • the secondary plates each extend over a total length of at least 0.0003 x ⁇ perpendicular to the sensitive direction.
  • Such an inductive surface element is then adapted to modify conditions of propagation, in the half-space, of a projection of the electric field component which is perpendicular to the base plate, when a wavelength of the radiation electromagnetic energy is between ⁇ - 10% and ⁇ + 10%.
  • the wavelength of the electromagnetic radiation that is considered is that which is associated with the propagation in the medium where the inductive surface element is located, and which is equal to the speed of light in that medium divided by the frequency of the radiation.
  • the inductive surface element makes it possible to produce or detect surface waves which are concentrated in azimuth around a direction of propagation parallel to a ground surface, when this element is placed on the ground or semi-buried near the ground surface, the base plate being parallel to an average boundary surface between the ground and the half airspace.
  • the inductive surface element of the invention is therefore an electromagnetic conversion element, which is capable of coupling free space propagation modes with surface waves. This coupling is particularly effective thanks to the geometry and sizing characteristics of the element that are introduced by the invention.
  • the element makes it possible to efficiently transfer a portion of the radiated power of free-space propagation waves which reach the element, to surface waves. It can therefore be used with sources of electromagnetic radiation that are available, including wired sources whose cost is low and the use is easy to produce sky waves. These free-space propagation waves are then transformed, at least partially, into surface waves by the inductive surface element of the invention.
  • the inductive surface element of the invention is effective in the electromagnetic radiation frequency range which is between 0.2 MHz and 3000 MHz, and especially in the HF band between 3 MHz and 30 MHz.
  • the inductive surface element of the invention also makes it possible to effectively couple surface waves that reach this element with free-space propagation waves that can then be detected.
  • the surface waves that are produced by the inductive surface element of the invention have propagation directions that are concentrated in azimuth around the sensitive direction of the element.
  • the secondary plates are not necessarily flat. They can be adapted to modify the azimuth directionality of the element of inductive surface. For example, while remaining perpendicular to the base plate, they may have a circular curvature on both sides of the sensitive direction.
  • the inductive surface element of the invention is simple, inexpensive and easy to implement. In particular, it can be manufactured separately from the source or the electromagnetic radiation detector with which it is intended to be used, which simplifies its method of manufacture.
  • each series of secondary plates may comprise at least six secondary plates
  • a width of at least one of the secondary plates can be between ⁇ / 2 and ⁇ , measured parallel to the base plate and perpendicular to the sensitive direction;
  • the height of the secondary plates can be between ⁇ / 20 and ⁇ / 5, measured perpendicular to the base plate and from it;
  • the inductive surface element may comprise a series of secondary plates, each secondary plate of which consists of a pair of ternary plates.
  • the two ternary plates constituting a secondary plate are separated by a distance which is between ⁇ / 100 and ⁇ / 50, measured along the sensitive direction;
  • At least one of the plates from the base plate and the secondary or ternary plates may comprise a portion of sheet metal or wire mesh, or a combination of at least one portion of sheet metal and at least one portion of mesh metallic.
  • a portion (s) perforated or perforated sheet may be used (s), to reduce the weight of the element and the amount of material consumed; and at least some of the secondary or ternary plates can be electrically connected to the base plate.
  • the invention also provides a surface wave generation assembly, which comprises: - a radiation source, which is adapted to produce at least one electromagnetic radiation having a free space propagation mode; and
  • At least one inductive surface element as described above which is placed on the ground or semi-buried or buried near the ground surface, so that the base plate is parallel to an average boundary surface between the ground and a half airspace.
  • the radiation source is oriented such that an electric field component of the electromagnetic radiation at the location of the inductive surface element is not parallel to the base plate.
  • the radiation source is adapted so that a wavelength of the electromagnetic radiation is between ⁇ -10% and ⁇ + 10%, where ⁇ is the sizing parameter of the inductive surface element.
  • the inductive surface element is buried near the ground surface when the distance between the base plate and the average boundary surface between the ground and the half airspace is less than ⁇ .
  • the radiation source may in particular be adapted to produce the electromagnetic radiation with a radiation frequency which is between 0.2 MHz and 3000 MHz, and more particularly between 3 MHz and 30 MHz.
  • the radiation source may comprise a wired antenna, the transmission efficiency of this type of antenna being particularly high.
  • the strand is preferably oriented such that a straight antenna segment thereof is perpendicular to the base plate.
  • the wired antenna can be advantageously positioned with respect to the inductive surface element in accordance with at least one of the following arrangement characteristics:
  • the rectilinear antenna segment is separated from that of the secondary plates of the inductive surface element which is closest to the rectilinear antenna segment, by a distance which is less than or equal to 0.5 x ⁇ , measured according to the sensitive direction;
  • a point of the rectilinear antenna segment which is closest to the base plate is located at a height which is less than 1.5 times the height of the secondary plates, these heights being measured from the base plate according to a direction perpendicular to the latter and the side of the secondary plates.
  • the radiation source may comprise a loop-type wire antenna, the plane loop is oriented preferably parallel to the base plate.
  • the requirement for the invention to operate is that electromagnetic radiation from the source has an electric field component not parallel to the base plate.
  • the invention also proposes a set of surface wave detection, which comprises:
  • a radiation detector which is adapted to detect at least one electromagnetic radiation
  • the radiation detector is oriented to detect electromagnetic radiation when an electric field component of this radiation is non-parallel to the base plate, and is effective for detecting electromagnetic radiation when a wavelength of this radiation is included between ⁇ - 10% and ⁇ + 10%, where ⁇ is the sizing parameter of the inductive surface element.
  • the characteristic that the inductive surface element is buried near the ground surface further means that the distance between the base plate and the average boundary surface between the ground and the half air space is less than ⁇ .
  • the radiation detector may then be placed within the surface wave detection assembly in a relative position with respect to the inductive surface element which is identical to that of the radiation source within the surface wave production set.
  • FIG. 1a is a perspective view illustrating an implementation of an inductive surface element according to a first embodiment of the invention, in a surface wave production assembly;
  • Figures 1b and 1c are respectively a plan view and a side view of the inductive surface element of Figure 1a;
  • FIGS. 2a to 2c correspond respectively to FIGS. 1a to 1c for a second embodiment of the invention
  • FIGS. 3a to 3c respectively illustrate three possible installations of the inductive surface element according to the invention
  • FIGS. 4a and 4b are diagrams of transmission gain and of modification of the reflection coefficient, respectively, as a function of the frequency of the electromagnetic radiation, for an inductive surface element according to the invention.
  • FIGS. 1a to 1c show an inductive surface element according to the invention which comprises a series of secondary plates, and the element of FIGS. 2a to 2c comprise a series of secondary plates constituted each by a pair of ternary plates.
  • the references that are mentioned in the figures have the following meanings:
  • Nbl, Nbdl number of secondary plates in each series preferably greater than or equal to six
  • HF signal source denoted GEN.
  • GEN HF Hant placement height of the antenna 3 above the plane of the base plate, measured for a lower point of the antenna 3
  • All secondary 2 or ternary plates 2a, 2b may have dimensions that are identical. They are all perpendicular to the central line LS, and therefore all parallel to each other. In addition, they are all centered on the centerline LS, and the period P of the secondary plates is constant.
  • the inductive surface element comprises a series of secondary plates of which each secondary plate consists of a pair of ternary plates, the period T is identical between the ternary plates of two adjacent pairs.
  • the base plate 1 may be rectangular, as may each secondary or ternary plate 2a, 2b.
  • the median line LS is the direction of emission of the surface wave OS which is produced by the inductive surface element from the electromagnetic wave OL, when the antenna 3 is placed itself. at the right of the center line LS.
  • the inductive surface element produces a surface wave beam
  • this beam is centered in azimuth about the center line LS, in a plane that is parallel to the base plate 1.
  • the centerline LS is referred to as the sensitive direction in the general part of the present description.
  • a surface wave generation assembly is formed by combining the inductive surface element of Figures 1a-1c or 2a-2c with a source of electromagnetic radiation.
  • a radiation source comprises the transmitting antenna 3 and the signal source 4, which is connected to supply the antenna 3 as a transmission signal.
  • the antenna 3 may be of the wired antenna type, and in particular a quarter-wave monopole antenna. Such an antenna is known to those skilled in the art. It comprises a rectilinear antenna segment capable of producing electromagnetic radiation that propagates initially in free space, from the antenna segment.
  • the antenna 3 and the source 4 can be adapted so that the electromagnetic radiation has a frequency f in the HF band between 3 MHz and 30 MHz.
  • the wavelength is then between 10 m (meter) and 100 m for the HF band mentioned above in the air.
  • the arrangement of the production set of surface waves satisfies the following conditions:
  • the inductive surface element is placed near the surface of the ground
  • the dimensions of the inductive surface element are appropriately selected with respect to the wavelength of the electromagnetic radiation which is produced by the antenna 3; and - the rectilinear segment of the antenna 3 is positioned and oriented appropriately with respect to the inductive surface element.
  • the inductive surface element can be either placed on the ground (FIG. 3a), or semi-buried (FIG. 3b), or completely buried (FIG. 3c).
  • the base plate 1 is parallel or substantially parallel to an average surface S of boundary between the ground and the upper half airspace.
  • the actual surface of the ground may be irregular, but the average surface S of the soil boundary is flat.
  • the inductive surface element is further oriented with its secondary plates 2 which are vertical, and upwards above the base plate 1.
  • the depth K of the base plate 1 below the average surface S of the soil boundary is preferably less than ⁇ , or even less than ⁇ / 2.
  • the inductive surface element is placed on the ground ( Figure 3a).
  • the inductive surface element used is in accordance with FIGS. 1a-1c with the following precise characteristics: the number Nbl of secondary plates 2 is equal to 21, the spacing P between two secondary plates 2 which are successive, is constant and equal to 0,0697 x ⁇ , the height H of each secondary plate 2 is equal to 0,1651 x ⁇ , the width L of each secondary plate 2 is equal to 0.6678 x ⁇ , the width Lpm of the base plate 1 is equal to the width L of the secondary plates 2 increased by 0.5 x ⁇ , and the length Lopm of the base plate 1 is equal to 1, 931 x ⁇ .
  • Deviations of ⁇ 10% from these dimensions may be adopted, without the operation of the surface wave generation assembly being significantly altered, for the same frequency of the radiation that is produced by the antenna 3.
  • the plates that compose it can be advantageously mesh or perforated sheet, to reduce the weight and the amount of raw material consumed.
  • the thickness of the plates has no significant effect, as long as the plates can be considered as two-dimensional conductive surfaces.
  • Each secondary plate is held fixed relative to the base plate 1, but it does not need to be electrically connected to the base plate 1. Thus each secondary plate can be electrically isolated from the base plate 1.
  • the antenna 3 is preferably oriented so that the rectilinear antenna segment is vertical, and therefore perpendicular to the base plate 1.
  • the distance Dant may be equal to 0.5 ⁇ ⁇ , and the height Hant of the antenna segment above the base plate 1 may be zero.
  • An operating condition of the surface wave production assembly is that the component E z of the electric field E of the electromagnetic wave OL which is produced by the antenna 3, is not zero. In other words, the electric field E of the wave OL is not parallel to the base plate 1.
  • the inductive surface element modifies the propagation conditions of the component E z , by converting a portion of the wave OL into the surface wave OS.
  • the antenna 3 is placed plumb with the center line LS on one side of the inductive surface element, then the OS wave emerges above the inductive surface element, with a direction of propagation which is parallel to the centerline LS.
  • the OS wave has a surface wave structure, with an amplitude of the electric field decreasing exponentially in the Z direction in the air half-space, from the average surface SI of the boundary of the inductive surface element.
  • Figures 4a and 4b correspond to an inductive surface element as described above, which has been sized for a wavelength value of the OL wave equal to about 27.3 cm (centimeter). In other words, the dimensioning parameter ⁇ is equal to 27.3 cm. This wavelength value corresponds to a frequency f of electromagnetic radiation which is equal to 1.1 GHz (gigahertz).
  • the solid line curve characterizes a transmission efficiency between the radiation source and a remote detector, using the inductive surface element in combination with the radiation source.
  • the dashed line characterizes the same transmission efficiency, but in the absence of inductive surface element.
  • the use of the inductive surface element allows a transmission gain of about 20 dB for the 1.1 GHz radiation frequency.
  • FIG. 4b shows the modification of the energy reflection coefficient of the antenna 3, by comparing its operations with (continuous curve) and without the inductive surface element (dashed curve). A decrease in reflection of up to 10 dB is achieved at 1.1 GHz using the inductive surface element.
  • a possible dimensioning for the inductive surface element of FIGS. 2a-2c can be: the number Nbdl of the ternary plates 2a and that of the ternary plates 2b are also equal to 21, the spacing P between two ternary plates 2a which are successive, or between two successive ternary plates 2b, is equal to 0.0953 x ⁇ , the shift D between the ternary plates 2a and 2b is 0.0229 x ⁇ , the height Hdl of each ternary plate 2a or 2b is equal to 0, 1074 x ⁇ , and the width Lpm of the base plate 1 is at least equal to the width Ldl of each ternary plate 2a or 2b, itself equal to 0.6678 x ⁇ .
  • deviations of ⁇ 20% from these precise dimensions can be adopted without changing the source radiation frequency that is used with the inductive surface element.
  • An inductive surface element according to the invention can also be used within a surface wave detection assembly.
  • the inductive surface element is still placed on the ground, semi-buried or buried in the same way, but with its central line LS, or sensitive direction, which is oriented in a direction of reception of surface waves .
  • a radiation detector can then be placed substantially in the same place as the antenna 3 with respect to the inductive surface element. Under these conditions, the inductive surface element partially transforms the received surface wave into a wave structure that converges on the radiation detector. The surface wave that is received can thus be detected with a high sensitivity. It is understood that the invention may be reproduced by modifying some of the features which have been described by way of example.
  • an inductive surface element that is in accordance with the invention can be dimensioned simply for any radiation frequency, using the dimensioning rules that have been given.
  • several inductive surface elements according to the invention may be arranged around the same source of electromagnetic radiation, in order to simultaneously transmit surface waves in several directions.

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Abstract

Un élément de surface inductif permet de modifier des conditions de propagation d'un rayonnement électromagnétique. L'élément de surface inductif comprend une plaque de base (1) et des plaques secondaires (2) qui sont agencées perpendiculairement à la plaque de base. Une onde de surface est produite par l'élément de surface inductif à partir d'une onde électromagnétique qui a un mode de propagation en espace libre, lorsque le champ électrique de l'onde à propagation en espace libre n'est pas parallèle à la plaque de base, et lorsque l'élément de surface inductif est disposé à proximité du sol avec la plaque de base parallèle à la surface du sol.

Description

ELEMENT DE SURFACE INDUCTIF
La présente invention concerne un élément de surface inductif, qui est adapté pour modifier des conditions de propagation d'un rayonnement électromagnétique. Elle concerne aussi un ensemble de production d'ondes de surface et un ensemble de détection d'ondes de surface qui comprennent chacun un tel élément de surface inductif.
Une onde de surface est un mode de propagation du rayonnement électromagnétique, qui est lié à une interface de séparation entre deux milieux différents. Les deux milieux peuvent différer l'un de l'autre par leurs valeurs respectives de permittivité diélectrique et/ou de conductivité électrique. Une onde de surface présente les caractéristiques suivantes :
- sa direction de propagation est parallèle à l'interface entre les deux milieux ; et
- elle présente une atténuation exponentielle selon la direction perpendiculaire à l'interface entre les deux milieux.
En outre, le vecteur d'onde qui caractérise la propagation parallèlement à l'interface est relié au coefficient d'atténuation selon la direction perpendiculaire et à l'impédance électromagnétique de l'interface. Un tel mode de propagation en surface est opposé au mode de propagation en espace libre, qui est parfois appelé propagation en onde de ciel.
Des ondes de surface sont utilisées dans des applications variées, dont des systèmes radar ou des systèmes de communication pour lesquels les ondes transmises mises en œuvre sont des ondes de surface. Pour ces systèmes, l'interface qui est utilisée est la limite entre le sol et le milieu aérien au-dessus du sol. Un avantage de ces systèmes résulte de la réduction de la puissance de rayonnement électromagnétique qui est perdue en direction du ciel, puisque les ondes transmises restent concentrées à proximité du sol.
De nombreuses sources de rayonnement électromagnétique qui sont disponibles produisent des ondes à propagation en espace libre. Une onde de surface peut alors être produite en utilisant un élément de conversion qui couple certaines des ondes à propagation en espace libre, telles que produites par la source, à des ondes de surface. Toutefois, les difficultés suivantes affectent les éléments de conversion existants : - des ondes à propagation en espace libre subsistent malgré l'élément de conversion, ce qui constitue une perte d'efficacité, entre la puissance qui est rayonnée par la source et la puissance qui est réellement diffusée sous forme d'ondes de surface ; et
- les ondes de surface qui sont produites par l'élément de conversion possèdent des directions de propagation dispersées parallèlement au sol, de sorte qu'une partie seulement de l'énergie qui est transportée par ces ondes de surface est transmise dans une direction désirée.
Par ailleurs, lorsqu'un tel élément de conversion est utilisé en association avec un détecteur pour la réception d'une communication par transmission d'ondes de surface, l'élément de conversion transmet aussi au détecteur des ondes à propagation en espace libre, en plus de l'onde de surface reçue. La détection du signal qui est transporté par l'onde de surface est alors brouillée et perturbée par les ondes à propagation en espace libre qui sont transmises involontairement.
Le document GB 788.824 décrit un élément d'antenne qui est adapté pour transmettre une onde qui est focalisée perpendiculairement à une plaque de base de cet élément, selon le mode de propagation en espace libre.
Le document EP 1 594 186 décrit une antenne qui est formée par une boucle ouverte au-dessus d'un plan de masse, ce dernier étant destiné à être enterré. Deux ondes confinées sont formées entre la boucle et le plan de masse, et le bord périphérique du plan de masse produit un rayonnement d'onde de surface vers l'extérieur. Toutefois, ce système produit aussi une onde à propagation en espace libre.
Le document WO 03/007426 décrit une antenne avec un élément rayonnant à faible facteur de forme, qui est disposé au-dessus d'une surface à haute impédance elle-même située sur un plan de masse métallique. Mais des ondes de surface à polarisation horizontale du champ électrique apparaissent dans la surface à haute impédance et se transforment ensuite en ondes à propagation en espace libre.
Enfin, les documents WO 2010/142946 et EP 1 608 037 décrivent des antennes qui ont des structures différentes, et qui augmentent le rendement d'émission d'ondes dont les directions de propagation ont des valeurs d'angles d'élévation au-dessus du niveau du sol qui sont faibles. Mais il ne s'agit pas d'ondes de surface dont la propagation est réellement parallèle au sol et dont la puissance transportée reste concentrée à proximité du sol. Dans ces conditions, un premier but de la présente invention consiste à produire des ondes de surface avec une quantité minimale de puissance qui soit rayonnée sous forme d'ondes à propagation en espace libre.
Un second but de l'invention consiste à produire des ondes de surface qui soient concentrées en azimut autour d'une direction de propagation désirée, parallèlement à la surface du sol.
Un troisième but de l'invention consiste à proposer un système de production d'ondes de surface, qui puisse utiliser les sources de rayonnement disponibles pour produire des ondes à propagation en espace libre, notamment les antennes filaires. Un quatrième but de l'invention consiste à proposer un système de production d'ondes de surface qui soit compact, peu onéreux et facile à mettre en œuvre.
Enfin, un cinquième but de l'invention consiste à proposer un système de production d'ondes de surface qui soit adapté pour fonctionner dans le domaine de fréquence compris entre 0,2 MHz (mégahertz) et 3000 MHz, et notamment dans la bande des hautes fréquences, dite bande HF, comprise environ entre 3 MHz et 30 MHz.
Pour atteindre ces buts et d'autres, la présente invention propose un élément de surface inductif pour un rayonnement électromagnétique, cet élément comprenant : - une plaque de base conductrice électriquement, qui s'étend dans un plan non parallèle à la composante de champ électrique du rayonnement électromagnétique ; et
- une série de plaques secondaires conductrices électriquement qui s'étendent perpendiculairement à la plaque de base, dans un même demi-espace sur un côté de la plaque de base, et de façon symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à la plaque de base selon une direction dite sensible.
Selon une première caractéristique de l'invention, les plaques secondaires ont une même hauteur à ±10% près, cette hauteur étant comprise entre 0,035 x λ et 0,35 x λ, où λ est un paramètre de dimensionnement de l'élément de surface inductif.
Selon une deuxième caractéristique de l'invention, la distance entre la plaque de base et les bords des plaques secondaires en regard est comprise entre une valeur nulle et la moitié de la hauteur des plaques secondaires concernées.
Selon une troisième caractéristique de l'invention, les plaques secondaires sont disposées parallèlement entre elles selon une période telle que le produit de la hauteur des plaques secondaires par la période soit compris entre 0,001 x λ2 et 0,15 x λ2 à ±10% près.
Selon une quatrième caractéristique de l'invention, les plaques secondaires s'étendent chacune sur une longueur totale d'au moins 0,0003 x λ perpendiculairement à la direction sensible.
Un tel élément de surface inductif est alors adapté pour modifier des conditions de propagation, dans le demi-espace, d'une projection de la composante de champ électrique qui est perpendiculaire à la plaque de base, lorsqu'une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique est comprise entre λ - 10% et λ + 10%. La longueur d'onde du rayonnement électromagnétique qui est considérée est celle qui est associée à la propagation dans le milieu où est situé l'élément de surface inductif, et qui est égale à la vitesse de la lumière dans ce milieu divisée par la fréquence du rayonnement. De cette façon, l'élément de surface inductif permet de produire ou détecter des ondes de surface qui sont concentrées en azimut autour d'une direction de propagation parallèle à une surface de sol, lorsque cet élément est posé sur le sol ou semi-enterré à proximité de la surface du sol, la plaque de base étant parallèle à une surface moyenne de limite entre le sol et le demi- espace aérien.
L'élément de surface inductif de l'invention est donc un élément de conversion électromagnétique, qui est apte à coupler des modes de propagation en espace libre avec des ondes de surface. Ce couplage est particulièrement efficace grâce à la géométrie et aux caractéristiques de dimensionnement de l'élément qui sont introduites par l'invention. Autrement dit, l'élément permet de transférer efficacement une partie de la puissance rayonnée d'ondes de propagation en espace libre qui parviennent jusqu'à l'élément, à des ondes de surface. Il peut donc être utilisé avec des sources de rayonnement électromagnétique qui sont disponibles, notamment des sources filaires dont le coût est faible et l'utilisation est aisée pour produire des ondes de ciel. Ces ondes à propagation en espace libre sont ensuite transformées, au moins partiellement, en ondes de surface par l'élément de surface inductif de l'invention. En particulier, l'élément de surface inductif de l'invention est efficace dans le domaine de fréquence de rayonnement électromagnétique qui est compris entre 0,2 MHz et 3000 MHz, et notamment dans la bande HF entre 3 MHz et 30 MHz.
Réciproquement, l'élément de surface inductif de l'invention permet aussi de coupler efficacement des ondes de surface qui parviennent jusqu'à cet élément, avec des ondes à propagation en espace libre qui peuvent ensuite être détectées.
En outre, les ondes de surface qui sont produites par l'élément de surface inductif de l'invention ont des directions de propagation qui sont concentrées en azimut autour de la direction sensible de l'élément. A cet égard, les plaques secondaires ne sont pas nécessairement planes. Elles peuvent être adaptées pour modifier la directivité en azimut de l'élément de surface inductif. Par exemple, tout en restant perpendiculaires à la plaque de base, elles peuvent présenter une courbure circulaire de part et d'autre de la direction sensible.
Enfin, l'élément de surface inductif de l'invention est simple, peu onéreux et facile à mettre en œuvre. Notamment, il peut être fabriqué séparément de la source ou du détecteur de rayonnement électromagnétique avec laquelle (lequel) il est destiné à être utilisé, ce qui simplifie son mode de fabrication.
Dans des modes préférés de réalisation de l'invention, certains des perfectionnements suivants peuvent être utilisés, séparément ou en combinaison de plusieurs d'entre eux :
- chaque série de plaques secondaires peut comprendre au moins six plaques secondaires ;
- une largeur d'une au moins des plaques secondaires peut être comprise entre λ/2 et λ, mesurée parallèlement à la plaque de base et perpendiculairement à la direction sensible ;
- la hauteur des plaques secondaires peut être comprise entre λ/20 et λ/5, mesurée perpendiculairement à la plaque de base et à partir de celle- ci ;
- l'élément de surface inductif peut comprendre une série de plaques secondaires dont chaque plaque secondaire est constituée d'une paire de plaques ternaires. Dans ce cas, les deux plaques ternaires constitutives d'une plaque secondaire sont séparées d'une distance qui est comprise entre λ/100 et λ/50, mesurée selon la direction sensible ;
- l'une au moins des plaques parmi la plaque de base et les plaques secondaires ou ternaire peut comprendre une portion de tôle ou de grillage métallique, ou une combinaison d'au moins une portion de tôle et d'au moins une portion de grillage métallique. Eventuellement, une (des) portion(s) de tôle perforée ou à ouvertures peut (peuvent) être utilisée(s), pour réduire le poids de l'élément et la quantité de matière consommée ; et - certaines au moins des plaques secondaires ou ternaires peuvent être connectées électriquement à la plaque de base.
L'invention propose aussi un ensemble de production d'ondes de surface, qui comprend : - une source de rayonnement, qui est adaptée pour produire au moins un rayonnement électromagnétique ayant un mode de propagation en espace libre ; et
- au moins un élément de surface inductif tel que décrit précédemment, qui est posé sur le sol ou semi-enterré ou enterré à proximité de la surface du sol, de sorte que la plaque de base soit parallèle à une surface moyenne de limite entre le sol et un demi-espace aérien.
La source de rayonnement est orientée de sorte qu'une composante de champ électrique du rayonnement électromagnétique à l'emplacement de l'élément de surface inductif ne soit pas parallèle à la plaque de base. En outre, la source de rayonnement est adaptée de sorte qu'une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique soit comprise entre λ - 10% et λ + 10%, où λ est le paramètre de dimensionnement de l'élément de surface inductif.
Dans le cadre de la présente invention, on considère que l'élément de surface inductif est enterré à proximité de la surface du sol lorsque la distance entre la plaque de base et la surface moyenne de limite entre le sol et le demi- espace aérien est inférieure à λ.
La source de rayonnement peut notamment être adaptée pour produire le rayonnement électromagnétique avec une fréquence de rayonnement qui est comprise entre 0,2 MHz et 3000 MHz, et plus particulièrement entre 3 MHz et 30 MHz.
La source de rayonnement peut comprendre une antenne filaire, le rendement d'émission de ce type d'antenne étant particulièrement élevé. Dans le cas d'une antenne filaire monopole ou dipôle, le brin est préférablement orienté de sorte qu'un segment d'antenne rectiligne de celle-ci soit perpendiculaire à la plaque de base. En outre, l'antenne filaire peut être avantageusement positionnée par rapport à l'élément de surface inductif conformément à l'une au moins des caractéristiques suivantes d'agencement :
- le segment d'antenne rectiligne est séparé de celle des plaques secondaires de l'élément de surface inductif qui est la plus proche de du segment d'antenne rectiligne, d'une distance qui est inférieure ou égale à 0,5 x λ, mesurée selon la direction sensible ; et
- un point du segment d'antenne rectiligne qui est le plus proche de la plaque de base est situé à une hauteur qui est inférieure à 1 ,5 fois la hauteur des plaques secondaires, ces hauteurs étant mesurées à partir de la plaque de base selon une direction perpendiculaire à cette dernière et du côté des plaques secondaires.
La source de rayonnement peut comporter une antenne filaire de type boucle, la boucle plane est orientée de préférence parallèlement à la plaque de base. La condition requise pour que l'invention fonctionne est que rayonnement électromagnétique issu de la source présente une composante de champ électrique non parallèle à la plaque de base.
Enfin, l'invention propose encore un ensemble de détection d'ondes de surface, qui comprend :
- un détecteur de rayonnement, qui est adapté pour détecter au moins un rayonnement électromagnétique ; et
- au moins un élément de surface inductif tel que décrit précédemment, qui est posé sur le sol ou semi-enterré ou enterré à proximité de la surface du sol, de sorte que la plaque de base soit parallèle à une surface moyenne de limite entre le sol et un demi-espace aérien. Le détecteur de rayonnement est orienté pour détecter le rayonnement électromagnétique lorsqu'une composante de champ électrique de ce rayonnement est non parallèle à la plaque de base, et est efficace pour détecter le rayonnement électromagnétique lorsqu'une longueur d'onde de ce rayonnement est comprise entre λ - 10% et λ + 10%, où λ est le paramètre de dimensionnement de l'élément de surface inductif.
La caractéristique selon laquelle l'élément de surface inductif est enterré à proximité de la surface du sol signifie encore que la distance entre la plaque de base et la surface moyenne de limite entre le sol et le demi-espace aérien est inférieure à λ.
Le détecteur de rayonnement peut alors être placé au sein de l'ensemble de détection d'ondes de surface, dans une position relative par rapport à l'élément de surface inductif qui est identique à celle de la source de rayonnement au sein de l'ensemble de production d'onde de surface.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 a est une vue en perspective qui illustre une mise en œuvre d'un élément de surface inductif selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans un ensemble de production d'ondes de surface ;
- les figures 1 b et 1 c sont respectivement une vue en plan et une vue de côté de l'élément de surface inductif de la figure 1 a ;
- les figures 2a à 2c correspondent respectivement aux figures 1 a à 1 c pour un second mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 3a à 3c illustrent respectivement trois installations possibles de l'élément de surface inductif selon l'invention ; et - les figures 4a et 4b sont des diagrammes de gain en transmission et de modification du coefficient de réflexion, respectivement, en fonction de la fréquence du rayonnement électromagnétique, pour un élément de surface inductif selon l'invention.
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments ou des parties d'éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.
Les figures 1 a à 1 c montrent un élément de surface inductif conforme à l'invention qui comporte une série de plaques secondaires, et l'élément des figures 2a à 2c comportent une série de plaques secondaires constituées chacune par une paire de plaques ternaires. Les références qui sont mentionnées dans les figures ont les significations suivantes :
1 plaque de base
2 plaques secondaires 2a, 2b plaques ternaires
LS ligne médiane de la plaque de base, préférablement selon sa dimension longitudinale
Lopm longueur de la plaque de base mesurée parallèlement à la ligne médiane LS Lpm largeur de la plaque de base mesurée perpendiculairement à la ligne médiane LS
L, Ldl largeur de chaque plaque secondaire ou ternaire mesurée perpendiculairement à la ligne médiane LS
H, Hdl hauteur de chaque plaque secondaire ou ternaire mesurée perpendiculairement à la plaque de base
Nbl, Nbdl nombre de plaques secondaires dans chaque série, de préférence supérieur ou égal à six
P espacement entre les plaques secondaires mesuré selon la ligne médiane LS, et constituant une période d'agencement des plaques secondaires
D décalage entre deux plaques ternaires d'un couple constituant une plaque secondaire, mesurée selon la ligne médiane LS
3 antenne d'émission de rayonnement électromagnétique
4 source de signal HF, notée GEN. HF Hant hauteur de placement de l'antenne 3 au dessus du plan de la plaque de base, mesurée pour un point inférieur de l'antenne 3
Dant distance entre l'antenne 3 et la plaque secondaire la plus proche z axe perpendiculaire à la plaque de base
OL onde électromagnétique avec mode de propagation en espace libre, produite par l'antenne 3 en direction de l'élément de surface inductif E champ électrique de l'onde électromagnétique OL, qui est perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde OL
Ez composante du champ électrique de l'onde électromagnétique
OL selon l'axe z
Θ angle d'abaissement ou d'élévation de la direction de propagation de l'onde électromagnétique OL par rapport à un plan parallèle à la plaque de base
OS onde de surface produite par l'élément de surface inductif à partir de l'onde électromagnétique OL
Toutes les plaques secondaires 2 ou ternaires 2a, 2b peuvent avoir des dimensions qui sont identiques. Elles sont toutes perpendiculaires à la ligne médiane LS, et donc toutes parallèles entre elles. De plus, elles sont toutes centrées sur la ligne médiane LS, et la période P des plaques secondaires est constante. Lorsque l'élément de surface inductif comprend une série de plaques secondaires dont chaque plaque secondaire est constituée d'une paire de plaques ternaires, la période T est identique entre les plaques ternaires de deux couples adjacents.
A titre d'illustration, la plaque de base 1 peut être rectangulaire, de même que chaque plaque secondaire 2 ou ternaire 2a, 2b.
Dans ces conditions, la ligne médiane LS est la direction d'émission de l'onde de surface OS qui est produite par l'élément de surface inductif à partir de l'onde électromagnétique OL, lorsque l'antenne 3 est placée elle-même au droit de la ligne médiane LS. Lorsque l'élément de surface inductif produit un faisceau d'ondes de surface, ce faisceau est centré en azimut autour de la ligne médiane LS, dans un plan qui est parallèle à la plaque de base 1 . Pour cette raison, la ligne médiane LS est appelée direction sensible dans la partie générale de la présente description. Un ensemble de production d'ondes de surface est formé en associant l'élément de surface inductif des figures 1 a-1 c ou 2a-2c avec une source de rayonnement électromagnétique. Une telle source de rayonnement comprend l'antenne d'émission 3 et la source de signal 4, qui est connectée pour alimenter l'antenne 3 en signal d'émission. L'antenne 3 peut être du type antenne filaire, et notamment une antenne de type monopole quart d'onde. Une telle antenne est connue de l'Homme du métier. Elle comprend un segment d'antenne rectiligne capable de produire un rayonnement électromagnétique qui se propage initialement en espace libre, à partir du segment d'antenne. L'antenne 3 et la source 4 peuvent être adaptées pour que le rayonnement électromagnétique ait une fréquence f dans la bande HF comprise entre 3 MHz et 30 MHz. La longueur d'onde de l'onde OL qui est produite par l'antenne 3 est alors A=C/f, où C est la vitesse de la lumière dans le milieu, égale à C0/N où N est l'indice de réfraction du milieu et C0 la vitesse de la lumière dans le vide. La longueur d'onde est alors comprise entre 10 m (mètre) et 100 m pour la bande HF mentionnée ci-dessus dans l'air.
Pour produire l'onde de surface OS qui est destinée à se propager à la surface du sol, à partir de l'onde OL avec un bon rendement de transfert de puissance entre les deux ondes, l'agencement de l'ensemble de production d'ondes de surface vérifie les conditions suivantes :
- l'élément de surface inductif est placé à proximité de la surface du sol ;
- des dimensions de l'élément de surface inductif sont sélectionnées de façon appropriée par rapport à la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique qui est produit par l'antenne 3 ; et - le segment rectiligne de l'antenne 3 est placé et orienté de façon appropriée par rapport à l'élément de surface inductif.
L'élément de surface inductif peut être soit posé sur le sol (figure 3a), soit semi-enterré (figure 3b), soit complètement enterré (figure 3c). Dans tous les cas, la plaque de base 1 est parallèle ou sensiblement parallèle à une surface moyenne S de limite entre le sol et le demi-espace aérien supérieur. La surface réelle du sol peut être irrégulière, mais la surface moyenne S de limite du sol est plane. L'élément de surface inductif est en outre orienté avec ses plaques secondaires 2 qui sont verticales, et vers le haut au-dessus de la plaque de base 1 . La profondeur K de la plaque de base 1 en dessous de la surface moyenne S de limite du sol est de préférence inférieure à λ, voire inférieure à λ/2. Lorsque l'élément de surface inductif est semi-enterré, les bords supérieurs de certaines au moins des plaques secondaires 2 débordent au-dessus du sol, dans le demi-espace aérien. Dans l'utilisation de l'invention qui est rapportée dans la suite, l'élément de surface inductif est posé sur le sol (figure 3a).
A titre d'illustration, l'élément de surface inductif utilisé est conforme aux figures 1 a-1 c avec les caractéristiques précises suivantes : le nombre Nbl de plaques secondaires 2 est égal à 21 , l'espacement P entre deux plaques secondaires 2 qui sont successives, est constant et égal à 0,0697 x λ, la hauteur H de chaque plaque secondaire 2 est égale à 0,1651 x λ, la largeur L de chaque plaque secondaire 2 est égale à 0,6678 x λ, la largeur Lpm de la plaque de base 1 est égale à la largeur L des plaques secondaires 2 augmentée de 0,5 x λ, et la longueur Lopm de la plaque de base 1 est égale à 1 ,931 x λ. Des écarts de ±10% par rapport à ces dimensions peuvent être adoptés, sans que le fonctionnement de l'ensemble de production d'ondes de surface soit altéré significativement, pour la même fréquence du rayonnement qui est produit par l'antenne 3. Etant donné les dimensions importantes que peut avoir l'ensemble de surface inductif, certaines au moins des plaques qui le composent peuvent être avantageusement en grillage ou en tôle perforée, pour en réduire le poids et la quantité de matière première consommée. L'épaisseur des plaques n'a pas d'effet significatif, tant que les plaques peuvent être considérées comme des surfaces conductrices bidimensionnelles. Chaque plaque secondaire est maintenue fixe par rapport à la plaque de base 1 , mais il n'est pas nécessaire qu'elle soit reliée électriquement à la plaque de base 1 . Ainsi chaque plaque secondaire peut être isolée électriquement par rapport à la plaque de base 1 . L'antenne 3 est orientée préférablement de sorte que le segment d'antenne rectiligne soit vertical, et donc perpendiculaire à la plaque de base 1 . La distance Dant peut être égale à 0,5 x λ, et la hauteur Hant du segment d'antenne au dessus de la plaque de base 1 peut être nulle. Une condition de fonctionnement de l'ensemble de production d'ondes de surface est que la composante Ez du champ électrique E de l'onde électromagnétique OL qui est produite par l'antenne 3, ne soit pas nulle. Autrement dit, le champ électrique E de l'onde OL n'est pas parallèle à la plaque de base 1 . L'élément de surface inductif modifie alors les conditions de propagation de la composante Ez, en convertissant une partie de l'onde OL en l'onde de surface OS. Lorsque l'antenne 3 est placée à l'aplomb de la ligne médiane LS d'un côté de l'élément de surface inductif, alors l'onde OS émerge au-dessus de l'élément de surface inductif, avec une direction de propagation qui est parallèle à la ligne médiane LS. L'onde OS a une structure d'onde de surface, avec une amplitude du champ électrique qui décroît exponentiellement dans la direction Z dans le demi-espace aérien, à partir de la surface moyenne SI de limite de l'élément de surface inductif.
Les figures 4a et 4b correspondent à un élément de surface inductif tel que décrit ci-dessus, qui a été dimensionné pour une valeur de longueur d'onde de l'onde OL égale à 27,3 cm (centimètre) environ. Autrement dit, le paramètre de dimensionnement λ est égal à 27,3 cm. Cette valeur de longueur d'onde correspond à une fréquence f de rayonnement électromagnétique qui est égale à 1 ,1 GHz (gigahertz). Dans le diagramme de la figure 4a, la courbe en trait continu caractérise une efficacité de transmission entre la source de rayonnement et un détecteur éloigné, en utilisant l'élément de surface inductif en combinaison avec la source de rayonnement. La courbe en trait interrompu caractérise la même efficacité de transmission, mais en l'absence d'élément de surface inductif. L'utilisation de l'élément de surface inductif permet un gain de transmission de 20 dB environ pour la fréquence du rayonnement de 1 ,1 GHz.
Le diagramme de la figure 4b montre la modification du coefficient de réflexion énergétique de l'antenne 3, en comparant ses fonctionnements avec (courbe en trait continu) et sans l'élément de surface inductif (courbe en trait interrompu). Une diminution de la réflexion qui peut atteindre 10 dB est obtenue à 1 ,1 GHz en utilisant l'élément de surface inductif.
Par ailleurs, des mesures de puissance de rayonnement électromagnétique ont été effectuées à proximité de l'extrémité de l'élément de surface inductif d'où émerge l'onde de surface OS, par la méthode de mesure d'échauffement. Ces mesures ont été effectuées pour la fréquence de rayonnement de 1 ,1 GHz, avec l'élément de surface inductif qui est dimensionné pour cette fréquence. Elles révèlent que l'élément de surface inductif produit une concentration importante de l'énergie électromagnétique qui est transmise, à proximité de la surface du sol et autour de la ligne médiane LS. Des mesures précises confirment que la densité d'énergie électromagnétique à la sortie de l'élément de surface inductif, décroît exponentiellement lorsque l'angle d'élévation par rapport au sol augmente. La nature d'onde de surface de l'onde OS est ainsi vérifiée.
Un dimensionnement possible pour l'élément de surface inductif des figures 2a-2c peut être : le nombre Nbdl des plaques ternaires 2a et celui des plaques ternaires 2b sont aussi égaux à 21 , l'espacement P entre deux plaques ternaires 2a qui sont successives, ou entre deux plaques ternaires 2b successives, est égal à 0,0953 x λ, le décalage D entre les plaques ternaires 2a et 2b est de 0,0229 x λ, la hauteur Hdl de chaque plaque ternaire 2a ou 2b est égale à 0,1074 x λ, et la largeur Lpm de la plaque de base 1 est au moins égale à la largeur Ldl de chaque plaque ternaire 2a ou 2b, elle-même égale à 0,6678 x λ. Toutefois, des écarts de ±20% par rapport à ces dimensions précises peuvent être adoptés sans modifier la fréquence du rayonnement de la source qui est utilisée avec l'élément de surface inductif.
L'agencement d'un tel élément de surface inductif à deux séries de plaques ternaires, par rapport à l'antenne 3 au sein de l'ensemble de production d'onde de surface, peut être identique à celui qui a été décrit pour l'élément de surface inductif des figures 1 a-1 c.
Un élément de surface inductif selon l'invention peut aussi être utilisé au sein d'un ensemble de détection d'onde de surface. Pour cela, l'élément de surface inductif est encore posé sur le sol, semi-enterré ou enterré de la même façon, mais avec sa ligne médiane LS, ou direction sensible, qui est orientée selon une direction de réception d'ondes de surface. Un détecteur de rayonnement peut alors être placé sensiblement au même endroit que l'antenne 3 par rapport à l'élément de surface inductif. Dans ces conditions, l'élément de surface inductif transforme partiellement l'onde de surface reçue en une structure d'onde qui converge sur le détecteur de rayonnement. L'onde de surface qui est reçue peut ainsi être détectée avec une sensibilité élevée. II est entendu que l'invention peut être reproduite en modifiant certaines des caractéristiques qui ont été décrites à titre d'exemple. Il est rappelé qu'un élément de surface inductif qui est conforme à l'invention peut être dimensionné simplement pour n'importe quelle fréquence de rayonnement, en utilisant les règles de dimensionnement qui ont été données. Enfin, plusieurs éléments de surface inductifs selon l'invention peuvent être disposés autour d'une même source de rayonnement électromagnétique, afin de transmettre simultanément des ondes de surface dans plusieurs directions.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Elément de surface inductif pour un rayonnement électromagnétique, ledit élément comprenant :
- une plaque de base (1 ) conductrice électriquement s'étendant dans un plan non parallèle à une composante de champ électrique du rayonnement électromagnétique ; et
- une série de plaques secondaires conductrices électriquement (2), les plaques secondaires s'étendant perpendiculairement avec la plaque de base, et dans un même demi-espace sur un côté de ladite plaque de base, de façon symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à ladite plaque de base selon une direction dite sensible, les dites plaques secondaires (2) ayant une même hauteur (H ; Hdl) à ±10% près, ladite hauteur étant comprise entre 0,035 x λ et 0,35 x λ, où λ est un paramètre de dimensionnement de l'élément de surface inductif ; la distance entre la plaque de base et les bords des plaques secondaires en regard est comprise entre une valeur nulle et la moitié de la hauteur des plaques secondaires concernées ; lesdites plaques secondaires (2) étant disposées parallèlement entre elles selon une période telle que le produit de la hauteur des plaques secondaires par la période soit compris entre 0,001 x λ2 et 0,15 x λ2 à ±10% près ; lesdites plaques secondaires (2) s'étendant chacune sur une longueur totale d'au moins 0,0003 x λ perpendiculairement à la direction sensible ; ledit élément de surface inductif étant ainsi adapté pour modifier des conditions de propagation dans ledit demi-espace, d'une projection de la composante de champ électrique perpendiculaire à la plaque de base (1 ) lorsqu'une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique est comprise entre λ - 10% et λ + 10%, de façon à permettre de produire ou détecter des ondes de surface concentrées en azimut autour d'une direction de propagation qui est parallèle à une surface de sol, lorsque ledit élément de surface inductif est posé sur le sol ou semi-enterré à proximité de la surface du sol, de sorte que la plaque de base (1 ) soit parallèle à une surface moyenne de limite entre le sol et le demi- espace aérien.
2. Elément de surface inductif selon la revendication 1 , dans lequel la série de plaques secondaires (2) comprend au moins six plaques secondaires.
3. Elément de surface inductif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une largeur (L ; Ldl) d'une au moins des plaques secondaires (2) est comprise entre λ/2 et λ, mesurée parallèlement à la plaque de base (1 ) et perpendiculairement à la ligne sensible.
4. Elément de surface inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la hauteur (H ; Hdl) des plaques secondaires (2) est comprise entre λ/20 et λ/5, mesurée perpendiculairement à la plaque de base (1 ) et à partir de ladite plaque de base.
5. Elément de surface inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque plaque secondaire est constituée d'une paire de plaques ternaires (2a, 2b).
6. Elément de surface inductif selon la revendication 5, dans lequel les plaques ternaires de chaque paire (2a, 2b) sont séparées d'une distance comprise entre λ/100 et λ/50, mesurée selon la direction sensible.
7. Elément de surface inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'une au moins des plaques parmi la plaque de base (1 ) et les plaques secondaires (2) ou ternaires (2a, 2b) comprend une portion de tôle ou de grillage métallique, ou une combinaison d'au moins une portion de tôle et d'au moins une portion de grillage métallique.
8. Elément de surface inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel certaines au moins des plaques secondaires (2) ou ternaires (2a, 2b) sont connectées électriquement à la plaque de base (1 ).
9. Ensemble de production d'onde de surface, comprenant :
- une source de rayonnement (3), adaptée pour produire au moins un rayonnement électromagnétique ayant un mode de propagation en espace libre ; et - au moins un élément de surface inductif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, posé sur le sol ou semi-enterré ou enterré à proximité de la surface du sol, de sorte que la plaque de base (1 ) soit parallèle à une surface moyenne de limite entre le sol et un demi- espace aérien ; la source de rayonnement (3) étant orientée de sorte qu'une composante de champ électrique du rayonnement à l'emplacement de l'élément de surface inductif ne soit pas parallèle à la plaque de base (1 ) ; et la source de rayonnement (3) étant adaptée de sorte qu'une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique soit comprise entre λ - 10% et λ + 10%, où λ est le paramètre de dimensionnement de l'élément de surface inductif.
10. Ensemble de production d'ondes de surface selon la revendication 9, dans lequel la source de rayonnement (3) est adaptée pour produire le rayonnement électromagnétique avec une fréquence de rayonnement comprise entre 0,2 MHz et 3000 MHz.
1 1 . Ensemble de production d'ondes de surface selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la source de rayonnement (3) comprend une antenne filaire.
12. Ensemble de production d'ondes de surface selon la revendication
1 1 , dans lequel l'antenne filaire comprend un segment d'antenne rectiligne, et ladite antenne filaire est orientée de sorte que le segment d'antenne rectiligne soit perpendiculaire à la plaque de base (1 ).
13. Ensemble de production d'ondes de surface selon la revendication
12, dans lequel l'antenne filaire est positionnée de sorte que le segment d'antenne rectiligne soit séparé d'une des plaques secondaires (2 ; 2a, 2b) de l'élément de surface inductif la plus proche dudit segment d'antenne rectiligne, d'une distance (Dant) inférieure ou égale à 0,5 x λ, mesurée selon la direction sensible.
14. Ensemble de production d'ondes de surface selon la revendication
12 ou 13, dans lequel l'antenne filaire est positionnée de sorte qu'un point du segment d'antenne rectiligne le plus proche de la plaque de base (1 ) soit situé à une hauteur (Hant) inférieure à 1 ,5 fois la hauteur (H ; Hdl) des plaques secondaires (2 ; 2a, 2b), les dites hauteurs étant mesurées à partir de la plaque de base (1 ) selon une direction perpendiculaire à ladite plaque de base et du côté des plaques secondaires.
15. Ensemble de détection d'ondes de surface, comprenant :
- un détecteur de rayonnement, adapté pour détecter au moins un rayonnement électromagnétique ; et
- au moins un élément de surface inductif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, posé sur le sol ou semi-enterré ou enterré à proximité de la surface du sol, de sorte que la plaque de base (1 ) soit parallèle à une surface moyenne de limite entre le sol et un demi- espace aérien ; le détecteur de rayonnement étant orienté pour détecter le rayonnement électromagnétique lorsqu'une composante de champ électrique dudit rayonnement est non parallèle à la plaque de base (1 ), et étant efficace pour détecter le rayonnement électromagnétique lorsqu'une longueur d'onde dudit rayonnement est comprise entre λ - 10% et λ + 10%, où λ est le paramètre de dimensionnement de l'élément de surface inductif.
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