EP4270642A1 - Improved horn antenna - Google Patents

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EP4270642A1
EP4270642A1 EP23170140.0A EP23170140A EP4270642A1 EP 4270642 A1 EP4270642 A1 EP 4270642A1 EP 23170140 A EP23170140 A EP 23170140A EP 4270642 A1 EP4270642 A1 EP 4270642A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
horn
resistive film
horn antenna
ground plane
radome
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23170140.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stéphane Mallegol
Yoann HENAFF
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4270642A1 publication Critical patent/EP4270642A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/001—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems for modifying the directional characteristic of an aerial
    • 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
    • H01Q19/02—Details
    • H01Q19/021—Means for reducing undesirable effects

Definitions

  • the invention relates to that of wide frequency band horn antennas.
  • the dimensions of the horn are reduced, making such a solution compatible with integration constraints on supporting structures.
  • a horn antenna can thus be used alone as a high gain antenna or as an elementary antenna of a high gain array antenna with a directional beam for transmission or reception systems.
  • a horn antenna can also be used as an elementary antenna of a planar array antenna for an application in amplitude direction finding.
  • a horn antenna can finally be used as an elementary antenna of a multi-plane array antenna for an application in phase direction finding/interferometry.
  • a horn antenna comprises a waveguide whose flared end, constituting the horn of the antenna, crosses a ground plane so as to emerge above the latter in order to emit and/or receive main radiation A in the upper half-space above the ground plane.
  • creeping waves B are generated at the upper face of the ground plane and propagate radially away from the horn to the surface of the ground plane.
  • These creeping waves can be amplified C by physical and/or electromagnetic discontinuities, particularly at the edge of the ground plane.
  • the creeping waves can then combine with the main radiation A with the consequence of an alteration of the radiation pattern of the horn antenna evolved in the far field.
  • the radiation pattern shows pronounced oscillations of its main lobe (as shown on the CE1 and CH1 curves of the graphs of the figure 5 ). This is a serious alteration of the radiation pattern, which can lead to detection errors. It should be noted that the deterioration of the radiation pattern is all the more pronounced as the working frequency is high.
  • the creeping waves are also amplified by the presence of a radome, the presence of which is necessary to cover the horn of the antenna and avoid attacks from the external environment. More precisely, depending on its thickness and the real part of the relative permittivity of the material which composes it, the radome accentuates the creeping waves. It can also modify the period of these waves, for a given frequency and/or a given angular domain.
  • Another solution consists of making corrugations on the upper face of the ground plane in order to trap the creeping waves.
  • corrugations have a depth of ⁇ /4 and a step between two successive corrugations less than or equal to ⁇ /2 ( ⁇ being the wavelength associated with the central frequency of the working frequency range of the horn antenna considered ). These corrugations behave like resonators capable of absorbing surface waves.
  • this solution has the advantage of allowing effective trapping of creeping waves at the central frequency, it has numerous disadvantages: the working frequency range is reduced, since the absorption effect is optimized for the central frequency and that the effectiveness of these resonators is reduced as soon as we deviate too much from this central frequency (relative bandwidth between 15% and 20%); strong production constraints, since the thickness of the ground plane must be greater than the depth of the corrugations, the number of corrugations must be sufficient to effectively absorb surface waves, the machining precision of the corrugations must be high to avoid affecting the response of the antenna at high working frequencies, as the thinning of the ground plane raises mechanical resistance problems.
  • FSS surface is a layer made by arranging metallic elements in a periodic pattern.
  • the radome is made of a dielectric material. It has on a lower face (facing towards the horn and the ground plane) a first FSS surface and a second FSS surface on its upper face.
  • this solution has the following disadvantages: a loss of radiation efficiency, since the FSS surfaces to the right of the horn antenna absorb part of the radiated energy; a limited bandwidth, since the metallic elements constituting the FSS surfaces are dimensioned to be effective at the central frequency and the resonant effect on which the operation of an FSS surface is based decreases sharply when we deviate from the central frequency (relative bandwidth around 10%); a complexity of producing such a radome; the need to protect this composite radome by an additional radome covering the second FSS surface exposed to attacks; the need for a minimum distance between the radome and the mouth of the horn for the FSS surfaces to be effective, which increases the thickness of the horn antenna produced.
  • a HIS surface is composed of metallic elements arranged periodically and connected to the ground plane by a metallized via.
  • the present invention therefore aims to propose a solution to all or part of these problems.
  • the invention relates to a horn antenna comprising: a ground plane, delimiting an upper half-space; a horn, constituting one end of a waveguide, the horn crossing the ground plane so that a mouth of the horn is arranged at a predefined height above the ground plane in the upper half-space, characterized in that the horn antenna comprises at least one resistive film arranged around the horn, parallel to an upper face of the ground plane, the film resistive having an electrical resistance making it possible to limit creeping waves.
  • the horn antenna 11 comprises, along a Z axis, called vertical, a ground plane 12 and a horn 13.
  • the ground plane 12 has for example a rectangular parallelepiped exterior shape, with a square base and reduced thickness e.
  • the ground plane is cylindrical in shape.
  • This recess includes a central recess 21 of cylindrical shape, of radius R0 and depth p.
  • This recess has a bottom 22 and a peripheral edge 23.
  • the bottom 22 is the upper face of the ground plane where the creeping waves develop.
  • the ground plane 12 is provided with a central opening 24 through which the horn 13 passes.
  • the horn 13 has for example a constant cross section (that is to say along a plane orthogonal to the Z axis), for example of rectangular shape.
  • the horn section may have other shapes, for example being flared and/or circular.
  • the horn 13 is arranged so that its mouth 31 is placed above the bottom 22 of the recess 21 of the ground plane 12, at a height h above the latter.
  • the horn antenna 11 comprises a radome 14 which closes the recess 21 of the ground plane 12 and covers the mouth 31 of the horn 13.
  • the radome 14 essentially has the shape of a disk of radius R1, less than R0.
  • the horn antenna 11 integrates at least one resistive film 15.
  • the resistive film is arranged in a transverse plane. It is written in a disk of radius R1.
  • the resistive film 15 is thin. It has a thickness k, typically between 10 ⁇ m and 20 ⁇ m. Such a thickness allows integration without increasing the total thickness e of the horn antenna 11.
  • the resistive film 15 has a central opening 54, the cross section of which preferably corresponds to that of the horn 13, so that the resistive film 15 is positioned as close as possible to the horn (along a transverse plane), to maximize its effectiveness with respect to a reduction in creeping waves.
  • the horn antenna 11 advantageously comprises a support layer 16 capable of supporting resistive film 15.
  • layer 16 is arranged in a transverse plane. It is written in a disk of radius R1.
  • the layer 16 has a thickness enabling the resistive film 15 to be positioned slightly back from the mouth 31 of the horn 13 in the vertical direction. It also makes it possible to fill the recess 21 of the ground plane 12.
  • the material of layer 16 is preferably a dielectric or (magneto)dielectric material. It has a low dielectric constant, typically less than or equal to 2. It is a low-loss material. The choice of such a material contributes to the attenuation of creeping waves, in particular by not accentuating the propagation of creeping waves at the level of the underside of the radome.
  • the resistive film 15 is glued to the layer 16.
  • the glue film is referenced by the number 17 on the Figure 3 . It preferably has a thickness of between 50 ⁇ m and 250 ⁇ m. The glue film is actually thicker than the resistive film. She was not represented on the figure 2 .
  • the radome 14 and the assembly consisting of the resistive film 15 and the layer 16 are held in position on the ground plane 12 by a series of screws, one of which, is represented on the Figure 3 and bears the reference 18. Possibly tapped holes are provided in the components of the corner antenna 11 to receive these screws.
  • the radome, the central recess, the resistive film, and the support layer could have the shape of a rectangular parallelepiped.
  • the resistive film can for example be worn directly on the upper face of the ground plane 12.
  • the film is glued to this upper face.
  • the resistive film can for example be worn directly on the lower face 41 of the radome 14.
  • the film is glued to this lower face.
  • resistive films can for example be provided, arranged vertically one above the other. Two successive resistive films are advantageously separated by an intermediate layer similar to the support layer 16, but whose thickness is reduced so that the laminate thus produced does not negatively impact the total thickness of the horn antenna.
  • a layer such as the support layer 16 can be produced by the superposition of several elementary layers.
  • the horn antenna may possibly be non-planar.
  • the or each resistive film (and where appropriate each support layer) are shaped to follow the curvature of the ground plane.
  • the resistive film 115 is full. It forms a continuous circular surface of radius R1 with a central opening 154 adapted to the external contour of the horn.
  • a resistive film is made of a single material having a single resistive value, for example between 100 and 10,000 ⁇ /sq.
  • the resistive film can have other configurations.
  • the resistive film 215 results from the combination of two materials having different resistive values.
  • the first material forms a disc 221 with a central opening 254 and several concentric annular grooves, 222 and 223.
  • the second material fills said grooves.
  • annular grooves polygonal grooves can be provided.
  • the resistive film 315 is made up of the association of several concentric rings, 321 to 329, the external radius of one ring corresponding to the internal radius of the following ring and the material of each ring being chosen to create a radial resistive gradient with a minimum resistive value in the center, and a maximum resistive value at the periphery.
  • this makes it possible to guarantee optimal attenuation of creeping waves near the edge of the structure and, thus, limit the associated edge effects.
  • the resistive film 415 does not form a continuous surface, but a partial surface.
  • the resistive film does not completely cover the transverse plane around the mouth of the horn.
  • the resistive film 415 is for example composed of several full angular sectors, in this case two full angular sectors 431 and 432 along the plane E.
  • the two full angular sectors are therefore not contiguous.
  • the flare of the angular sectors can be adjusted to adjust the properties of the horn antenna. More precisely, such a configuration has the advantage of not degrading the radiation efficiency of the horn antenna (at the radiating mouth) while guaranteeing efficiency in trapping creeping waves over a wide frequency band. The effect of the latter on the undulations of the E-plane radiation diagram is then minimized.
  • the resistive film 515 does not form a continuous surface, but a partial surface.
  • the resistive film does not completely cover the transverse plane around the mouth of the horn.
  • the resistive film 515 is for example composed of several perforated angular sectors, in this case two perforated angular sectors 531 and 532 along the plane E and two perforated angular sectors 533 and 534 along the plane H, the perforated angular sectors being non-contiguous .
  • An openwork angular sector is for example made up of one or more arc(s) of concentric ring(s). The flare of the angular sectors can be adjusted to adjust the properties of the horn antenna, but also the geometry of the ring arcs (spacing, thickness, material used, etc.)
  • the resistive film 615 results from the combination of variants (d) and (e) with two solid angular sectors 631 and 632 along the plane E and two openwork angular sectors 633 and 634 along the the H plane.
  • the addition of resistive ring arcs making the junction between the continuous angular sectors makes it possible to accentuate the trapping of creeping waves and the reduction of the edge effects of the structure, in particular following the plane H.
  • the width of the resistive addition is preferably chosen to be less than or equal to ⁇ /4 (with ⁇ the wavelength chosen, usually, at the central operating frequency.
  • This sixth variant is preferable because it presents the advantages of the fifth variant (e) while retaining the interests of the full solution in plan E (fourth variant (d)). It is this variant which was chosen for the embodiment of the figures 1 And 2 .
  • resistive films can be optimized by electromagnetic simulation.
  • a resistive film can advantageously be produced by using a conventional screen printing process. Alternatively, it can be produced by an equivalent process: aerosol printing, 3D printing, etc.
  • the resistive film is for example made with a carbon-enriched polymer ink, a material suitable for screen printing.
  • the resistive film is a carbon-enriched thermoplastic, for example an ESD thermoplastic (for “ElectroStatic Discharge” in English), a material suitable for production by 3D printing.

Abstract

Cette antenne cornet (11) comporte : un plan de masse (12), délimitant un demi-espace supérieur ; un cornet (13), constituant une extrémité d'un guide d'onde, le cornet traversant le plan de masse de sorte qu'une embouchure (31) du cornet soit disposée à une hauteur prédéfinie au-dessus du plan de masse dans le demi-espace supérieur. Elle se caractérise en ce qu'elle comporte au moins un film résistif (15) disposé autour du cornet (13), parallèlement à une face supérieure du plan de masse (12), le film résistif présentant une résistance électrique permettant de limiter des ondes rampantes.This horn antenna (11) comprises: a ground plane (12), delimiting an upper half-space; a horn (13), constituting one end of a waveguide, the horn crossing the ground plane so that a mouth (31) of the horn is arranged at a predefined height above the ground plane in the upper half space. It is characterized in that it comprises at least one resistive film (15) arranged around the horn (13), parallel to an upper face of the ground plane (12), the resistive film having an electrical resistance making it possible to limit waves creeping.

Description

L'invention a pour domaine celui des antennes cornets à large bande de fréquence.The invention relates to that of wide frequency band horn antennas.

Lorsque la fréquence de travail est au-delà des 18GHz (soit au-delà de la bande Ku), les dimensions du cornet sont réduites, rendant une telle solution compatible des contraintes d'intégration sur des structures porteuses.When the working frequency is beyond 18GHz (i.e. beyond the Ku band), the dimensions of the horn are reduced, making such a solution compatible with integration constraints on supporting structures.

En conséquence, les antennes cornets sont maintenant utilisées dans les applications de renseignement d'origine électromagnétique ou de contre-mesure électronique. Une antenne cornet peut ainsi être utilisée seule en tant qu'antenne à grand gain ou en tant qu'antenne élémentaire d'une antenne réseau à grand gain et à faisceau directif pour des systèmes d'émission ou de réception. Une antenne cornet peut également être utilisée en tant qu'antenne élémentaire d'une antenne réseau planaire pour une application en goniométrie d'amplitude. Une antenne cornet peut enfin être utilisée en tant qu'antenne élémentaire d'une antenne réseau multi-plan pour une application en goniométrie de phase/interférométrie.As a result, horn antennas are now used in signals intelligence or electronic countermeasure applications. A horn antenna can thus be used alone as a high gain antenna or as an elementary antenna of a high gain array antenna with a directional beam for transmission or reception systems. A horn antenna can also be used as an elementary antenna of a planar array antenna for an application in amplitude direction finding. A horn antenna can finally be used as an elementary antenna of a multi-plane array antenna for an application in phase direction finding/interferometry.

Comme représenté sur la figure 1, une antenne cornet comporte un guide d'ondes dont l'extrémité évasée, constituant le cornet de l'antenne, traverse un plan de masse de manière à déboucher au-dessus de ce dernier afin d'émettre et/ou recevoir un rayonnement principal A dans le demi-espace supérieur situé au-dessus du plan de masse.As shown on the figure 1 , a horn antenna comprises a waveguide whose flared end, constituting the horn of the antenna, crosses a ground plane so as to emerge above the latter in order to emit and/or receive main radiation A in the upper half-space above the ground plane.

Cependant, lorsqu'un cornet est positionné à proximité d'un plan de masse (plus généralement d'un plan métallique), des ondes rampantes B sont générées au niveau de la face supérieure du plan de masse et se propagent radialement à l'écart du cornet à la surface du plan de masse.However, when a horn is positioned near a ground plane (more generally a metallic plane), creeping waves B are generated at the upper face of the ground plane and propagate radially away from the horn to the surface of the ground plane.

Ces ondes rampantes peuvent être amplifiées C par des discontinuités physiques et/ou électromagnétiques, notamment au bord du plan de masse. Les ondes rampantes peuvent alors venir se combiner au rayonnement principal A avec pour conséquence une altération du diagramme de rayonnement de l'antenne cornet évolué en champ lointain. En particulier, le diagramme de rayonnement présente des oscillations prononcées de son lobe principal (comme représenté sur les courbes CE1 et CH1 des graphes de la figure 5). Il s'agit là d'une altération grave du diagramme de rayonnement, pouvant conduire à des erreurs de détection. Il est à souligner que la détérioration du diagramme de rayonnement est d'autant plus prononcée que la fréquence de travail est élevée.These creeping waves can be amplified C by physical and/or electromagnetic discontinuities, particularly at the edge of the ground plane. The creeping waves can then combine with the main radiation A with the consequence of an alteration of the radiation pattern of the horn antenna evolved in the far field. In particular, the radiation pattern shows pronounced oscillations of its main lobe (as shown on the CE1 and CH1 curves of the graphs of the figure 5 ). This is a serious alteration of the radiation pattern, which can lead to detection errors. It should be noted that the deterioration of the radiation pattern is all the more pronounced as the working frequency is high.

Les ondes rampantes sont également amplifiées par la présence d'un radome dont la présence est rendue nécessaire pour couvrir le cornet de l'antenne et éviter les agressions de l'environnement extérieur. Plus précisément, suivant son épaisseur et la partie réelle de la permittivité relative du matériau qui le compose, le radôme accentue les ondes rampantes. Il peut également modifier la période de ces ondes, pour une fréquence donnée et/ou un domaine angulaire donné.The creeping waves are also amplified by the presence of a radome, the presence of which is necessary to cover the horn of the antenna and avoid attacks from the external environment. More precisely, depending on its thickness and the real part of the relative permittivity of the material which composes it, the radome accentuates the creeping waves. It can also modify the period of these waves, for a given frequency and/or a given angular domain.

Pour atténuer ces ondes rampantes et leurs effets négatifs, il est connu de déplacer l'embouchure du cornet à l'écart du plan de masse. Cependant, cette solution est insuffisante d'autant que l'on cherche à réaliser des antennes cornets de faible épaisseur. On ne peut donc pas augmenter énormément la hauteur dont le cornet fait saillie au-dessus du plan de masse. De plus, en écartant le plan de masse de l'embouchure du cornet, l'antenne perd en efficacité puisque l'énergie rayonnée par le cornet n'est plus contrainte dans le demi-espace en avant du cornet.To attenuate these creeping waves and their negative effects, it is known to move the mouth of the horn away from the ground plane. However, this solution is insufficient especially as we seek to produce thin horn antennas. We cannot therefore greatly increase the height at which the horn projects above the ground plane. Furthermore, by moving the ground plane away from the mouth of the horn, the antenna loses efficiency since the energy radiated by the horn is no longer constrained in the half-space in front of the horn.

Une autre solution consiste à réaliser des corrugations sur la face supérieure du plan de masse afin de piéger les ondes rampantes.Another solution consists of making corrugations on the upper face of the ground plane in order to trap the creeping waves.

Ces corrugations présentent une profondeur de λ/4 et un pas entre deux corrugations successives inférieur ou égal à λ/2 (λ étant la longueur d'onde associée à la fréquence centrale de la gamme de la fréquence de travail de l'antenne cornet considérée). Ces corrugations se comportent comme des résonateurs propres à absorber des ondes de surface.These corrugations have a depth of λ/4 and a step between two successive corrugations less than or equal to λ/2 (λ being the wavelength associated with the central frequency of the working frequency range of the horn antenna considered ). These corrugations behave like resonators capable of absorbing surface waves.

Si cette solution présente l'avantage de permettre un piégeage efficace des ondes rampantes à la fréquence centrale, elle présente de nombreux inconvénients : la gamme de fréquence de travail est réduite, puisque l'effet d'absorption est optimisé pour la fréquence centrale et que l'efficacité de ces résonateurs est réduite dès que l'on s'écarte trop de cette fréquence centrale (bande passante relative entre 15% et 20%) ; des contraintes de réalisation fortes, puisque l'épaisseur du plan de masse doit être supérieure à la profondeur des corrugations, que le nombre de corrugations doit être suffisant pour absorber efficacement les ondes de surface, que la précision d'usinage des corrugations doit être élevée pour éviter d'affecter la réponse de l'antenne aux fréquences de travail élevées, que l'amincissement du plan de masse soulève des problèmes de résistance mécanique.If this solution has the advantage of allowing effective trapping of creeping waves at the central frequency, it has numerous disadvantages: the working frequency range is reduced, since the absorption effect is optimized for the central frequency and that the effectiveness of these resonators is reduced as soon as we deviate too much from this central frequency (relative bandwidth between 15% and 20%); strong production constraints, since the thickness of the ground plane must be greater than the depth of the corrugations, the number of corrugations must be sufficient to effectively absorb surface waves, the machining precision of the corrugations must be high to avoid affecting the response of the antenna at high working frequencies, as the thinning of the ground plane raises mechanical resistance problems.

Une autre solution de l'état de la technique consiste à intégrer, dans le radome de l'antenne cornet, une surface sélective en fréquence - FSS (« Frequency Sélective Surface » en anglais). Une surface FSS est une couche réalisée par la disposition d'éléments métalliques selon un motif périodique.Another solution from the state of the art consists of integrating, in the radome of the horn antenna, a frequency selective surface - FSS ("Frequency Selective Surface" in English). An FSS surface is a layer made by arranging metallic elements in a periodic pattern.

Par exemple, le radome est composé d'un matériau diélectrique. Il porte sur une face inférieure (tournée vers le cornet et le plan de masse) une première surface FSS et une seconde surface FSS sur sa face supérieure.For example, the radome is made of a dielectric material. It has on a lower face (facing towards the horn and the ground plane) a first FSS surface and a second FSS surface on its upper face.

Cependant, une telle solution n'a pas pour objectif premier de piéger les ondes rampantes, mais plutôt de minimiser la surface équivalente radar - SER.However, such a solution does not have the primary objective of trapping creeping waves, but rather of minimizing the radar equivalent area - SER.

De plus, cette solution présente les inconvénients suivants : une perte d'efficacité de rayonnement, puisque les surfaces FSS au droit de l'antenne cornet absorbent une partie de l'énergie rayonnée ; une bande passante limitée, puisque les éléments métalliques constitutifs des surfaces FSS sont dimensionnées pour être efficaces à la fréquence centrale et que l'effet résonnant sur lequel est fondé le fonctionnement d'une surface FSS diminue fortement lorsque l'on s'écarte de la fréquence centrale (bande passante relative autour de 1 0%) ; une complexité de réalisation d'un tel radome ; la nécessité de protéger ce radome composite par un radome supplémentaire recouvrant la seconde surface FSS exposée aux agressions ; la nécessité d'une distance minimum entre le radome et l'embouchure du cornet pour que les surfaces FSS soient efficaces, ce qui augmente d'autant l'épaisseur de l'antenne cornet réalisée.In addition, this solution has the following disadvantages: a loss of radiation efficiency, since the FSS surfaces to the right of the horn antenna absorb part of the radiated energy; a limited bandwidth, since the metallic elements constituting the FSS surfaces are dimensioned to be effective at the central frequency and the resonant effect on which the operation of an FSS surface is based decreases sharply when we deviate from the central frequency (relative bandwidth around 10%); a complexity of producing such a radome; the need to protect this composite radome by an additional radome covering the second FSS surface exposed to attacks; the need for a minimum distance between the radome and the mouth of the horn for the FSS surfaces to be effective, which increases the thickness of the horn antenna produced.

Enfin, une autre solution de l'art antérieur consiste à réaliser une surface de haute impédance - HIS (« High impédance Surface ») autour de l'embouchure du cornet de l'antenne sur la face supérieure du plan de masse.Finally, another solution of the prior art consists of producing a high impedance surface - HIS (“High impedance Surface”) around the mouth of the antenna horn on the upper face of the ground plane.

Une surface HIS est composée d'éléments métalliques disposés périodiquement et reliés au plan de masse par un via métallisé.A HIS surface is composed of metallic elements arranged periodically and connected to the ground plane by a metallized via.

Une telle solution présente l'avantage d'être compatible des technologies de réalisation classiques des circuits imprimés.Such a solution has the advantage of being compatible with conventional printed circuit production technologies.

Cependant, elle présente l'inconvénient de conduire une fois encore à une bande de fréquences de travail limitée à cause du dimensionnement des éléments métalliques qui contraint le domaine dans lequel cette surface permet effectivement d'absorber les ondes rampantes (bande interdite électromagnétique inférieure à 20%).However, it has the disadvantage of once again leading to a limited working frequency band due to the dimensioning of the metallic elements which constrains the domain in which this surface effectively allows creeping waves to be absorbed (electromagnetic band gap less than 20 %).

Ainsi aucune des solutions connues ne permet de réaliser une antenne cornet compacte (c'est à dire présentant une épaisseur réduite), présentant une gamme de fréquence de travail étendue, tout en limitant les effets des ondes rampantes sur les performances de rayonnement.Thus none of the known solutions makes it possible to produce a compact horn antenna (i.e. having a reduced thickness), presenting an extended working frequency range, while limiting the effects of creeping waves on the radiation performance.

La présente invention a donc pour but de proposer une solution à tout ou partie de ces problèmes.The present invention therefore aims to propose a solution to all or part of these problems.

Pour cela l'invention a pour objet une antenne cornet comportant : un plan de masse, délimitant un demi-espace supérieur ; un cornet, constituant une extrémité d'un guide d'onde, le cornet traversant le plan de masse de sorte qu'une embouchure du cornet soit disposée à une hauteur prédéfinie au-dessus du plan de masse dans le demi-espace supérieur, caractérisée en ce que l'antenne cornet comporte au moins un film résistif disposé autour du corne, parallèlement à une face supérieure du plan de masse, le film résistif présentant une résistance électrique permettant de limiter des ondes rampantes.For this, the invention relates to a horn antenna comprising: a ground plane, delimiting an upper half-space; a horn, constituting one end of a waveguide, the horn crossing the ground plane so that a mouth of the horn is arranged at a predefined height above the ground plane in the upper half-space, characterized in that the horn antenna comprises at least one resistive film arranged around the horn, parallel to an upper face of the ground plane, the film resistive having an electrical resistance making it possible to limit creeping waves.

Suivant des modes particuliers de réalisation, l'antenne cornet comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles:

  • le film résistif est porté par le plan de masse.
  • l'antenne comporte en outre au moins une couche de support propre à porter le film résistif, la couche de support étant disposée autour du cornet, parallèlement à la face supérieure du plan de masse.
  • la couche de support est réalisée dans un matériau capable d'atténuer les ondes rampantes.
  • la couche de support résulte de l'assemblage d'une pluralité de couches élémentaires.
  • l'antenne comporte un premier film résistif porté par une surface supérieure de la couche de support et un second film résistif porté par une surface inférieure de la couche de support.
  • l'antenne cornet comporte un radôme couvrant l'embouchure du cornet.
  • le film résistif est porté par une face inférieure du radôme, orientée vers le plan de masse.
  • le radôme présente un contour extérieur et dans laquelle le film résistif s'étend jusqu'au voisinage du contour extérieur du radome.
  • le plan de masse présente un bord périphérique relevé pour recevoir le radôme, le bord périphérique du plan de masse coïncidant avec le contour extérieur du radôme.
  • le film résistif comporte un ou plusieurs secteurs angulaires pleins.
  • le film résistif comporte un ou plusieurs arcs d'anneau concentriques.
  • le film résistif comporte au moins deux anneaux concentriques présentant des résistances électriques différentes.
  • le film résistif est réalisé en un matériau compatible d'une fabrication par sérigraphie.
  • l'antenne est propre à fonctionner sur une gamme étendue de fréquences de travail au-dessus de la bande X.
According to particular embodiments, the horn antenna comprises one or more of the following characteristics, taken individually or in all technically possible combinations:
  • the resistive film is carried by the ground plane.
  • the antenna further comprises at least one support layer suitable for carrying the resistive film, the support layer being arranged around the horn, parallel to the upper face of the ground plane.
  • the support layer is made of a material capable of attenuating creeping waves.
  • the support layer results from the assembly of a plurality of elementary layers.
  • the antenna comprises a first resistive film carried by an upper surface of the support layer and a second resistive film carried by a lower surface of the support layer.
  • the horn antenna has a radome covering the mouth of the horn.
  • the resistive film is carried by a lower face of the radome, oriented towards the ground plane.
  • the radome has an exterior contour and in which the resistive film extends to the vicinity of the exterior contour of the radome.
  • the ground plane has a raised peripheral edge to receive the radome, the peripheral edge of the ground plane coinciding with the exterior contour of the radome.
  • the resistive film comprises one or more solid angular sectors.
  • the resistive film has one or more concentric ring arcs.
  • the resistive film comprises at least two concentric rings having different electrical resistances.
  • the resistive film is made of a material compatible with manufacturing by screen printing.
  • the antenna is capable of operating over a wide range of working frequencies above the X band.

L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre de différents modes de réalisation de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, la description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels:

  • La figure 1 est une représentation schématique en coupe axiale d'une antenne cornet selon l'état de la technique ;
  • La figure 2 est une représentation en perspective éclatée d'un mode de réalisation préféré d'une antenne cornet selon l'invention ;
  • La figure 3 est une représentation schématique en coupe longitudinale selon un plan axial de l'antenne cornet de la figure 2 ;
  • La figure 4 représente différentes variantes de réalisation du film résistif de l'antenne de la figure 2 ; et,
  • La figure 5 représente les gains d'une antenne cornet de l'état de la technique et d'une antenne cornet selon l'invention dans le plan E et dans le plan H.
The invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description which follows of different embodiments of the invention, given only by way of illustrative and non-limiting examples, the description being made with reference to the appended drawings in which:
  • There figure 1 is a schematic representation in axial section of a horn antenna according to the state of the art;
  • There figure 2 is an exploded perspective representation of a preferred embodiment of a horn antenna according to the invention;
  • There Figure 3 is a schematic representation in longitudinal section along an axial plane of the horn antenna of the figure 2 ;
  • There Figure 4 represents different embodiments of the resistive film of the antenna of the figure 2 ; And,
  • There Figure 5 represents the gains of a horn antenna of the state of the art and of a horn antenna according to the invention in the plane E and in the plane H.

Mode de réalisation préféréPreferred embodiment

En se référant aux figures 2 et 3, un mode de réalisation préféré de l'antenne cornet selon l'invention va être présenté.Referring to the figures 2 And 3 , a preferred embodiment of the horn antenna according to the invention will be presented.

L'antenne cornet 11 comporte, selon un axe Z, dit vertical, un plan de masse 12 et un cornet 13.The horn antenna 11 comprises, along a Z axis, called vertical, a ground plane 12 and a horn 13.

Le plan de masse 12 présente par exemple une forme extérieure parallélépipédique rectangle, de base carrée et d'épaisseur e réduite. En variante, le plan de masse est de forme cylindrique.The ground plane 12 has for example a rectangular parallelepiped exterior shape, with a square base and reduced thickness e. Alternatively, the ground plane is cylindrical in shape.

Il comporte un évidement central 21 de forme cylindrique, de rayon R0 et de profondeur p. Cet évidement présente un fond 22 et un bord périphérique 23. Le fond 22 est la face supérieure du plan de masse où se développent les ondes rampantes.It includes a central recess 21 of cylindrical shape, of radius R0 and depth p. This recess has a bottom 22 and a peripheral edge 23. The bottom 22 is the upper face of the ground plane where the creeping waves develop.

Le plan de masse 12 est muni d'une ouverture centrale 24 par laquelle passe le cornet 13.The ground plane 12 is provided with a central opening 24 through which the horn 13 passes.

Le cornet 13 présente par exemple une section transversale (c'est-à-dire selon un plan orthogonal à l'axe Z) constante, par exemple de forme rectangulaire. En variante, la section du cornet peut avoir d'autres formes, par exemple être évasée et/ou circulaire.The horn 13 has for example a constant cross section (that is to say along a plane orthogonal to the Z axis), for example of rectangular shape. Alternatively, the horn section may have other shapes, for example being flared and/or circular.

Le cornet 13 est disposé de manière à ce que son embouchure 31 soit placée au-dessus du fond 22 de l'évidement 21 du plan de masse 12, à une hauteur h au-dessus de ce dernier.The horn 13 is arranged so that its mouth 31 is placed above the bottom 22 of the recess 21 of the ground plane 12, at a height h above the latter.

L'antenne cornet 11 comporte un radome 14 venant fermer l'évidement 21 du plan de masse 12 et recouvrir l'embouchure 31 du cornet 13.The horn antenna 11 comprises a radome 14 which closes the recess 21 of the ground plane 12 and covers the mouth 31 of the horn 13.

Le radome 14 a essentiellement la forme d'un disque de rayon R1, inférieur à R0.The radome 14 essentially has the shape of a disk of radius R1, less than R0.

Sa face inférieure 41, orientée vers le fond 22 du plan de masse 12, est avantageusement munie d'un logement central 42, conformé de manière à recevoir l'embouchure 31 du cornet 13.Its lower face 41, oriented towards the bottom 22 of the ground plane 12, is advantageously provided with a central housing 42, shaped so as to receive the mouth 31 of the horn 13.

Selon l'invention, l'antenne cornet 11 intègre au moins un film résistif 15.According to the invention, the horn antenna 11 integrates at least one resistive film 15.

Il est disposé de manière à entourer le cornet 13 et être reçu dans l'évidement 21 du plan de masse 12.It is arranged so as to surround the horn 13 and to be received in the recess 21 of the ground plane 12.

Dans le présent mode de réalisation, le film résistif est disposé dans un plan transversal. Il est inscrit dans un disque de rayon R1.In the present embodiment, the resistive film is arranged in a transverse plane. It is written in a disk of radius R1.

Le film résistif 15 est fin. Il présente une d'épaisseur k, typiquement entre 10 µm et 20 µm. Une telle épaisseur permet une intégration sans augmenter l'épaisseur totale e de l'antenne cornet 11.The resistive film 15 is thin. It has a thickness k, typically between 10 µm and 20 µm. Such a thickness allows integration without increasing the total thickness e of the horn antenna 11.

Le film résistif 15 présente une ouverture centrale 54, dont la section transversale correspond de préférence à celle du cornet 13, de sorte que le film résistif 15 soit positionné au plus près du cornet (suivant un plan transversal), pour maximiser son efficacité quant à une réduction des ondes rampantes.The resistive film 15 has a central opening 54, the cross section of which preferably corresponds to that of the horn 13, so that the resistive film 15 is positioned as close as possible to the horn (along a transverse plane), to maximize its effectiveness with respect to a reduction in creeping waves.

Différentes variantes de réalisation du film résistif seront présentées ci-après en relation avec les figures 4.Different variants of producing the resistive film will be presented below in relation to the figures 4 .

Dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, l'antenne cornet 11 comporte avantageusement une couche de support 16 propre à supporter film résistif 15.In the embodiment of figures 2 And 3 , the horn antenna 11 advantageously comprises a support layer 16 capable of supporting resistive film 15.

Dans le présent mode de réalisation, la couche 16 est disposée dans un plan transversal. Elle est inscrite dans un disque de rayon R1.In the present embodiment, layer 16 is arranged in a transverse plane. It is written in a disk of radius R1.

La couche 16 présente une épaisseur permettant de positionner le film résistif 15 légèrement en retrait de l'embouchure 31 du cornet 13 selon la direction verticale. Elle permet également de combler l'évidement 21 du plan de masse 12.The layer 16 has a thickness enabling the resistive film 15 to be positioned slightly back from the mouth 31 of the horn 13 in the vertical direction. It also makes it possible to fill the recess 21 of the ground plane 12.

Le matériau de la couche 16 est de préférence un matériau diélectrique ou (magnéto)diélectrique. Il présente une constante diélectrique faible, typiquement inférieure ou égale à 2. C'est un matériau à faibles pertes. Le choix d'un tel matériau participe à l'atténuation des ondes rampantes, notamment en n'accentuant pas la propagation des ondes rampantes au niveau de la face inférieure du radôme.The material of layer 16 is preferably a dielectric or (magneto)dielectric material. It has a low dielectric constant, typically less than or equal to 2. It is a low-loss material. The choice of such a material contributes to the attenuation of creeping waves, in particular by not accentuating the propagation of creeping waves at the level of the underside of the radome.

Dans le présent mode de réalisation, le film résistif 15 est collé sur la couche 16. La pellicule de colle est référencée par le chiffre 17 sur la figure 3. Elle présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 50 µm et 250 µm. La pellicule de colle est en fait plus épaisse que le film résistif. Elle n'a pas été représentée sur la figure 2.In the present embodiment, the resistive film 15 is glued to the layer 16. The glue film is referenced by the number 17 on the Figure 3 . It preferably has a thickness of between 50 µm and 250 µm. The glue film is actually thicker than the resistive film. She was not represented on the figure 2 .

Le radome 14 et l'ensemble constitué du film résistif 15 et de la couche 16 sont maintenus en position sur le plan de masse 12 par une série de vis, dont l'une d'entre elles, est représentée sur la figure 3 et porte la référence 18. Des trous éventuellement taraudés sont prévus dans les composants de l'antenne corner 11 pour recevoir ces vis.The radome 14 and the assembly consisting of the resistive film 15 and the layer 16 are held in position on the ground plane 12 by a series of screws, one of which, is represented on the Figure 3 and bears the reference 18. Possibly tapped holes are provided in the components of the corner antenna 11 to receive these screws.

Autres modes de réalisationOther embodiments

D'autres modes de réalisation sont envisageables.Other embodiments are possible.

Notamment, le radôme, l'évidement central, le film résistif, et la couche de support pourraient avoir une forme de parallélépipède rectangle.In particular, the radome, the central recess, the resistive film, and the support layer could have the shape of a rectangular parallelepiped.

Le film résistif peut par exemple être porté directement sur la face supérieure du plan de masse 12. Par exemple, le film est collé sur cette face supérieure.The resistive film can for example be worn directly on the upper face of the ground plane 12. For example, the film is glued to this upper face.

Le film résistif peut par exemple être porté directement sur la face inférieure 41 du radome 14. Par exemple, le film est collé sur cette face inférieure.The resistive film can for example be worn directly on the lower face 41 of the radome 14. For example, the film is glued to this lower face.

D'autres manière de fixer le film résistif sur une couche de support, le plan de masse ou le radome sont connus de l'homme du métier et la fixation par collage n'est qu'un exemple particulièrement simple à mettre en oeuvre.Other ways of fixing the resistive film on a support layer, the ground plane or the radome are known to those skilled in the art and fixing by gluing is only one particularly simple example to implement.

Plusieurs films résistifs peuvent par exemple être prévus, disposés verticalement les uns au-dessus des autres. Deux films résistifs successifs sont avantageusement séparés par une couche intermédiaire similaire à la couche de support 16, mais dont l'épaisseur est réduite pour que le stratifié ainsi réalisé n'impacte pas négativement l'épaisseur totale de l'antenne cornet.Several resistive films can for example be provided, arranged vertically one above the other. Two successive resistive films are advantageously separated by an intermediate layer similar to the support layer 16, but whose thickness is reduced so that the laminate thus produced does not negatively impact the total thickness of the horn antenna.

Une couche, telle que la couche de support 16, peut être réalisée par la superposition de plusieurs couches élémentaires.A layer, such as the support layer 16, can be produced by the superposition of several elementary layers.

L'antenne cornet peut éventuellement être non plane. Dans ce cas, le ou chaque film résistif (et le cas échéant chaque couche de support) sont conformés pour suivre la courbure du plan de masse.The horn antenna may possibly be non-planar. In this case, the or each resistive film (and where appropriate each support layer) are shaped to follow the curvature of the ground plane.

Au lieu d'un collage, d'autres manières de fixer le film résistif (sur le plan de masse, la couche de support et/ou le radome) sont envisageables.Instead of bonding, other ways of fixing the resistive film (on the ground plane, the support layer and/or the radome) are possible.

Variantes de réalisation du film résistifVariants of producing the resistive film

La figure 4 illustre différentes variantes de réalisation du film résistif.There figure 4 illustrates different variants of making the resistive film.

Dans une première variante de réalisation (a), le film résistif 115 est plein. Il forme une surface continue circulaire de rayon R1 avec une ouverture centrale 154 adaptée au contour extérieur du cornet. Un film résistif est constitué d'un unique matériau présentant une seule valeur résistive, par exemple entre 100 et 10000 Ω/sq.In a first embodiment variant (a), the resistive film 115 is full. It forms a continuous circular surface of radius R1 with a central opening 154 adapted to the external contour of the horn. A resistive film is made of a single material having a single resistive value, for example between 100 and 10,000 Ω/sq.

Afin de disposer de degrés de liberté supplémentaires pour adapter les performances radiofréquences de l'antenne cornet, le film résistif peut présenter d'autres configurations.In order to have additional degrees of freedom to adapt the radio frequency performance of the horn antenna, the resistive film can have other configurations.

Ainsi, dans une seconde variante (b), le film résistif 215 résulte de l'association de deux matériaux ayant des valeurs résistives différentes. Le premier matériau forme un disque 221 avec un ouverture centrale 254 et plusieurs rainures annulaires concentriques, 222 et 223. Le second matériau vient remplir lesdites rainures. On peut faire varier le rayon d'une rainure, sa profondeur et/ou son épaisseur pour adapter les propriétés de l'antenne. On peut opter pour plus de deux matériaux ayant des valeurs résistives différentes. Au lieu de rainures annulaires, on peut prévoir des rainures polygonales.Thus, in a second variant (b), the resistive film 215 results from the combination of two materials having different resistive values. The first material forms a disc 221 with a central opening 254 and several concentric annular grooves, 222 and 223. The second material fills said grooves. We can vary the radius of a groove, its depth and/or its thickness to adapt the properties of the antenna. We can opt for more than two materials having different resistive values. Instead of annular grooves, polygonal grooves can be provided.

Dans une troisième variante (c), le film résistif 315 est constitué de l'association de plusieurs anneaux concentriques, 321 à 329, le rayon externe d'un anneau correspondant au rayon interne de l'anneau suivant et le matériau de chaque anneau étant choisi pour créer un gradient résistif radial avec une valeur résistive minimale au centre, et une valeur résistive maximale en périphérie. De la sorte, on limite l'impact d'une forte valeur résistive à proximité de l'embouchure rayonnante du cornet, notamment sur les flancs du diagramme de rayonnement en plan E. De plus, cela permet de garantir une atténuation optimale des ondes rampantes au voisinage du bord de la structure et, ainsi, limiter les effets de bord associés.In a third variant (c), the resistive film 315 is made up of the association of several concentric rings, 321 to 329, the external radius of one ring corresponding to the internal radius of the following ring and the material of each ring being chosen to create a radial resistive gradient with a minimum resistive value in the center, and a maximum resistive value at the periphery. In this way, we limit the impact of a high resistive value near the radiating mouth of the horn, in particular on the flanks of the E-plane radiation diagram. In addition, this makes it possible to guarantee optimal attenuation of creeping waves near the edge of the structure and, thus, limit the associated edge effects.

Dans une quatrième variante de réalisation (d), le film résistif 415 ne forme pas une surface continue, mais une surface partielle. Le film résistif ne recouvre pas totalement le plan transversal autour de l'embouchure du cornet. Sur la figure 4, le film résistif 415 est par exemple composé de plusieurs secteurs angulaires pleins, en l'occurrence deux secteurs angulaires pleins 431 et 432 suivant le plan E. Les deux secteurs angulaires pleins sont donc non jointifs. On peut ajuster l'évasement des secteurs angulaires pour régler les propriétés de l'antenne cornet. Plus précisément, une telle configuration a l'avantage de ne pas dégrader l'efficacité de rayonnement de l'antenne cornet (au niveau de l'embouchure rayonnante) tout en garantissant une efficacité de piégeage des ondes rampantes sur une large bande de fréquence. L'effet de ces dernières sur les ondulations de diagramme de rayonnement en plan E est alors minimisé.In a fourth embodiment variant (d), the resistive film 415 does not form a continuous surface, but a partial surface. The resistive film does not completely cover the transverse plane around the mouth of the horn. On the figure 4 , the resistive film 415 is for example composed of several full angular sectors, in this case two full angular sectors 431 and 432 along the plane E. The two full angular sectors are therefore not contiguous. The flare of the angular sectors can be adjusted to adjust the properties of the horn antenna. More precisely, such a configuration has the advantage of not degrading the radiation efficiency of the horn antenna (at the radiating mouth) while guaranteeing efficiency in trapping creeping waves over a wide frequency band. The effect of the latter on the undulations of the E-plane radiation diagram is then minimized.

Dans une cinquième variante de réalisation (e), le film résistif 515 ne forme pas une surface continue, mais une surface partielle. Le film résistif ne recouvre pas totalement le plan transversal autour de l'embouchure du cornet. Sur la figure 4, le film résistif 515 est par exemple composé de plusieurs secteurs angulaires ajourés, en l'occurrence deux secteurs angulaires ajourés 531 et 532 suivant le plan E et deux secteurs angulaires ajourés 533 et 534 suivant le plan H, les secteurs angulaires ajourés étant non jointifs. Un secteur angulaire ajouré est par exemple constitué d'un ou plusieurs arc(s) d'anneau concentrique(s). On peut ajuster l'évasement des secteurs angulaires pour régler les propriétés de l'antenne cornet, mais également la géométrie des arcs d'anneau (espacement, épaisseur, matériau utilisé,...)In a fifth embodiment variant (e), the resistive film 515 does not form a continuous surface, but a partial surface. The resistive film does not completely cover the transverse plane around the mouth of the horn. On the figure 4 , the resistive film 515 is for example composed of several perforated angular sectors, in this case two perforated angular sectors 531 and 532 along the plane E and two perforated angular sectors 533 and 534 along the plane H, the perforated angular sectors being non-contiguous . An openwork angular sector is for example made up of one or more arc(s) of concentric ring(s). The flare of the angular sectors can be adjusted to adjust the properties of the horn antenna, but also the geometry of the ring arcs (spacing, thickness, material used, etc.)

Enfin, dans une sixième variante de réalisation (f), le film résistif 615 résulte de la combinaison des variantes (d) et (e) avec deux secteurs angulaires pleins 631 et 632 suivant le plan E et deux secteurs angulaires ajourés 633 et 634 suivant le plan H. Dans cette variante, l'ajout d'arcs d'anneau résistifs faisant la jonction entre les secteurs angulaires continus permet d'accentuer le piégeage des ondes rampantes et la réduction des effets de bord de la structure, en particulier suivant le plan H. La largeur de l'ajout résistif est préférentiellement choisie pour être inférieure ou égale à λ/4 (avec λ la longueur d'onde choisie, habituellement, à la fréquence centrale d'opération. Cette sixième variante est préférable car elle présente les avantages de la cinquième variante (e) tout en conservant les intérêts de la solution pleine en plan E (quatrième variante (d)). C'est cette variante qui a été choisie pour le mode de réalisation des figures 1 et 2.Finally, in a sixth embodiment variant (f), the resistive film 615 results from the combination of variants (d) and (e) with two solid angular sectors 631 and 632 along the plane E and two openwork angular sectors 633 and 634 along the the H plane. In this variant, the addition of resistive ring arcs making the junction between the continuous angular sectors makes it possible to accentuate the trapping of creeping waves and the reduction of the edge effects of the structure, in particular following the plane H. The width of the resistive addition is preferably chosen to be less than or equal to λ/4 (with λ the wavelength chosen, usually, at the central operating frequency. This sixth variant is preferable because it presents the advantages of the fifth variant (e) while retaining the interests of the full solution in plan E (fourth variant (d)). It is this variant which was chosen for the embodiment of the figures 1 And 2 .

Il est à noter que les films résistifs peuvent être optimisés par simulation électromagnétique.It should be noted that resistive films can be optimized by electromagnetic simulation.

Un film résistif peut avantageusement être réalisé par mise en oeuvre d'un procédé sérigraphique classique. En variante, il peut être réalisé par un procédé équivalent : impression aérosol, impression 3D, ...A resistive film can advantageously be produced by using a conventional screen printing process. Alternatively, it can be produced by an equivalent process: aerosol printing, 3D printing, etc.

Le film résistif est par exemple réalisé avec une encre polymère enrichie carbone, matériau adapté à une réalisation sérigraphiée. Alternativement, le film résistif est un thermoplastique enrichi carbone, par exemple un thermoplastique ESD (pour « ElectroStatic Discharge » en anglais ou « décharge électrostatique » en français), matériau adapté à une réalisation par impression 3D.The resistive film is for example made with a carbon-enriched polymer ink, a material suitable for screen printing. Alternatively, the resistive film is a carbon-enriched thermoplastic, for example an ESD thermoplastic (for “ElectroStatic Discharge” in English), a material suitable for production by 3D printing.

RésultatsResults

La figure 5 met en évidence l'impact positif de l'inclusion d'un film résistif fin plein sur le gain d'une antenne cornet par comparaison avec une antenne cornet de l'état de la technique. Sur le graphe (a) sur la gauche de la figure 5 le gain est évalué dans le plan E et sur le graphe (b) sur la droite de la figure 5 le gain est évalué dans le plan H. Les gains sont ici donnés pour une fréquence de 25 GHz.There Figure 5 highlights the positive impact of the inclusion of a solid thin resistive film on the gain of a horn antenna in comparison with a horn antenna of the state of the art. In graph (a) on the left of the figure 5 the gain is evaluated in plane E and on graph (b) on the right of the figure 5 the gain is evaluated in the H plane. The gains are given here for a frequency of 25 GHz.

De manière générale, avec l'invention, on constate notamment :

  • une stabilisation de la dépendance en fréquence du gain dans l'axe radioélectrique ;
  • à une fréquence donnée, une nette réduction des ondulations de gain dans le lobe principal du diagramme de rayonnement ;
  • une stabilisation de l'ouverture angulaire du lobe principal du diagramme de rayonnement ; et,
  • la maîtrise de la remontée des lobes secondaires du diagramme de rayonnement.
In general, with the invention, we note in particular:
  • stabilization of the frequency dependence of the gain in the radio axis;
  • at a given frequency, a clear reduction in gain ripples in the main lobe of the radiation pattern;
  • stabilization of the angular aperture of the main lobe of the radiation pattern; And,
  • controlling the rise of the secondary lobes of the radiation diagram.

Claims (15)

Antenne cornet (11) comportant : - un plan de masse (12), délimitant un demi-espace supérieur ; et, - un cornet (13), constituant une extrémité d'un guide d'onde, le cornet traversant le plan de masse de sorte qu'une embouchure (31) du cornet soit disposée à une hauteur prédéfinie au-dessus du plan de masse dans le demi-espace supérieur, caractérisée en ce que l'antenne cornet comporte au moins un film résistif (15) disposé autour du cornet (13), parallèlement à une face supérieure du plan de masse (12), le film résistif présentant une résistance électrique permettant de limiter des ondes rampantes.Horn antenna (11) comprising: - a ground plane (12), delimiting an upper half-space; And, - a horn (13), constituting one end of a waveguide, the horn crossing the ground plane so that a mouth (31) of the horn is arranged at a predefined height above the ground plane in the upper half-space, characterized in that the horn antenna comprises at least one resistive film (15) arranged around the horn (13), parallel to an upper face of the ground plane (12), the resistive film having an electrical resistance making it possible to limit waves creeping. Antenne cornet selon la revendication 1, dans laquelle le film résistif est porté par le plan de masse.Horn antenna according to claim 1, in which the resistive film is carried by the ground plane. Antenne cornet (11) selon la revendication 1, comportant en outre au moins une couche de support (16) propre à porter le film résistif (15), la couche de support étant disposée autour du cornet (13), parallèlement à la face supérieure du plan de masse (12).Horn antenna (11) according to claim 1, further comprising at least one support layer (16) capable of supporting the resistive film (15), the support layer being arranged around the horn (13), parallel to the upper face of the ground plane (12). Antenne cornet (11) selon la revendication 3, dans laquelle la couche de support (16) est réalisée dans un matériau capable d'atténuer les ondes rampantes.Horn antenna (11) according to claim 3, in which the support layer (16) is made of a material capable of attenuating creeping waves. Antenne cornet selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans laquelle la couche de support (16) résulte de l'assemblage d'une pluralité de couches élémentaires.Horn antenna according to claim 3 or claim 4, in which the support layer (16) results from the assembly of a plurality of elementary layers. Antenne cornet selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comportant un premier film résistif porté par une surface supérieure de la couche de support et un second film résistif porté par une surface inférieure de la couche de support.Horn antenna according to any one of claims 3 to 5, comprising a first resistive film carried by an upper surface of the support layer and a second resistive film carried by a lower surface of the support layer. Antenne cornet selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, comportant un radôme (14) couvrant l'embouchure du cornet (13).Horn antenna according to any one of claims 3 to 6, comprising a radome (14) covering the mouth of the horn (13). Antenne cornet selon la revendication 7, dans laquelle le film résistif est porté par une face inférieure du radôme, orientée vers le plan de masse.Horn antenna according to claim 7, in which the resistive film is carried by a lower face of the radome, oriented towards the ground plane. Antenne cornet (11) selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans laquelle le radôme (14) présente un contour extérieur et dans laquelle le film résistif (15) s'étend jusqu'au voisinage du contour extérieur du radome.Horn antenna (11) according to claim 7 or claim 8, in which the radome (14) has an external contour and in which the resistive film (15) extends to the vicinity of the external contour of the radome. Antenne cornet (11) selon la revendication 9, dans laquelle le plan de masse (12) présente un bord périphérique relevé pour recevoir le radôme (14), le bord périphérique du plan de masse coïncidant avec le contour extérieur du radôme.Horn antenna (11) according to claim 9, in which the ground plane (12) has a raised peripheral edge to receive the radome (14), the peripheral edge of the ground plane coinciding with the outer contour of the radome. Antenne cornet selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le film résistif (15) comporte un ou plusieurs secteurs angulaires pleins (631, 632).Horn antenna according to any one of claims 1 to 10, in which the resistive film (15) comprises one or more solid angular sectors (631, 632). Antenne cornet selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le film résistif comporte un ou plusieurs arcs d'anneau concentriques (633, 634).A horn antenna according to any one of claims 1 to 11, wherein the resistive film comprises one or more concentric ring arcs (633, 634). Antenne cornet selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle le film résistif (315) comporte au moins deux anneaux concentriques présentant des résistances électriques différentes (321, 322).Horn antenna according to any one of claims 1 to 12, in which the resistive film (315) comprises at least two concentric rings having different electrical resistances (321, 322). Antenne cornet (11) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle le film résistif (15) est réalisé en un matériau compatible d'une fabrication par sérigraphie.Horn antenna (11) according to any one of claims 1 to 13, in which the resistive film (15) is made of a material compatible with manufacture by screen printing. Antenne cornet selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, propre à fonctionner sur une gamme étendue de fréquences de travail au-dessus de la bande X.Horn antenna according to any one of claims 1 to 14, capable of operating over a wide range of working frequencies above the X band.
EP23170140.0A 2022-04-27 2023-04-26 Improved horn antenna Pending EP4270642A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102810743A (en) * 2011-06-29 2012-12-05 深圳光启高等理工研究院 Device for attenuating creeping wave on antenna surface
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