FR2466879A1

FR2466879A1 - BIFILAR FLAT ANTENNA WITH TRANSVERSAL RADIATION AND ITS APPLICATION TO RADAR AIRS

Info

Publication number: FR2466879A1
Application number: FR7924897A
Authority: FR
Inventors: Jean Rannou
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1979-10-05
Publication date: 1981-04-10
Also published as: FR2466879B1; EP0027067B1; DE3068607D1; EP0027067A1

Abstract

Une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal est décrite présentant l'avantage d'une large bande de fréquence. Pour obtenir un centre de phase dont la position varie avec la fréquence d'utilisation de l'antenne, celle-ci comporte deux lignes conductrices symétriques présentant chacune N repliements s'inscrivant dans un angle de valeur déterminée dont le sommet coïncide avec le point d'alimentation des lignes, avec une des lignes présentant une modification de sa longueur électrique par rapport à l'autre, au niveau des repliements. Application à tous les équipements de transmission électromagnétique. (CF DESSIN DANS BOPI)A transversely radiating two-wire planar antenna is described having the advantage of a wide frequency band. To obtain a phase center whose position varies with the frequency of use of the antenna, the latter comprises two symmetrical conducting lines each having N folds falling within an angle of determined value, the apex of which coincides with the point d power supply of the lines, with one of the lines exhibiting a modification of its electrical length with respect to the other, at the level of the folds. Application to all electromagnetic transmission equipment. (CF DRAWING IN BOPI)

Description

L'invention concerne une antenne plane bifilaire à rayonnement transversalThe invention relates to a bifilar plane antenna with transverse radiation

etand

son application aux aériens des radars. its application to aerial radar.

Dans certains équipements de détection ou de transmission par ondes électro- In certain equipment for the detection or transmission by

magnétiques, il est nécessaire de disposer d'une antenne répondant aux conditions suivantes: - avoir une large bande passante en fréquence, permettre un déplacement du centre de phase en fonction de la fréquence selon une loi linéaire de manière à pouvoir effectuer des mesures d'écartométrie par l'association d'au moins deux antennes similaires, magnetic, it is necessary to have an antenna meeting the following conditions: - to have a wide bandwidth in frequency, to allow a displacement of the phase center as a function of the frequency according to a linear law so as to be able to carry out measurements of deviation by association of at least two similar antennas,

- posséder un encombrement réduit. - Have a small footprint.

Des antennes répondant au moins partiellement à ces conditions sont connues dans l'art antérieur, qui propose soit des antennes du type spirale équiangulaire Antennas at least partially meeting these conditions are known in the prior art, which proposes either antennas of the equiangular spiral type

bobinée sur un cône, soit du type log-périodique. wound on a cone, or of the log-periodic type.

Cependant, ces deux types d'antennes, bien que présentant certaines des conditions demandées, ne possèdent pas un rayonnement axial permettant de réaliser However, these two types of antennas, although having some of the conditions required, do not have an axial radiation to achieve

une antenne pouvant se loger dans des volumes de faible épaisseur. an antenna can be housed in thin volumes.

Pour répondre à cette condition d'encombrement réduit, l'art antérieur a proposé des antennes planes à double spirale embortées; mais ce type d'antenne bien qu'à large bande en fréquence, possède un centre de phase fixe par rapport à la To meet this reduced congestion requirement, the prior art has proposed flat antennas with double spiral embaled; but this type of antenna although broadband in frequency, has a phase center fixed with respect to the

longueur d'onde utilisée.wavelength used.

La présente invention vise à définir une antenne plane bifilaire présentant toutes les conditions évoquées précédemment et dont le rayonnement se fait dans The present invention aims to define a bifilar plane antenna having all the conditions mentioned above and whose radiation is in

une direction transversale.a transverse direction.

Selon une caractéristique principale, l'antenne plane bifilaire à rayonnement transversal selon l'invention, comporte deux lignes conductrices disposées sur deux plans parallèles symétriquement par rapport au plan médian et présentant chacune N repliements dont l'enveloppe est définie par deux droites formant un angle de valeur 0< constante prédéterminée, ces deux lignes conductrices ne différant que par une variation LAl, de la longueur électrique d'une même ligne conductrice au niveau des repliements, de sorte que deux éléments de lignes conductrices appartenant aux deux plans et délimités par deux repliements successifs soient According to one main characteristic, the two-wire planar antenna with transverse radiation according to the invention comprises two conductive lines arranged in two planes parallel symmetrically with respect to the median plane and each having N folds whose envelope is defined by two straight lines forming an angle of value 0 <predetermined constant, these two conductive lines differing only in a variation LAl, the electrical length of the same conductive line at the folds, so that two elements of conductive lines belonging to the two planes and delimited by two successive folds be

parcourus par un courant en phase pour la longueur d'onde utilisée. traveled by a current in phase for the wavelength used.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la Other advantages and features of the invention will emerge from the

description qui suit de deux exemples non limitatif de réalisation donnée à l'aide des following description of two nonlimiting examples of realization given using the

figures qui représentent: - la figure 1, un premier exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention; FIGS which represent: FIG. 1, a first embodiment of an antenna according to the invention;

- la figure 2, l'antenne de la figure 1 vue de face permettant ainsi une meil- - Figure 2, the antenna of Figure 1 front view thus allowing a better

leure représentation des différents éléments; - la figure 3, un second exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention vuede face; - la figure 4, une variante de réalisation de l'antenne des figures 1 et 2; les figures 5 et 6, les emplacements d'un élément réflecteur adjoint à l'antenne selon l'invention; - les figures 7 et 8, deux exemples non limitatifs de groupement d'antennes their representation of the different elements; - Figure 3, a second embodiment of an antenna according to the invention vuede face; - Figure 4, an alternative embodiment of the antenna of Figures 1 and 2; FIGS. 5 and 6, the locations of a reflector element associated with the antenna according to the invention; FIGS. 7 and 8, two nonlimiting examples of antenna grouping

selon l'invention.according to the invention.

Une ligne bifilaire dont les conducteurs sont suffisamment rapprochés l'un de l'autre a un rayonnement très faible car les conducteurs étant parcourus par un A two-wire line whose conductors are sufficiently close to each other has a very low radiation because the conductors being traversed by a

courant en opposition de phase, leurs rayonnements respectifs s'annulent. current in opposition of phase, their respective radiations cancel each other out.

Si, par un moyen quelconque, l'un des conducteurs voit sa longueur électrique augmentée par rapport à l'autre, il se crée les conditions d'un rayonnement qui sera If, by any means, one of the drivers sees his electric length increased relative to the other, he creates the conditions of a radiation which will be

maximal à l'endroit o les conducteurs seront parcourus par des courants en phase. where the conductors will be traversed by in-phase currents.

Cette méthode est utilisée pour créer le rayonnement de l'antenne objet de l'invention. Les figures 1 et 2 montrent un premier exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention vu en perspective cavalière et de face. Elle comporte une plaque de diélectrique 10 limitée par deux plans P1 et P 2, dont l'épaisseur est faible, et sur laquelle sont fixées de part et d'autre, et respectivement, deux lignes métalliques conductrices 1 et 2, par exemple par gravure selon la technique connue des circuits imprimés; ces lignes présentent N repliements qui sont disposés de façon à être This method is used to create the radiation of the antenna object of the invention. Figures 1 and 2 show a first embodiment of an antenna according to the invention seen in perspective and front view. It comprises a dielectric plate 10 bounded by two planes P1 and P 2, whose thickness is small, and on which are fixed on either side, and respectively, two conductive metal lines 1 and 2, for example by etching according to the known technique of printed circuits; these lines have N folds that are arranged so as to be

inscrits dans un angle d'ouverture oC. inscribed in an opening angle oC.

A titre d'exemple non limitatif, la figure 2 montre une géométrie possible des repliements qui ici sont tels qu'ils ne comportent que des angles droits et délimitent de la sorte des éléments de lignes conductrices rectilignes, parallèles et équidistant les uns des autres. Dans cet exemple, l'une des lignes conductrices 2, est rallongée By way of non-limiting example, FIG. 2 shows a possible geometry of the folds which here are such that they comprise only right angles and thus delimit elements of rectilinear, parallel and equidistant conductor lines. In this example, one of the conductive lines 2 is lengthened

d'une longueur e úpar rapport à l'autre ligne conductrice 1 à chaque repliement. a length e úpar to the other conductive line 1 at each fold.

Dans ces conditions, si l'on alimente les deux lignes en opposition de phase au point 0, sommet de l'angle dans lequel les repliements sont inscrits, on obtient à partir de ce point 0 une variation de la phase relative des deux lignes conductrices 1, 2 directement fonction de la distance au point 0 de l'élément de ligne conductrice Under these conditions, if the two lines in phase opposition are fed to point 0, the vertex of the angle in which the folds are inscribed, from this point 0 a variation of the relative phase of the two conductive lines is obtained. 1, 2 directly depending on the distance at point 0 of the conductive line element

considéré.considered.

Lorsque ce déphasage atteint 1800, les deux conducteurs sont parcourus par When this phase shift reaches 1800, the two drivers are traversed by

des courants électriques en phase, donc en condition de rayonnement maximal. electrical currents in phase, therefore in maximum radiation condition.

Afin que la direction de rayonnement maximal soit perpendiculaire au plan de l'antenne, c'est-à-dire que le rayonnement soit transversal, il.faut que deux éléments voisins de lignes conductrices, par exemple sur les figures l et 2, comporant les points A et B, soient en phase. Ceci suppose que les deux conditions suivantes sont remplies simultanément pour une longueur d'onde 7\ donnée: - différence de marche de 7\/2 entre les lignes conductrices I et 2 au point médian entre A et B, - longueur moyenne des éléments de lignes conductrices contenant les points A et B So that the direction of maximum radiation is perpendicular to the plane of the antenna, that is to say that the radiation is transverse, it is only two adjacent elements of conductive lines, for example in Figures 1 and 2, comprising points A and B are in phase. This assumes that the following two conditions are fulfilled simultaneously for a given wavelength λ: - 7 \ / 2 step difference between conductive lines I and 2 at the midpoint between A and B, - average length of the elements of conductive lines containing points A and B

égale à ?\/2.equal to? \ / 2.

La conséquence de ces deux conditions est que, le centre de phase de l'antenne ainsi constituée s'écarte du point d'alimentation 0 de façon proportionnelle à la longueur d'onde. De plus, dans l'exemple décrit sur les figures 1 et 2 les éléments de lignes sont équidistants; de ce fait les accroissements A ", à chaque repliement, de The consequence of these two conditions is that the phase center of the antenna thus formed deviates from the supply point 0 in proportion to the wavelength. In addition, in the example described in FIGS. 1 and 2, the line elements are equidistant; therefore the increments A ", at each folding, of

la longueur de la seconde ligne conductrice 2 sont égaux. the length of the second conductive line 2 are equal.

La valeur de cc n'est pas critique car elle ne détermine, en combinaison avec la distance d entre deux éléments consécutifs d'une même ligne conductrice, que l'intervalle A ?v de longueur d'onde entre les rayonnements maximaux. Ainsi, si Ion désire que l'antenne présente un accord quasi continu il faut que >C et d soient aussi faibles que possible, ce qui bien sur augmente la taille de l'antenne et sa difficulté de réalisation. La valeur donnée à d est de toute façon limitée The value of cc is not critical because it determines, in combination with the distance d between two consecutive elements of a same conductive line, that the interval A w of wavelength between the maximum rays. Thus, if it is desired that the antenna has a quasi-continuous chord it is necessary that> C and d be as low as possible, which of course increases the size of the antenna and its difficulty of realization. The value given to d is in any case limited

inférieurement par les phénomènes de couplage entre les éléments de lignes voisins. inferiorly by the coupling phenomena between the elements of neighboring lines.

La fieure 3 montre un second exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention pour laquelle la distance entre deux éléments successifs d'une même ligne conductrice varie proportionnellement à la distance de ces éléments de lignes au point 0 d'alimentation. Cette variante dans la géométrie des repliements, implique que les variations AP? à chaque repliement sont proportionnels à la distance par Fier 3 shows a second embodiment of an antenna according to the invention for which the distance between two successive elements of the same conductive line varies proportionally to the distance of these line elements to the supply point 0. This variant in the geometry of the folds, implies that the variations AP? at each folding are proportional to the distance by

rapport au point 0 d'alimentation de l'antenne. report at point 0 of the antenna feed.

Ces deux exemples de géométrie par les repliements ne sont pas limitatifs. En particulier, il est concevable que les éléments de lignes délimités par les repliements successifs ne soient pas rectilignes, ni mêmes parallèles les uns par rapport aux autres; de plus la distance entre deux éléments de ligne successifs peut varier selon une loi quelconque prédéterminé, autre qu'une loi linéaire. Quelle que soit la géométrie des repliements choisie, ceux-ci doivent cependant conserver comme enveloppe un angle d'ouverture oC constante. Une valeur préférentielle de cet angle oC est de 90 car elle permet l'association dé quatre antennes identiques sur These two examples of geometry by folds are not limiting. In particular, it is conceivable that the line elements delimited by the successive folds are not rectilinear or even parallel to each other; moreover the distance between two successive line elements may vary according to any predetermined law, other than a linear law. Whatever the geometry of the folds chosen, they must however keep as envelope a constant opening angle oC. A preferential value of this angle oC is 90 because it allows the association of four identical antennas on

une plaque diélectrique carrée.a square dielectric plate.

Une antenne élémentaire telle qu'ainsi décrite, peut être utilisée pour l'émis- An elementary antenna as thus described may be used for the broadcast

sion et/ou la réception à très largebande en fréquence d'une onde polarisée rectiligne par exemple dans un dispositif de détection électromagnétique. L' association d'au moins deux de ces antennes peut être utilisée comme aérien d'écartométrie; on mesure alors la différence de phase entre les signaux reçus par deux antennes voisines, celles-ci pouvant être alimentées soit en phase, soit en and / or the very broadband reception of a rectilinear polarized wave, for example in an electromagnetic detection device. The association of at least two of these antennas may be used as aerial deviometry; the phase difference between the signals received by two neighboring antennas is then measured, which can be fed either in phase or in

opposition de phase comme cela est montré sur les figures 7 et 8. phase opposition as shown in Figures 7 and 8.

Des groupements de plusieurs antennes de ce type peuvent se faire de nom- Groups of several antennas of this type can be made

breuses façons différentes. Pour un couple de deux antennes on peut, par exemple, les disposer sur un même plan et symétriquement par rapport à un point ou par rapport à une droite de ce même plan comme cela est montré sur les exemples many different ways. For a pair of two antennas one can, for example, arrange them on the same plane and symmetrically with respect to a point or with respect to a straight line of the same plane as is shown in the examples

correspondants aux figures-7 et 8.corresponding to Figures 7 and 8.

De façon à obtenir le rayonnement transversal dans un seul sens, un plan Il réfléchissant les ondes électromagnétiques, comme par exemple une plaque métallique, peut être disposée soit parallèlement à cette antenne à une distance voisine de A M /4 o A M est la longueur d'onde moyenne de l'antenne, soit passant par le point 0 et faisant un angle 16 de façon que Itélément de ligne conductrice In order to obtain the transverse radiation in a single direction, a plane Il reflecting the electromagnetic waves, such as a metal plate, may be arranged parallel to this antenna at a distance of AM / 4 where AM is the length of the antenna. the average wave of the antenna, passing through point 0 and making an angle 16 so that the conductive line element

quelconque soit situé à une distance A/4 du plan réfléchissant, mesurée paral- at any distance A / 4 from the reflecting plane, measured

lèlement à la direction de rayonnement, ou ?\ est la longueur d'onde correspondant à la résonnance de cet élément de ligne. Ces deux- variantes de réalisation sont same as the direction of radiation, where? \ is the wavelength corresponding to the resonance of this line element. These two embodiments are

illustrées par les figures 5 et 6.illustrated in Figures 5 and 6.

Il est possible, comme cela est montré à la figure 4, dans une variante de. It is possible, as shown in Figure 4, in a variant of.

réalisation, de supprimer la variation A 'de la ligne conductrice 2. Les deux lignes conductrices 1 et 2 étant alors parfaitement symétriques par rapport au plan médian embodiment, to eliminate the variation A 'of the conductive line 2. The two conductive lines 1 and 2 then being perfectly symmetrical with respect to the median plane

des plans P1 et P2, on fixe sur l'une des deux lignes 2 une plaque diélectrique 12- planes P1 and P2, a dielectric plate 12 is fixed on one of the two lines 2

d'indice et d'épaisseur convenables et la recouvrant totalement ou partiellement de manière à obtenir un effet similaire à l'allongement géométrique d'une des deux -30 lignes conductrices. Dans le cas de l'exemple choisi à la figure 3, la- plaque diélectrique recouvre alors entièrement une face de l'antenne de façon à créer un allongement électrique t ú variant proportionnellement à la longueur de la ligne conductrice. Dans le cas de l'exemple donné à la figure 2 et illustré par la figure 4, o l'accroissement A t est proportionnel à la distance du point 0, la plaque diélectrique n'occupe que deux secteurs angulaires délimités par des of suitable index and thickness and covering it totally or partially so as to obtain an effect similar to the geometric elongation of one of the two -30 conductive lines. In the case of the example chosen in FIG. 3, the dielectric plate then completely covers one face of the antenna so as to create an electric elongation t ú varying in proportion to the length of the conductive line. In the case of the example given in FIG. 2 and illustrated in FIG. 4, where the increase A t is proportional to the distance of the point 0, the dielectric plate occupies only two angular sectors delimited by

angles 0< Il < OC de sommet 0 et adjacents aux côtés de l'angle OC. angles 0 <Il <OC of vertex 0 and adjacent to the sides of the angle OC.

On a ainsi décrit une antenne plane bifilaire à rayonnement transversal, et son We have thus described a plane antenna bifilaire transverse radiation, and its

application aux aériens radars.application to aerial radar.

i.,i.,

Claims

1. Bifilar plane antenna with transverse radiation, characterized in that it comprises two conductive lines (1, 2) arranged on two parallel planes (P1 and P2) symmetrically with respect to the median plane of these two planes, and each having N folds whose envelope is defined by two straight lines making an angle α of predetermined constant value, these two conductive lines (1, 2) differing only by a variation AP, of the electrical length of the same conductive line (2) at folds so that two adjacent line elements belonging to the two planes and delimited by two successive folds

have an in-phase current for the wavelength used.

2. An antenna plane two-wire according to claim 1, characterized in that the

A P is achieved by increasing the length of one of the two lines

conductive at each fold.

3. An antenna plane two-wire according to claim 1, characterized in that the

It is achieved by the presence of a plate of dielectric material (12)

completely or partially covering one side of the two-wire antenna.

4. A two-wire plane antenna according to claim 1, characterized in that the

elements of conductive lines determined by the N folds are parallel.

5. Two-wire plane antenna according to the. claim 4, characterized in that the

conductive line elements determined by the N folds are rectilinear.

6. two-wire plane antenna according to claim 5, characterized in that on the one hand the conductive line elements are equidistant from each other and from other

The growth is constant at each fold.

7. Two-wire plane antenna according to claim 4, characterized in that the

distance between two consecutive parallel line elements varying with the distance

the first of these line elements with respect to the supply point 0

two conductive lines (1, 2) according to a predetermined function,

Ede the electrical length of one of the conductive lines (2) vary according to

this same function.

8. A two-wire plane antenna according to claim 1, characterized in that the two conductive lines (1, 2) are fixed on either side of the same plate

dielectric (10).

9. An antenna plane two-wire according to claim 1, characterized in that it comprises a reflecting surface (11) plane parallel to the plane of the two-wire line.

and located at a distance of a quarter of the average wavelength of the antenna.

10. A two-wire planar antenna according to claim 1, characterized in that it comprises a planar reflecting surface, (11) passing through the point O and making with the plane of the two-wire antenna an angle 13 so that each element of line is distant from the reflective plane of a length equal to approximately half

the length of the piece of line considered.

He. Radar antenna, characterized in that it comprises at least two plane two-wire antennas connected in parallel or in series or fed separately in

in phase or in phase opposition, according to any of the claims

preceding.