FR2507825A1 - Antenne directive pour tres hautes frequences a structure mince - Google Patents

Abstract

L'ANTENNE SELON L'INVENTION PEUT RAYONNER UNE ONDE DE LONGUEUR D'ONDEL SELON UNE PLAGE ANGULAIRE ETROITE D'ANGLETH APPARTENANT SENSIBLEMENT A LA PLAGE: 0 - 90. ELLE EST REALISEE DE PREFERENCE SELON LA TECHNOLOGIE DES CIRCUITS IMPRIMES, ETANT CONSTITUEE PAR AU MOINS UN VOLUME DE FAIBLE EPAISSEUR REMPLI D'UN MATERIAU DE CONSTANTE DIELECTRIQUEE EN FORME DE PARALLELEPIPEDE RECTANGLE DE DIMENSIONS LX1XE, METALLISE AU MOINS SUR SES DEUX GRANDES FACES 1, 2 ET UNE FACE DE DIMENSIONS L ET 13. LA LONGUEUR L EST SUPERIEURE A L, LA LARGEUR 1

Description

ANTENNE DIRECTIVE POUR TRES HAUTES FREQUENCES A STRUCTURE MINCE.

L'invention concerne une antenne directive pour très hautes fréquences pouvant rayonner selon une plage angulaire étroite d'angle-0 appartenant sensiblement à la plage : O 900, ladite antenne étant destinée notamment à être plaquée sur la paroi extérieure d'un mis- 05 sile ou d'un aéronef. Un domaine d'application privilégié de telles antennes est celui de l'équipement radar d'un missile en émission ou en réception pour lequel on souhaite avoir un diagramme de rayonnement en forme de demi-nappe conique ou de nappe conique complète dirigée vers l'avant du 10 missile, soit avec un front de montée très prononcé du lobe principal, qui est incliné de l'angle O par rapport à l'axe du missile, indépendam- ment de la forme et de l'amplitude des lobes secondaires dont certains sont dirigés vers l'arrière, soit tel que les lobes secondaires ayant un angle de tir voisin de 900 aient une amplitude réduite de façon que le 15 rayonnement en direction du sol soit le plus atténué possible D'autre part, une antenne installée sur la paroi extérieure d'un missile doit être de dimensions réduites et épouser autant que possible la forme gé- néralement courbe de cette paroi afin de ne pas fausser les propriétés aérodynamiques de cette dernière, d'avoir une bonne tenue mécanique et 20 un échauffement limité étant donné le déplacement du missile à vitesse élevée dans l'air. On connait des antennes directives du type décrit en préambule notamment des brevets français 1 605 547 et 2 309 122 au nom de la demanderesse Ces brevets concernent une antenne directive à fente 25 constituée essentiellement par un tronçon de guide, excité à l'une de ses extrémités par l'onde à rayonner, une charge adaptée, absorbant le

2 reliquat de la puissance non rayonnée, étant disposée à l'autre extrémité, le guide de section rectangulaire présentant, en outre, une discontinuité de l'une de ses parois longitudinales assurant le couplage. électromagnétique entre l'intérieur du guide d'ondes et l'espace exté- 5 rieur Ce genre d'antenne directive fonctionne en mode non résonnant, c'est-à-dire qu'elle propage une onde progressive et permet d'obtenir le diagramme de rayonnement essentiellement en forme de demi-nappe co- nique souhaité mais présente l'inconvénient d'être encombrante sur la paroi d'un aéronef et d'un prix de revient assez élevé étant donnée sa 10 forme assez difficile à réaliser. On connait par ailleurs des antennes à structure mince faisant usage de la technologie des circuits imprimés, notamment du type décrit dans la demande de brevet français enregistrée sous le no 80 09 070 au nom de la demanderesse Cette dernière antenne présente les 15 avantages d'encombrement réduit et de réalisation simple souhaités mais n'est pas directive : elle fonctionne comme une cavité, en mode résonnant, et rayonne à la façon d'un doublet, son diagramme étant celui d'un tore ayant pour axe l'axe de l'aéronef sur lequel elle est implantée. D'autres antennes connues telles qu'antennes pavés ou antennes plates 20 utilisant la technologie des circuits imprimés fonctionnent aussi à la façon d'un doublet, ce qui les exclut du champ d'application souhaité pour la présente invention. On a essayé de réduire les dimensions de l'antenne-gui- de à fente mais des limites à cette réduction sont apparues du fait que 25 la longueur de la fente est de l'ordre de 5 à 10 fois la longueur d'onde X de l'onde à émettre ou à recevoir ; d'au Lre part, l'introduction de matériau à constante diélectrique dans le tronçon de guide faisant an- tenne qui permettrait de réduire ses dimensions a pour conséquence que la présence de la fente perturbe trop la propagation de l'onde à l'inté- 30 rieur du guide et il devient difficile d'introduire la charge adaptée à l'extrémité du guide. Le but de la présente invention est d'obtenir une anten- ne directive à structure mince de réalisation simple. Ce but est atteint et les inconvénients de l'art anté- 35 rieur sont évités grâce au fait que l'antenne définie en préambule est remarquable en ce qu'elle est constituée par au moins un volume de faible épaisseur rempli d'un matériau de constante diélectrique cr, ayant sensi-

3 blement la forme d'un parallélépipède rectangle de longueur L, de largeur 1 et d'épaisseur e de l'ordre de grandeur du millimètre, métallisé au moins sur ses deux grandes faces, dont l'une constitue un plan de masse, et une face de-dimensions L et e, que la longueur L est de l'or- dre de une à plusieurs fois la longueur d'onde X dans l'air de l'onde à émettre, que la largeur 1 est sensiblement égale à : X/4 fer (cos O)2 et qu'elle est alimentée en un point d'alimentation prédéterminé d'une grande face situé à proximité de la grande arête, tournée vers l'exté- rieur dudit parallélépipède, limitant l'autre face non métallisée de di- 10 mensions L et e qui constitue une fente de rayonnement. Dans la version la plus simple de l'antenne selon l'in- vention, le point d'alimentation se situe à une distance sensiblement égale à : X/4 cos O par rapport à une petite face de dimensions 1 et e dudit parallélépipède, l'antenne étant alimentée à partir d'un câble coa- 15 xial dont l'âme est connectée audit point d'alimentation et le conduc- teur extérieur à la grande face métallisée opposée qui constitue le plan de masse. Une telle antenne présente la forme d'un demi-guide d'onde propageant dans le sens longitudinal une onde de longueur d'onde 20 À alors que le guide correspondant qui propagerait la même onde (X) dans le mode fondamental TE 10 aurait une largeur double, c'est-à-dire 2 1. Dans ces conditions on peut dire que l'antenne demi-guide selon l'inven- tion propage une onde selon un mode dit TE 1 tel que l'amplitude du 2 champ électrique est maximale le long de la face non métallisée de di- 25 mensions L et e encore appelée fente et nulle le long de la petite face métallisée encore appelée paroi en court-circuit, alors qu'un rayonne- ment se produit au niveau de la fente La propagation dans le sens lon- gitudinal s'effectue donc en quart d'onde dans l'antenne demi-guide ce qui réduit de moitié sa largeur par rapport à l'antenne-guide à fente. 30 La description qui suit, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'inven- tion peut être réalisée. La figure 1 représente en perspective un premier mode de réalisation de l'antenne selon l'invention. 35 Les figures 2 a et 2 b montrent, en tangage et en roulis, le diagramme de rayonnement de l'antenne de la figure 1.

4 La figure 3 indique des variantes de l'antenne selon la figure 1. La figure 4 représente en perspective un deuxième mode de réalisation de l'invention dit antenne double. 5 La figure 5 montre le diagramme de rayonnement en tan- gage de l'antenne double. La figure 6 représente en perspective un troisième mo- de de réalisation de l'invention dit antenne quadruple. La figure 7 montre le diagramme de rayonnement de l'antenne quadruple. La figure 8 représente, selon un tracé en coordonnées cartésiennes des angles (en degrés) et des amplitudes (en d B), le diagramme de rayonnement en tangage d'un quatrième mode de réalisation. L'antenne A représentée à la figure I est destinée à 15 émettre ou recevoir des ondes de très hautes fréquences, de l'ordre de plusieurs G Hz (ondes décimétriques ou centimétriques) Elle est consti- tuée par deux plans conducteurs 1 et 2, constituant ses plus grandes fa- ces, reliées par une paroi étroite 3 perpendiculaire également conductri- ce dite paroi en court-circuit, délimitant ainsi une zone 4 qu'on appel- 20 le fente de rayonnement L'espace compris entre les plans 1, 2 et 3 peut contenir de l'air mais est de préférence rempli de matériau diélectrique tel que du verre époxy ou du verre téflon par exemple dont l'épaisseur e est de l'ordre de grandeur du mm pour le verre époxy et de quelques mm pour le verre téflon L'antenne est alimentée en un point P de la face 1 I 25 qui est appelée face d'alimentation, la face 2 qui lui est opposée constituant le plan de masse Ce plan de masse métallisé comporte au moins la partie rectangulaire située en regard de la face 1, et délimitée par un trait mixte de longueur L et un trait interrompu de longueur L Pour faciliter la description, on considère que l'antenne est formée à partir 30 d'un parallélépipède rectangle contenant le diélectrique, de longueur L, de largeur 1 et d'épaisseur e dont au moins les deux grandes faces (L x l) et une face de surface moyenne (L x e) sont métallisées, les petites fa- ces (l x e) étant ou non métallisées comme décrit ci-dessous Des axes4 > de coordonnées perpendiculaires ox, oy, oz sont choisis tels que l'axe 35 oz qui est parallèle à l'axe de l'aéronef ou du missile support de l'an- tenne s'étende dans le sens de la longueur L de l'antenne, l'axe ox dans le sens de la largeur 1 et l'axe oy dans le sens de l'épaisseur e La

5 longueur L de l'antenne est de l'ordre de une à plusieurs fois la longueur d'onde A de l'onde que l'on souhaite émettre ou recevoir et la largeur 1 au moins dix fois plus faible Avec l'épaisseur e indiquée cidessus et le point d'alimentation P se trouvant placé à proximité de la 5 fente et à une distance Za d'une paroi étroite de l'ordre de 2 1, on constate que le diagramme de rayonnement obtenu est directif, tel que représenté à la figure 2. La figure 2 a représente, dans le système d'axes repré- senté à la figure l, le diagramme de l'antenne en forme-de demi-nappe 10 conique pour le lobe principal dont la trace est représentée en 6 sur le plan yoz qui constitue un plan de symétrie pour ce diagramme La trace 6 du lobe principal s'étend le long d'un axe ou qui fait l'angle e avec l'axe oz Les traces des lobes secondaires rejetés vers l'arrière sont référencées 7 La figure 2 b représente le diagramme en roulis qui affec- 15 te la forme classique d'une cardiolde Un tel diagramme implique que l'antenne fonctionne dans le mode résonnant dans le sens ox, avec une longueur d'onde guidée g ox, et dans le mode guidé (ondes progressives) dans le sens oz, avec une longueur d'onde guidée Xg On notera que le diagramme en roulis est de la forme représentée à la figure 2 b pour tous 20 les modes de réalisation de l'antenne selon l'invention. Dans ce type d'antenne, le vecteur champ électrique est maximum au niveau de la fente ou plus précisément à un ou deux dixièmes de millimètre au-delà de la fente et nul au niveau de la paroi en court- circuit 3 L'antenne peut donc être considérée comme un demi-guide d'on- 25 des en ce sens qu'elle propage une onde de longueur d'onde À dans le sens oz avec des pertes par rayonnement, en 4, alors que le guide qui propa- gerait la même onde aurait une largeur double, soit 2 I On peut donc dire que l'antenne demi-guide selon l'invention propage le mode fonda- mental TE 1/2 O, le nombre 1/2 indiquant la propagation en quart d'onde 30 et non en demi-onde du vecteur champ électrique Par application des équations de Maxwell et en considérant les conditions aux limites on aboutit aux formules simplifiées suivantes qui permettent de dimension- ner l'antenne essentiellement en fonction de la longueur d'onde X et de l'angle d'inclinaison O du lobe principal : 35 XÀ g (l) g cos( X 9 ( 2)

6 La formule ( 2) s'obtient en appliquant la condition : iy = O pour x = 1 (au niveau de la fente) iy étant le courant dans la direction oy. De la formule ( 2) on déduit : 5 =X~ ( 3) 41577 4 ~r À g)2 4 fr ~ Xg) soit, en combinant les formules ( 1) et ( 3) : 1 = X 4 Ec _ (cose) r La longueur L est donnée par la condition sur la directivité : L 2 X : directivité + 45 autour de 90 ô 2 X l 10 L = sin( 9) : directivité 10 autour de 90 , soit : sin ( 900-)7 L = si 2 : directivité 16 autour de 6 (O < 90 ) ( 4) sin O Les coordonnées du point d'alimentation (xa, za) (figure 1) sont alors données par : À_g ( 5) za = ( 5) 15 xa = 9 ( 6) avec : 4 Àgox X ( 7) ' r Seule l'épaisseur e reste à choisir On peut prendre : e = 1,6 mm (valeur courante pour du verre époxy) Cependant, la formule ( 2) est exacte pour e = O, mais pour e O il est nécessaire de modi- 20 fier légèrement l, en le remplaçant par l' tel que : 1 > l' > 1 0,4 e ( 8) Par exemple, si l'on veut réaliser une antenne demi- guide selon l'invention en verre époxy recouvert de cuivre fonctionnant à 4,3 G Hz (X = 69,77 mm) et visant à : O = 35 par rapport à l'axe de 25 l'antenne avec une directivité de 10 autour de 35 à 3 d B, il vient, par application des formules ( 1) à ( 8) avec cr = 4,5 : r 1 = 8,9 mm L = 243 mm za = 21,3 mm 30 xa = 8,2 mm 2507825 7 1 ' = 8,5 mm

8 alors que pour le guide d'onde correspondant elle serait aussi égale à 4 1, c'est-à-dire au double de la largeur de ce guide Les pertes, par rayonnement surtout de l'antenne demi-guide sont de l'ordre de 25 d B par mètre, si bien qu'il n'est pas utile de choisir une très grande longueur 5 pour l'antenne : dans l'exemple numérique indiqué plus haut, la longueur de l'antenne est de 3,5 X environ Au sujet des pertes, il faut noter que les pertes ohmiques dans le verre époxy sont supérieures aux pertes ohmiques dans le verre téflon mais la constante diélectrique du verre époxy (Er = 4,5) est plus élevée que celle du verre téflon, étant de l'ordre 10 de 4 d B par mètre à 3,3 G Hz Selon l'application envisagée pour l'antenne on choisira donc l'un ou l'autre de ces matériaux diélectriques Le rendement de l'antenne demi-guide est de l'ordre de 45 % à 50 %O pour du verre époxy à 3 G Hz, cette antenne étant conçue pour transmettre une puissance de l'ordre de quelques watts Si l'on souhaite obtenirune nappe 15 conique complète pour le diagramme de rayonnement en émission ou en ré-

ception, il suffit de placer dos à dos (par exemple selon deux génératrices opposées d'un missile) deux antennes semblables à l'antenne de la figure 1 Le fonctionnement de l'antenne selon l'invention n'est pas affecté par un cintrage dans le sens longitudinal de cette dernière, ce qui 20 lui permet d'être appliquée étroitement contre des parois légèrement courbées L'introduction de capacités parasites se traduisant par des variations de la longueur d'onde n'apparaissent que pour des angles de courbure entre les extrémités de l'antenne de l'ordre de 600 à 700. Un problème que pose l'antenne de la figure 1, cepen- 25 dant, est le niveau élevé des lobes secondaires Ceci se traduit par une perte de puissance et peut dans certains cas déclencher de fausses alar- mes Notamment, les lobes secondaires les plus proches angulairement du lobe principal, ont une amplitude qui se situe 7 d B environ seulement au-

dessous de celle du lobe principal Les modes de réalisation décrits cidessous ont pour but de réduire l'amplitude de ces lobes secondaires. La figure 3 représente en perspective une variante de l'antenne de la figure 1 selon laquelle la paroi en court-circuit réfé- rencée 13 est légèrement incurvée pratiquement sur toute la longueur, de façon que la largeur 1 ne soit pas constante le long de l'axe oz mais 35 aille en s'élargissant du centre de l'antenne vers ses extrémités consti- tuées par ses petites faces, alors que le bord 14 est rectiligne Un tel amincissement qui fait passer la largeur de la valeur 1 aux extrémités à

la valeur 0,9 1 environ au centre permet de rabaisser l'amplitude des lobes secondaires dirigés vers l'arrière de l'antenne à 13 d B en dessous de celle du lobe principal Un autre effet avantageux de cette variante est de rendre sensiblement plat le diagramme du lobe principal en son 5 sommet de façon qu'il est possible d'obtenir 270 d'ouverture (à 3 d B) dont 120 à gain sensiblement constant, et donc de stabiliser l'angle de tir, le diagramme se rapprochant ainsi de celui d'une antenne sectoriel- le Il va de soi que la loi de variation 1 (z), 1 étant considéré comme une fonction de z, peut être appliquée à l'antenne soit en incurvant la 10 paroi 13, le bord libre 14, ou les deux En pratique il est plus facile d'opérer par fraisage de la paroi 13, ce fraisage devant être précis au dixième de millimètre environ La loi 1 (z) est assez difficile à établir. Pour plus de précisions à ce sujet, on peut se reporter aux brevets fran- çais 1 605 547 et 2 309 122 déjà cités Une deuxième variante compatible 15 avec la précédente consiste à métalliser une ou les deux parois étroites du guide Sur la figure 3, on a représenté l'antenne avec la petite pa- roi 15 métallisée En plaçant ainsi un court-circuit en bout d'antenne l'onde atténuée en provenance du point d'alimentation est réfléchie de façon à engendrer un lobe de rayonnement dirigé vers l'arrière En pla- 20 çant judicieusement la cote z de la paroi 15, on peut faire en sorte que l'amplitude du lobe due à l'onde réfléchie soit du même ordre que celle des lobes 7 représentés à la figure 2 a (soit 7 d B à 8 d B en dessous du lobe principal 6) et qu'il existe un déphasage de II entre le lobe dû à la réflexion et les lobes 7 ayant sensiblement la même inclinaison De 25 cette manière on peut obtenir une atténuation assez marquée des lobes secondaires 7 et plus précisément de ceux qui sont le plus rejetés vers l'arrière de l'antenne. La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de l'antenne demi-guide qui se caractérise par une alimentation sensible- 30 ment au milieu de la fente 4 Cette alimentation est réalisée au moyen d'un guide coaxial 17 dont l'âme 18 qui traverse le matériau diélectri- que est reliée au point P de la grande face 1 et le conducteur extérieur au plan de masse 2 On obtient ainsi une antenne double ou antenne jume- lée qui est sensiblement deux fois plus longue que l'antenne de la figu- 35 rel Pour obtenir une bonne transition entre le câble coaxial 17 et l'an- tenne, il importe que le point P ne se situe pas exactement au milieu M du bord libre 14 sans quoi la transition se situerait à un noeud de vi-

10 bration alors qu'on doit avoir un ventre sur toute la longueur de la fente 4 En décalant le point P de quelques millimètres à quelques centimètres par rapport au milieu, on obtient un diagramme double avant-arrière comparable à celui représenté à la figure 5 Il est avantageux de 5 placer le point P, en s'éloignant du milieu M de façon à obtenir un déphasage de Il entre le diagramme de lobe principal 20 dirigé vers l'avant et le diagramme de lobe principal 24 dirigé vers l'arrière, ces deux diagrammes présentant des amplitudes sensiblement égales à un ou deux d B près De cette façon, les lobes secondaires dont les axes d'inclinaison 10 sont proches de l'axe oy se retranchent, entre diagrammes, et les lobes secondaires résultants représentés en 22 sont très atténués ( 15 d B à 17 d B par rapport au lobe principal) Ce deuxième mode de réalisation permet donc d'atténuer les lobes secondaires qui n'étaient que peu modi- fiés par les variantes décrites ci-dessus en référence à la figure 3, et 15 d'obtenir un diagramme de rayonnement très "creusé" en son centre, c'està-dire à rayonnement très faible perpendiculairement à l'axe oz de l'antenne, ce qui est souhaitable dans certaines applications Cependant, l'antenne de la figure 4 présente un lobe arrière 21 de très grande amplitude, ce qui signifie une perte de puissance et le risque d'accrocha20 ge du radar sur le lanceur dans le cas d'un missile Pour réduire ce lo-

be arrière tout en conservant des lobes secondaires 22 très faibles, on a conçu un troisième mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 6 et 7. L'antenne de la figure 6 est constituée par deux anten25 nes jumelées selon la figure 4, ce qui constitue une antenne quadruple 25 Pour obtenir géométriquement l'antenne 25, on prend l'antenne symétrique d'une antenne jumelée 26 par rapport à un plan méridien Q parallèle à la paroi 3 et situé à une distance de la fente égale à trois à quatre fois l'épaisseur e, puis on décale longitudinalement l'antenne 30 symétrique obtenue d'une distance Zb précisée ci-dessous, de façon à obtenir une deuxième antenne jumelée 27 ayant même plan de masse que l'antenne 26 Les fentes de rayonnement des antennes 26 et 27 doivent être à une distance d telle que leur rayonnement se superpose sans créer des perturbations au niveau de l'antenne La distance à la fente au-delà de 35 laquelle il n'y a plus de perturbation étant de l'ordre de 2 e, la dis-

tance d doit être au moins égale à 4 e D'autre part, une ligne à microruban 28 alimentée en P' par câble coaxial non représenté permet d'alimen2507825 11. ter les antennes 26 et 27 en Pl et P 2 respectivement et une marge de 3 e doit encore être respectée pour qu'il n'y ait pas d'interférences avec la ligne 28 En pratique, on prendra d supérieur à 7 e Le point P' est placé de telle sorte que les points P, et P 2 soient alimentés en quadra- 5 ture l'un par rapport à l'autre, la phase de P par exemple étant en avance de 11/2 par rapport à celle de P 2, la détermination de cet empla- cement étant à la portée de l'homme de l'art D'autre part, la distance Zb est choisie telle que le déphasage géométrique, c'est-à-dire la dif- férence de marche des rayons des lobes principaux (sous l'angle 0) entre 10 les antennes 26 et 27 soit égale à II dans un sens, vers l'avant par Il 2 exemple et de 2 dans le sens opposé (vers l'arrière) On obtient ainsi deux lobes principaux en phase-vers l'avant ( 1 I = 0)-et deux lobes 2 i 2 principaux en opposition de phase vers l'arrière (I 2 + = Il) Les lobes principaux avant s'ajoutent de façon à former le lobe principal de gran- 15 de amplitude 30, figure 7, et les lobes principaux arrière se retranchent de façon à former le lobe secondaire de faible amplitude 31 d'axe o. On notera en ce qui concerne le diagramme de rayonnement que le fait d'alimenter l'antenne 25 en P" au lieu de P' de façon à inverser l'écart de phase électrique de II/2, revient sensiblement à faire tourner l'antenne 20 25 alimentée en P' de 1800 dans son plan, mise à part la dissymétrie ap- portée par le fait que les points Pl et P 2 ne se situent pas exactement au milieu de leurs fentes de rayonnement respectives. Le diagramme de rayonnement de la figure 7 est le plus intéressant en ce qui concerne la réduction des lobes secondaires On 25 notera par ailleurs que les variantes de la figure 3 sont compatibles avec les modes de réalisation des figures 4 et 6 Cependant, la structu- re d'antenne représentée à la figure 6 est plus complexe et plus délica- te à réaliser que celle de la figure 3 et dans la pratique il semble préférable d'optimiser l'antenne simple représentée à la figure 3 pour 30 obtenir le diagramme de rayonnement directif souhaité, d'autant plus que l'atténuation des lobes secondaires de l'antenne quadruple n'est obtenue que pour une faible gamme de fréquences, telle que l'angle O ne varie pas de plus de 10 degrés (ce qui est le cas dans la plupart des applica- tions) afin de ne pas trop faire varier le déphasage géométrique qui 35 doit être proche de la valeur II/2. Un quatrième mode de réalisation non représenté consis- te à disposer deux antennes simples selon la figure 1 symétriquement

12 l'une par rapport à l'autre par rapport à un plan méridien, à les décaler longitudinalement et à les alimenter à partir d'une ligne à microruban de façon analogue à l'antenne représentée à la figure 6 Dans ce cas, cependant, les déphasages électrique et géométrique entre les deux an- 5 tennes simples disposées symétriquement ne sont pas égaux à II/2, en valeur absolue L'antenne étant construite pour une fréquence d'onde et un angle O prédéterminés, on peut, à partir des lois sur les réseaux d'antennes déterminer la distance de décalage (zb) et la position du point d'alimentation P', à partir de deux conditions qui consistent à se fixer 10 deux valeurs angulaires en tangage, l'une pour laquelle on souhaite avoir le niveau de rayonnement le plus faible possible et pour lequel les dia- grammes des deux antennes simples doivent être en opposition de phase,la deuxième pour laquelle on souhaite avoir, à l'inverse, le niveau de rayonnement le plus élevé et pour lequel les diagrammes doivent être en 15 phase, ce qui est à la portée de l'homme de l'art. La figure 8 représente le diagramme de rayonnement en tangage d'une antenne répondant au quatrième mode de réalisation de l'in- vention. Pour tous les modes de réalisation et variantes décrits 20 ci-dessus, les antennes peuvent être associées deux à deux, comme dé- crit en référence à la figure 1, de façon à obtenir un diagramme de rayonnement en forme de nappe conique complète, en émission ou en récep- tion. 25 30 35

Claims (10)

1. Les principales qualités de l'antenne demi-guide sont les suivantes La

   largeur 1 de l'antenne est environ deux fois plus faible que celle nécessaire à un guide d'onde équivalent (à longueur d'onde guidée Xg 5 identique), d'o son nom. L'élément rayonnant (fente de rayonnement continue 4) est placé sur un côté du guide. L'antenne est alimentée en un seul point d'alimentation dont la posi- tion est parfaitement déterminée. 10 Le diagramme de rayonnement en roulis est celui d'un élément rayonnant de très faible dimension (X)' soit une cardiolde (figure 2 b). Le point d'alimentation, correctement placé, permet une bande de fré- quence d'adaptation de 20 'O environ ce qui est largement superflu pour les applications envisagées et qui provoquerait d'ailleurs une trop 15 grande variation de l'angle e qui ne doit varier que de quelques de- grés autour d'une valeur moyenne prédéterminée (à titre indicatif, l'angle O varie de 430 à 540 lorsque X varie de 92,3 mm à 95 mm pour une antenne de dimensions L = 240 mm, 1 = 11,1 mm, e = 1,55 mm). En pratique on admet une variation de 2 à 3 corres- 20 pondant à une variation de fréquence de l'ordre de 50 M Hz. L'élément rayonnant étant une fente continue, le diagramme et le gain sont aussi à très large bande, avec la restriction que l'angle de vi- sée ou de tir e dans la direction ou (appartenant au plan yoz) suit la loi 25 cos e = A (formule déduite de la formule ( 1)) L'alimentation de l'antenne qui n'est pas représentée à la figure 1 peut être réalisée soit par transition perpendiculaire à par- tir d'un câble coaxial comme décrit ci-dessous en référence à la figure 4 soit par ligne microruban comme indiqué à la figure 6 décrite plus loin.

   30 L'étude et les essais réalisés sur l'antenne de la fi- gure 1 indiquent que l'impédance dans le sens transversal (ox) compara- ble à celle d'une ligne à microruban est environ 18 fois plus faible que celle de la fente qui est de l'ordre de 150 Q Si l'on considère la pro- pagation de l'onde dans le sens ox on observe une réflexion sur la fente 35 4 qui est de l'ordre de 80 D et un rayonnement unitaire faible, ce qui permet le guidage de l'onde dans le sens oz Pour l'antenne demi-guide, la longueur d'onde de coupure X est égale à 4 1 > respectivement 4 c ,epcieet 41

   REVENDICATIONS 1 Antenne directive pour très hautes fréquences pouvant rayonner selon une plage angulaire étroite d'angle O appartenant sensiblement à la plage : O 900, ladite antenne étant destinée notamment 5 à être plaquée sur la paroi extérieure d'un missile ou d'un aéronef, caractérisée en ce qu'elle est constituée par au moins un volume de faible épaisseur rempli d'un matériau de constante diélectrique er' ayant sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle de longueur L, de largeur 1 et d'épaisseur e de l'ordre de grandeur du millimètre, métallisé 10 au moins sur ses deux grandes faces, dont l'une constitue un plan de masse, et une face de dimensions L et e, que la longueur L est de l'ordre de une à plusieurs fois la longueur d'onde À dans l'air de l'onde à émettre, que la largeur 1 est sensiblement égale à : X/4 Mer (cos O)2 et qu'elle est alimentée en un point d'alimentation prédéterminé d'une gran15 de face situé à proximité de la grande arête, tournée vers l'extérieur dudit parallélépipède, limitant l'autre face non métallisée de dimensions L et e qui constitue une fente-de rayonnement.
2. 2 Antenne directive selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit point d'alimentation se situe à une distance sensible- 20 ment égale à : ' /4 cose par rapport à une petite face de dimensions 1 et e dudit parallélépipède.
3. 3 Antenne directive selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit point d'alimentation se situe à proximité du plan situé à égale distance desdites petites faces de façon à constituer une anten- 25 ne double ayant un lobe principal vers l'avant de l'antenne disposée lon- gitudinalement et un lobe principal vers l'arrière de l'antenne.
4. 4 Antenne directive selon la revendication 1, 2 ou 3 ca- ractérisée en ce qu'au moins l'une des petites faces dudit parallélÉpipè- de est métallisée dans le but d'atténuer, par rayonnement en opposition 30 de phase de l'onde réfléchie, l'amplitude de certains lobes secondaires du diagramme de rayonnement.
5. 5 Antenne directive selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que la largeur de ladite grande face métallisée qui comporte ledit point d'alimentation varie légèrement en fonction de la 35 distance à une petite face dans le but d'atténuer l'amplitude de certains lobes secondaires. 2507825 14
6. 6 Antenne directive selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'elle est alimentée à partir d'un câble coaxial dont le conducteur intérieur est connecté audit point d'alimentation et le conducteur extérieur à la grande face métallisée opposée qui consti- 5 tue le plan de masse.
7. 7 Antenne directive selon l'une des combinaisons de re- vendications prises ensemble : 3 et 4 ; 3 et 5 ; 3, 4 et 5, caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux antennes doubles sensiblement iden- tiques situées en regard l'une de l'autre symétriquement par rapport à 10 un plan méridien alimentées sensiblement en quadrature par une ligne à microruban connectée, au point apte à assurer un déphasage de 11/2, au conducteur intérieur d'un câblé coaxial dont le conducteur extérieur est connecté au plan de masse commun des deux antennes doubles, la distance d séparant les bords alimentés des deux antennes doubles étant supérieu- 15 re à 7 e et en ce que les deux antennes doubles sont décalées longitudina- lement l'une par rapport à l'autre d'une distance zb telle que le dépha- sage des diagrammes de rayonnement dû à une telle géométrie de l'antenne soit en moyenne égal à Il pour les lobes principaux arrière et à O pour les lobes principaux avant, étant donnée une petite plage de fréquence 20 de fonctionnement choisie pour l'antenne.
8. 8 Antenne directive selon l'une des combinaisons de re- vendications prises ensemble 2 et 4 ; 2 et 5 ; 2, 4 et 5, caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux antennes sensiblement identiques situées en regard l'une de l'autre symétriquement par rapport à un plan 25 méridien, alimentées avec un déphasage électrique et géométrique tels qu'ils permettent l'association en réseau pour obtenir le diagramme de rayonnement désiré.
9. 9 Antenne directive selon l'une des revendications précé- dentes caractérisée en ce que le matériau remplissant ledit parallélépi- 30 pède rectangle est du verre époxy.
10. 10 Antenne directive selon l'une des revendications précé- dentes caractérisée en ce que le matériau remplissant ledit parallélépi- pède rectangle est du verre téflon. 35