FR2552273A1

FR2552273A1 - Omnidirectional microwave antenna

Info

Publication number: FR2552273A1
Application number: FR8315000A
Authority: FR
Inventors: Emmanuel Rammos
Original assignee: Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Current assignee: Laboratoires dElectronique Philips SAS
Priority date: 1983-09-21
Filing date: 1983-09-21
Publication date: 1985-03-22
Also published as: FR2552273B1

Abstract

Microwave antenna which is omnidirectional in a given plane H, composed of radiating elements of the planar type with microstrip lines associated with a dielectric substrate. These radiating elements are supplied in parallel, thus forming a number N greater than 2 of identical linear arrays. These linear arrays are grouped so as to form either the lateral faces of a prism with an axis z'z perpendicular to H, or the lateral surface of a cylinder with axis of revolution z'z perpendicular to H. Such an antenna has a very high operating frequency and a wide passband. Application: 23 GHz radiowave links with a passband of 2 GHz.

Description

ANTENNE HYPERFREQUENCE OMNIDIRECTIONNELLE
La presente invention concerne une antenne hyperfré- quence omnidirectionnelle dans un plan H donne, composée d'éléments rayonnants émetteurs ou récepteurs et trouve son application dans le domaine de l'émission ou de la réception de signaux hertziens, ou encore dans celui des radars de surveillance aérienne.OMNIDIRECTIONAL MICROWAVE ANTENNA
The present invention relates to an omnidirectional microwave antenna in a given H plane, composed of emitting or receiving radiating elements and finds its application in the field of the transmission or reception of hertzian signals, or even in that of radar radars. aerial surveillance.

On notera que, étant donné le caractère de reciprocite d'une antenne, un élément rayonnant récepteur est capable de fonc- tionner en élément rayonnant émetteur sans aucune modification de ses caractéristiques. Tout au long de la description qui va suivre, on pourra donc toujours remplacer le qualificatif recepteur par le qualificatif émetteur. It will be noted that, given the reciprocal nature of an antenna, a receiving radiating element is capable of operating as a transmitting radiating element without any modification of its characteristics. Throughout the description which follows, it is therefore always possible to replace the receiver qualifier with the emitter qualifier.

Une antenne omnidirectionnelle dans un plan donne pré- sente un diagramme de rayonnement, qui, représente en coordonnées sphériques, est un cercle dans le plan donné et qui, dans un plan perpendiculaire à ce dernier, montre un lobe principal dont 1 ou verture à mi-puissance est notée #-3db. An omnidirectional antenna in a plane gives a radiation diagram, which, represented in spherical coordinates, is a circle in the given plane and which, in a plane perpendicular to the latter, shows a main lobe of which 1 or midline -power is noted # -3db.

Les antennes destinées aux applications envisageas dans les domaines cités précédemment doivent pourvoir atteindre une i re- quence de fonctionnement de l'ordre de 23 GHz9 avec une bande pas sante d1 environ 1 GHz, ainsi qu'un gain éleva et constant dans le plan de rayonnement ommidirectionnel de l'ordre de 15 dB, et une ouverture du faisceau #-3dB de moins de 100 dans les plans per- pendiculaires. The antennas intended for the applications envisaged in the aforementioned fields must be able to achieve an operating frequency of the order of 23 GHz9 with a health band of around 1 GHz, as well as a high and constant gain in the plane of ommidirectional radiation of the order of 15 dB, and a beamwidth # -3dB of less than 100 in the perpendicular planes.

Une méthode connue, pour realiser une antenne omnidirectionnelle dans un plan donne', consiste à composer cette antenne d'éléments rayonnants directifs groupes en réseaux spéciaux. A known method, for producing an omnidirectional antenna in a given plane, consists in composing this antenna of directive radiating elements grouped in special networks.

Une antenne réalisée selon cette méthode est décrite dans "MICROWAVE ANTENNA THEORY AND DESIGN" de SILVER, édite par "MAC GRAW-HILL" en 1949 (page 327). La figure 9.50 de ce document montre une antenne présentant une symétrie axiale, destinée à rayonner un signal polarisé ractlllgnement perpendiculairement à l'axe pour une fréquence de l'ordre de 10 GHz. Les éléments rayonnants sont des fentes disposées parallèlement à l'axe du cylindre. An antenna produced using this method is described in "MICROWAVE ANTENNA THEORY AND DESIGN" by SILVER, published by "MAC GRAW-HILL" in 1949 (page 327). Figure 9.50 of this document shows an antenna having an axial symmetry, intended to radiate a polarized signal ractlllgnement perpendicular to the axis for a frequency of the order of 10 GHz. The radiating elements are slots arranged parallel to the axis of the cylinder.

Un certain nombre d'écrous placés sur les côtés des fentes annulent les ondes réfléchis par les autres fentes et permettent un élargissement de la bande passante qui reste cependant limitée à + 2 % de la fréquence centrale. L'ouverture du faisceau 9 3dB dans un
-3dB pian perpendiculaire au plan omnidirectionnel est de l'ordre de 4,5 .A certain number of nuts placed on the sides of the slits cancel the waves reflected by the other slits and allow a widening of the passband which remains however limited to + 2% of the central frequency. The beam opening 9 3dB in a
-3dB plane perpendicular to the omnidirectional plane is around 4.5.

La réalisation décrite dans le document cité présente une fréquence de fonctionnement et une bande passante trop faible pour l'application envisagée. The embodiment described in the cited document has an operating frequency and a bandwidth that is too low for the application envisaged.

Le but de la présente invention est de remédier à cas inconvénients en proposant un dispositif d'antenne, telle que définie dans le préambule, remarquable en ce que en premier lieu les éléments rayonnants sont du type planaire à lignes microrubans as- souciées à un substrat diélectrique, en ce que en second lieu ces éléments sont alimentés en parallèle de manière à former des réseaux linéaires identiques, en ce que, en troisième lieu, ces réseaux linéaires d'un nombre N supérieur à deux sont groupés de ma nière à former chacun une des faces latérales d'un prisme droit d'axe z 'z perpendiculaire au plan H, les grandes dimensions L des réseaux linéaires étant placées parallèlement à l'axe zz' et les ouvertures des éléments rayonnants étant tournées vers ltextérieur du prisme, et en ce que, enfin, le pas de placement des éléments rayonnants, parallèlement à l'axe z'z est inférieur à la grandeur de la longueur d'onde associée à la fréquence de fonctionnement de l'antenne, cette grandeur étant rapportée au vide. The object of the present invention is to remedy disadvantages by proposing an antenna device, as defined in the preamble, remarkable in that first of all the radiating elements are of the planar type with microstrip lines concerned with a substrate. dielectric, in that in the second place these elements are supplied in parallel so as to form identical linear networks, in that, in the third place, these linear networks of a number N greater than two are grouped so as to form each one of the lateral faces of a straight prism of axis z 'z perpendicular to the plane H, the large dimensions L of the linear networks being placed parallel to the axis zz' and the openings of the radiating elements being turned towards the inside of the prism, and in that, finally, the placement pitch of the radiating elements, parallel to the axis z'z is less than the magnitude of the wavelength associated with the operating frequency of the antenna, this magnitude is ant brought back to the vacuum.

Selon une variante de la présente InventIon, l'antenne hyperfréquence omnidirectionnelle réalisée est remarquable en ce que les N réseaux linéaires, d'un nombre supérieur à deux sont groupés de manière à former la surface latérale d'un cylindre d'axe de révolution zz' perpendiculaire à H, les grandes dimensions L des réseaux linéaires étant placées parallèlement à l'axe zz' et les ouvertures des éléments rayonnants étant tournées vers l'extérieur du cylindre et en ce que enfin, le pas de placement des éléments rayonnants, parallèlement à l'axe zz', est inférieur à la grandeur de la longueur d'onde associée à la fréquence de fonctionnement de l'antenne, cette grandeur étant ramenée au vide. According to a variant of the present Invention, the omnidirectional microwave antenna produced is remarkable in that the N linear arrays, of a number greater than two, are grouped so as to form the lateral surface of a cylinder of axis of revolution zz 'perpendicular to H, the large dimensions L of the linear networks being placed parallel to the axis zz' and the openings of the radiating elements being turned towards the outside of the cylinder and in that finally, the pitch of placement of the radiating elements, parallel to the axis zz ', is less than the magnitude of the wavelength associated with the operating frequency of the antenna, this magnitude being reduced to vacuum.

Selon une réalisation de l'antenne omnidirectionnelle du type prismatique, le nombre N de réseaux linéaires est trois. According to an embodiment of the omnidirectional antenna of the prismatic type, the number N of linear networks is three.

Selon une réalisation de l'antenne omnidirectionnelle du type cylindrique, le nombre N de réseaux linéaires est de trois à six. According to an embodiment of the omnidirectional antenna of the cylindrical type, the number N of linear arrays is from three to six.

Selon une réalisation de l'une ou l'autre de ces antennes les éléments rayonnants sont du type à "lignes microrubans triplaques" (en anglais : STRIPLINE). According to an embodiment of one or other of these antennas, the radiating elements are of the type with "three-strip microstrip lines" (in English: STRIPLINE).

Selon une seconde réalisation de l'une ou l'autre de ces antennes, les éléments rayonnants sont du type à "lignes à substrat suspendu" (en anglais : Suspended Strip Line SSL". According to a second embodiment of one or other of these antennas, the radiating elements are of the type with "suspended substrate lines" (in English: Suspended Strip Line SSL ").

Selon une troisième réalisation de l'une ou l'autre de ces antennes, les éléments rayonnants sont du type à "lignes à substrat complètement suspendu" (en anglais : Completely
Suspended Strip Line CSSL).According to a third embodiment of one or other of these antennas, the radiating elements are of the type with "lines with completely suspended substrate" (in English: Completely
Suspended Strip Line CSSL).

Selon ue réalisation de l'invention les sorties d'antenne peuvent être faites à l'aide de lignes microrubans et selon une variante les sorties d'antenne peuvent être faites en guide d'onde. According to one embodiment of the invention the antenna outputs can be made using microstrip lines and according to a variant the antenna outputs can be made as a waveguide.

Dans ces conditions, les antennes réalisées selon l'invention présentent une puissance rayonnée constante et relativement élevée dans le plan perpendiculaire à l'axe zz', des pertes mini- malles, donc une efficacité maximale et un gain élevé de l'ordre de 15 dB dans ce plan, une ouverture du faisceau 0-3dB de l'ordre de 4" dans les plans contenant l'axe z'z, une grande facilité de réa- lisation donc un coût de fabrication peu élevé pour des performances remarquables puisque la fréquence de fonctionnement atteind 23 GHz avec une bande passante supérieure à 2 GHz. Under these conditions, the antennas produced according to the invention have a constant and relatively high radiated power in the plane perpendicular to the axis zz ', minimal losses, therefore maximum efficiency and a high gain of the order of 15 dB in this plane, an opening of the beam 0-3dB of the order of 4 "in the planes containing the axis z'z, great ease of realization therefore a low manufacturing cost for remarkable performances since the operating frequency reaches 23 GHz with a bandwidth greater than 2 GHz.

Toutefois, quelques uns des éléments qui composent l'antenne multidirectionnelle selon l'invention ne sont pas nouveaux. However, some of the elements that make up the multidirectional antenna according to the invention are not new.

En effet des dispositifs tels que les éléments rayonnants, les lignes à substrat suspendu, les lignes microrubans, les guides d'onde, sont connus de l'homme de l'art. La présente invention porte sur le choix de certains éléments particuliers et leur assemblage original de manière à obtenir une nouvelle antenne parti culièrement performante.Indeed, devices such as radiating elements, lines with suspended substrate, microstrip lines, waveguides, are known to those skilled in the art. The present invention relates to the choice of certain particular elements and their original assembly so as to obtain a particularly efficient new antenna.

Les particularités de l'invention et les modes de réa- lisation conformes à l'invention apparaissent de façon plus précise dans la description suivante associée aux figures ci-après annexees. The particular features of the invention and the embodiments in accordance with the invention appear more precisely in the following description associated with the appended figures below.

La figure la montre les diagrammes de rayonnement d'une antenne selon l'invention. Les figures lb et lc montrent les positions relatives du plan H de rayonnement constant et des différents axes de coordonnées sphériques. Figure la shows the radiation patterns of an antenna according to the invention. Figures 1b and 1c show the relative positions of the plane H of constant radiation and of the different axes of spherical coordinates.

Les figures 2-représentent un élément rayonnant, la figure 2a étant une coupe schématique d'un tel élément et la figure 2b étant une vue de dessus de ce même élément. FIGS. 2-represent a radiating element, FIG. 2a being a schematic section of such an element and FIG. 2b being a top view of this same element.

Les figures 3 représentent une antenne omnidirectionnelle de forme prismatique selon l'invention, la figure 3a représentant, en vue plane, le circuit de conducteurs centraux d'un des réseaux linéaires constituant l'antenne, la figure 3b représente un détail de ce circuit d'alimentation, les figures 3c et 3e représentant une telle antenne en coupe schématique selon le plan H et la figure 3d représentant le diagramme de rayonnement dans le plan
H d'une telle antenne.FIGS. 3 represent an omnidirectional antenna of prismatic shape according to the invention, FIG. 3a representing, in plan view, the circuit of central conductors of one of the linear networks constituting the antenna, FIG. 3b represents a detail of this circuit d 'power, Figures 3c and 3e showing such an antenna in schematic section along the plane H and Figure 3d representing the radiation diagram in the plane
H of such an antenna.

Les figures 4 représentent une antenne omnidirectionnelle de forme cylindrique, la figure 4a représentant une coupe schématique de cette antenne selon un plan contenant l'axe z'z, la figure 4b représentant une coupe schématique de cette antenne selon le plan H, et la figure 4c représentant le circuit de conducteurs centraux tel qu'utilisé dans cette antenne. Figures 4 show an omnidirectional antenna of cylindrical shape, Figure 4a showing a schematic section of this antenna along a plane containing the axis z'z, Figure 4b showing a schematic section of this antenna along the plane H, and Figure 4c representing the central conductor circuit as used in this antenna.

Les figures 5 représentent des détails de différents composants utilisés dans ces antennes. La figure 5a représente en coupe une ligne à substrat suspendu, la figure 5b une ligne microruban triplaque, la figure 5c une ligne microruban sérigraphiée, et la figure 5d une ligne à susbstrat complètement suspendu. La figure 5e représente un coude "plan E" et la figure 5f un guide d'onde droit. Figures 5 show details of different components used in these antennas. FIG. 5a represents in section a line with suspended substrate, FIG. 5b a triplate microstrip line, FIG. 5c a screen-printed microstrip line, and FIG. 5d a line with completely suspended substrate. FIG. 5e represents a "plane E" bend and FIG. 5f a straight wave guide.

La figure 6 représente les variations de l'ouverture du faisceau à mi-puissance en fonction du rapport de la longueur d'onde à la dimension de l'élément rayonnant, parallèlement au champ électrique E. FIG. 6 represents the variations in the beam opening at half power as a function of the ratio of the wavelength to the dimension of the radiating element, parallel to the electric field E.

Tel que représenté sur la figure 2, l'élément rayonnant utilisé dans la réalisation de l'antenne omnidirectionnelle selon la présente invention, est du type "à substrat suspendu". Un tel élément rayonnant est décrit dans la demande de brevet français N" 82 18 700 déposée par la Demanderesse le 8 Novembre 1982. As shown in FIG. 2, the radiating element used in the production of the omnidirectional antenna according to the present invention is of the "suspended substrate" type. Such a radiating element is described in French patent application No. 82 18 700 filed by the Applicant on November 8, 1982.

Cet élément, représenté en coupe schématique sur la figure 2a, est composé d'un conducteur central 30, réalisé par une technique de circuit imprimé sur une feuille de diélectrique 20 suspendue dans les cavités 41 et 51 formées respectivement en regard l'une de l'autre dans les plaques métalliques ou métallisées 40 et 50. La cavité 41 est prolongée par un évasement tronconique 61 dirigé vers le milieu de propagation et destiné à améliorer le gain de cet élément. La cavité 51 est terminée par un plan métallique 71, parallèle au plan du circuit, situé du côté opposé au milieu de propagation, à une distance du circuit proche du quart de la longueur d'onde de fonctionnement, et destiné à réfléchir les ondes rayonnées, de manière à améliorer encore le gain et ltadap= tation de l'élément. This element, shown in schematic section in FIG. 2a, is composed of a central conductor 30, produced by a printed circuit technique on a dielectric sheet 20 suspended in the cavities 41 and 51 formed respectively opposite one of the 'other in metallic or metallized plates 40 and 50. The cavity 41 is extended by a frustoconical flare 61 directed towards the propagation medium and intended to improve the gain of this element. The cavity 51 is terminated by a metallic plane 71, parallel to the plane of the circuit, situated on the side opposite to the propagation medium, at a distance from the circuit close to a quarter of the operating wavelength, and intended to reflect the radiated waves. , so as to further improve the gain and ltadap = tation of the element.

La figure 2b représente le même élément vu du dessus. La coupe schématique 2a est faite selon la direction AA'. Figure 2b shows the same element seen from above. The schematic section 2a is made in the direction AA '.

Les lignes d'alimentation des éléments sont du type à "substrat suspendu" et sont représentées sur la figure 5a. Ces lignes sont également décrites dans la demande de brevet français N" 82 18 700. Elles se composent du conducteur central 30, déposé sur la feuille de diélectrique 20 et progressant dans une cavité formée par deux cannelures 31 et 32 réalisées dans les plaques métalliques ou métallisées 40 et 50 et placées respectivement en regard l'une de l'autre. The supply lines of the elements are of the “hanging substrate” type and are shown in FIG. 5a. These lines are also described in French patent application No. 82 18 700. They consist of the central conductor 30, deposited on the dielectric sheet 20 and advancing in a cavity formed by two grooves 31 and 32 produced in the metal plates or metallized 40 and 50 and placed respectively opposite one another.

I1 peut être choisi également pour la réalisation des éléments rayonnants et des lignes d'alimentation, à la place des lignes "à substrat suspendu", des "lignes microrubans triplaques", telles que représentées sur la figure 5b. Ces lignes sont composées d'un conducteur central 30 disposé entre deux feuilles de diélectrique 21 et 22 dont les faces externes sont couvertes d'une métallisation 25 et 26 respectivement servant de plan de masse. I1 can also be chosen for the production of the radiating elements and supply lines, in place of the lines "with suspended substrate", "three-strip microstrip lines", as shown in FIG. 5b. These lines are composed of a central conductor 30 disposed between two sheets of dielectric 21 and 22 whose external faces are covered with a metallization 25 and 26 respectively serving as ground plane.

I1 peut être choisi enfin pour cette réalisation, des "lignes à substrat complètement suspendu", décrites dans la demande de brevet français N" 83 06 650 déposée par la Demanderesse le 22 Avril 1983. Les "lignes à substrat complètement suspendu" diffèrent des "lignes à substrat suspendu" en ce que la largeur a de la cannelure 31, 32 est rendue pratiquement infinie devant la largeur du conducteur central 30 par le fait que la feuille de diélectrique 20 est simplement maintenue entre les plaques 40 et 50 par des plots de positionnement 10 comme il est montré sur la figure 5d. I1 can finally be chosen for this embodiment, "lines with completely suspended substrate", described in French patent application N "83 06 650 filed by the Applicant on April 22, 1983." Lines with completely suspended substrate "differ from" suspended substrate lines "in that the width a of the groove 31, 32 is made practically infinite compared to the width of the central conductor 30 by the fact that the dielectric sheet 20 is simply held between the plates 40 and 50 by studs positioning 10 as shown in Figure 5d.

Ces trois types d'éléments et de lignes ont été choisis pour la réalisation d'une antenne omnidirectionnelle susceptible de répondre aux spécifications définies dans le préambule comme étant chacun un type de ligne à faible perte, présentant un gain élevé dans le domaine des hyperfréquences et notamment dans la gamme des fréquences supérieures à 20 GHz, présentant en outre une large bande passante de l'ordre de 2 GHz dans cette gamme de fréquence, et présentant enfin une grande facilité de réalisation promettant un coût de fabrication peu élevé. Cependant l'utilisation de "lignes à substrat suspendu" ou "à substrat complètement suspendu" est jugée préférable car elle donne les meilleurs résultats, sans faire -appel pour autant à une technologique plus compliquée. These three types of elements and lines have been chosen for the production of an omnidirectional antenna capable of meeting the specifications defined in the preamble as each being a type of line with low loss, having a high gain in the microwave domain and in particular in the range of frequencies above 20 GHz, further having a large bandwidth of the order of 2 GHz in this frequency range, and finally having great ease of production promising a low manufacturing cost. However, the use of "suspended substrate lines" or "completely suspended substrate lines" is considered preferable because it gives the best results, without calling for more complicated technology.

Dans la suite de cet exposé, il est donc montré une réa- lisation d'antenne omnidirectionnelle composée d'éléments rayonnants et de lignes du type "à substrat suspendu", Mais il est évident que cette réalisation est donnée à titre d'exemple et pourrait aussi bien être faite à partir des éléments rayonnants et des lignes des deux autres types. In the rest of this presentation, it is therefore shown an embodiment of an omnidirectional antenna composed of radiating elements and lines of the “suspended substrate” type, but it is obvious that this embodiment is given by way of example and could as well be made from radiating elements and lines of the other two types.

Selon la présente invention, les éléments rayonnants et leur circuit d'alimentation sont d'une part choisis de dimension adéquate et d'autre part associés d'une manière originale pour former un nouveau dispositif d'antenne omnidirectionnelle dans un plan donné adapté à l'application envisagée dans le préambule. According to the present invention, the radiating elements and their supply circuit are on the one hand chosen of adequate size and on the other hand associated in an original way to form a new omnidirectional antenna device in a given plane adapted to the application envisaged in the preamble.

L'ensemble des figures 1 permet de mieux comprendre le principe de fonctionnement de l'antenne omnidirectionnelle. La figure lb montre le plan H défini par les axes orthogonaux x'x et y'y, et choisi comme plan de rayonnement constant. La figure lc montre la position relative du plan V, perpendiculaire au plan H qu'il coupe selon OR, contenant z'z et faisant avec Ox un angle défini par xôR =
L'antenne étant placée en O et son rayonnement dans la plan H étant constant, le diagramme de rayonnement de l'antenne dans le plan H est un cercle de centre 0, correspondant au maximum du rayonnement. Dans un plan V, perpendiculaire à H, le diagramme de rayonnement présente un lobe principal L et plusieurs lobes secondaires.Le maximum du lobe principal correspond à une atténuation odB par rapport au maximum du rayonnement, et est donc tangent au cercle C. Les points M et M' sur le lobe principal, tels que représentés sur la figure la, correspondent à une atténuation de 3dB, ou à une puissance rayonnée moitié de la puissance maximale, et déterminent l'angle
M O M'
Dans ces conditions, cette ouverture du faisceau à puissance moitié e 3dB est fonction inverse de la dimension de l'antenne parallèle à l'axe z'z.All of Figures 1 provides a better understanding of the operating principle of the omnidirectional antenna. Figure 1b shows the plane H defined by the orthogonal axes x'x and y'y, and chosen as the plane of constant radiation. Figure lc shows the relative position of the plane V, perpendicular to the plane H which it cuts according to OR, containing z'z and making with Ox an angle defined by xôR =
The antenna being placed at O and its radiation in the H plane being constant, the radiation pattern of the antenna in the H plane is a circle with center 0, corresponding to the maximum of the radiation. In a plane V, perpendicular to H, the radiation diagram presents a main lobe L and several secondary lobes. The maximum of the main lobe corresponds to an attenuation odB compared to the maximum of the radiation, and is therefore tangent to the circle C. The points M and M 'on the main lobe, as represented in FIG. La, correspond to an attenuation of 3dB, or to a radiated power half of the maximum power, and determine the angle
MO M '
Under these conditions, this beam opening at half power e 3dB is an inverse function of the dimension of the antenna parallel to the axis z'z.

Dans le cas où l'on forme à l'aide d'éléments rayonnants tels que décrits précédemment un réseau linéaire disposé parallèlement à l'axe z'z, composé de N éléments rayonnants alimentés en parallèle, la distribution d'amplitude peut être considérée comme uniforme et la valeur de l'ouverture du faisceau à mi-puissance dans un plan V est alors donnée par la relation
-3dB 50,5 A/E où L est la longueur de l'antenne d'où 0 -3dB - 50 > 5 /(N-1) d. +d
i v où e est exprimé en degrés. In the case where a linear network arranged parallel to the axis z'z is formed using radiating elements as described above, composed of N radiating elements supplied in parallel, the amplitude distribution can be considered as uniform and the value of the beam aperture at half power in a plane V is then given by the relation
-3dB 50.5 A / E where L is the length of the antenna where 0 -3dB - 50> 5 / (N-1) d. + d
iv where e is expressed in degrees.

X est la longueur d'onde dans le vide. X is the wavelength in a vacuum.

d. le pas des éléments rayonnants.d. the step of the radiating elements.

dv la dimension des éléments rayonnants parallèlement à z'z, avec L = (N-1) d. + dv
Pour une fréquence de 23 GHz
1,3 cm
D'où si l'on choisit un réseau linéaire composé de
N = 16 éléments avec d1 -0,9 X = 1,17 cm pour une directivité maximale.dv the dimension of the radiating elements parallel to z'z, with L = (N-1) d. + dv
For a frequency of 23 GHz
1.3 cm
Hence if we choose a linear network composed of
N = 16 elements with d1 -0.9 X = 1.17 cm for maximum directivity.

dv < d. d'où dv =1,15 cl alors la longueur du réseau linéaire est
L = 18,7 cm et e -3dB-3,51"
D'autre part, si l'on choisit de réaliser une antenne omnidirectionnelle dans le plan H à l'aide de trois réseaux linéaires, il s'ensuit que pour couvrir l'ensemble du plan H, chacun des trois réseaux doit présenter une ouverture du faisceau à mi-puissance dans ce plan
= 120 . dv <d. hence dv = 1.15 cl then the length of the linear network is
L = 18.7 cm and e -3dB-3.51 "
On the other hand, if one chooses to make an omnidirectional antenna in the H plane using three linear arrays, it follows that to cover the entire H plane, each of the three arrays must have an opening beam at half power in this plane
= 120.

Dans ces conditions la puissance rayonnée par chacun des réseaux pour une direction de * 600 dans le plan H par rapport à la direction perpendiculaire à chaque réseau, est moitié de la puissance maximale. Si chacun des réseaux est accolé au suivant et fait avec lui un angle de 60 , alors les puissances rayonnées par deux réseaux adjacents s'ajoutent et la puissance résultante est constante dans le plan. Under these conditions, the power radiated by each of the networks for a direction of * 600 in the H plane with respect to the direction perpendicular to each network, is half of the maximum power. If each of the networks is joined to the next and makes an angle of 60 with it, then the powers radiated by two adjacent networks are added and the resulting power is constant in the plane.

Le diagramme de rayonnement d'un tel système est donné par la figure 3c. Les courbes en pointillé représentent les diagrammes de rayonnement dans le plan H de chacun des trois réseaux linéaires disposés à 60 les uns des autres comme sur la figure 3b par exemple et la courbe en trait continu représente le diagramme de rayonnement résultant. Ce diagramme est à peu près circulaire et le rayonnement dans le plan H peut être considéré comme constant. The radiation diagram of such a system is given in Figure 3c. The dotted curves represent the radiation diagrams in the H plane of each of the three linear networks arranged at 60 from each other as in Figure 3b for example and the curve in solid lines represents the resulting radiation diagram. This diagram is roughly circular and the radiation in the H plane can be considered to be constant.

Dans ces conditions, la courbe de la figure 6, tracée à partir de résultats expérimentaux, donne ltouverture du faisceau dans le plan H, pour une atténuation de 3 dB, en fonction du rapport de la longueur d'onde à la dimension dH parallèle au plan
H d'un guide rectangulaire en considérant que le rayonnement de l'ouverture d'un élément rayonnant est très proche du rayonnement d'un guide de même ouverture.Pour un angle
= 120
La courbe donne la valeur du rapport
X/dH - 2,04 d'où l'on déduit dH ~ X/2,O4 ~ 0,65 cm
Chacun des réseaux linéaires, nécessaire à la réalisation de l'antenne omnidirectionnelle dans le plan H, est donc formé de 16 éléments rayonnants, du type décrit précédemment.Chacun de ces éléments rayonnants présente une dimension parallèle à l'axe z'z:
dv = 1,15 cm et une dimension parallèle au plan H
dH= 0,65 cm
La figure 3a montre, dans le cas de la réalisation en "lignes à substrat suspendu", le réseau de conducteurs centraux 30 déposé sur la feuille de diélectrique 20, alimentant en parallèle les éléments rayonnants d'un réseau linéaire, la projection des éléments rayonnants 11 étant représentée en pointillé. Des sections d'adaptation A/4 sont prévues au niveau des diviseurs de puissance 80 comme il est montré sur la figure 3b. Pour l'alimentation d'un réseau linéaire, la largeur des lignes est constante exepté au niveau des adaptations où l'on augmente l'impédance en diminuant la largeur des lignes.Under these conditions, the curve of FIG. 6, drawn from experimental results, gives the opening of the beam in the H plane, for an attenuation of 3 dB, as a function of the ratio of the wavelength to the dimension dH parallel to the plan
H of a rectangular guide considering that the radiation from the opening of a radiating element is very close to the radiation from a guide with the same opening.
= 120
The curve gives the value of the ratio
X / dH - 2.04 from which we deduce dH ~ X / 2, O4 ~ 0.65 cm
Each of the linear arrays, necessary for the realization of the omnidirectional antenna in the H plane, is therefore formed of 16 radiating elements, of the type described above. Each of these radiating elements has a dimension parallel to the axis z'z:
dv = 1.15 cm and a dimension parallel to the H plane
dH = 0.65 cm
FIG. 3a shows, in the case of production in "lines with suspended substrate", the network of central conductors 30 deposited on the dielectric sheet 20, supplying in parallel the radiating elements of a linear network, the projection of the radiating elements 11 being shown in dotted lines. Adaptation sections A / 4 are provided at the power dividers 80 as shown in FIG. 3b. For the supply of a linear network, the width of the lines is constant except at the level of the adaptations where the impedance is increased by decreasing the width of the lines.

La sortie de chaque réseau linéaire peut se faire, par exemple, en guide d'onde, c'est-à-dire par le moyen d'une cavité métallique de section rectangulaire, telle que représentée en perspective sur l'une des figures 5e ou 5f. Les dimensions intérieures a et b de la cavité sont fonction de la fréquence du signal à transmettre. The output of each linear network can be done, for example, as a waveguide, that is to say by means of a metal cavity of rectangular section, as shown in perspective in one of the figures 5e or 5f. The internal dimensions a and b of the cavity are a function of the frequency of the signal to be transmitted.

Chacun de ces réseaux linéaires portera la dénomination
ALCAP (Antenne Linéaire à Circuit d'Alimentation Parallèle) et pourra être utilisé, seul, dans de nombreuses applications hyperfréquences et en particulier à la place des antennes dites "à fentes" avec un meilleur rendement.Each of these linear networks will bear the name
ALCAP (Linear Antenna with Parallel Feeding Circuit) and can be used, alone, in many microwave applications and in particular in place of so-called "slotted" antennas with better performance.

Pour l'application particulière d'antenne omnidirectionnelle, trois réseaux linéaires ALCAP ainsi constitués sont assemblés de manière à former les faces d'un prisme à base triangulaire équilatérale, dont la section droite est représentée sur les figures 3c et 3e. L'ensemble des éléments rayonnants 11 de chaque réseau linéaire A, B ou C, est raccordé à un guide d'onde 1, par l'intermédiaire des lignes d'alimentation 33 (représentées en projection) comprenant les conducteurs centraux 30 déposés sur les feuilles de diélectrique 20 enserrées entre les plaques 40 et 50. For the particular application of omnidirectional antenna, three linear networks ALCAP thus formed are assembled so as to form the faces of a prism with an equilateral triangular base, the cross section of which is shown in FIGS. 3c and 3e. The set of radiating elements 11 of each linear network A, B or C, is connected to a waveguide 1, via the supply lines 33 (shown in projection) comprising the central conductors 30 deposited on the dielectric sheets 20 sandwiched between the plates 40 and 50.

L'alimentation de ces trois réseaux linéaires est faite par un diviseur d'amplitude et de phase tel que représenté à titre d'exemple sur la figure 3c ou bien encore sur la figure 3e. The supply of these three linear networks is made by an amplitude and phase divider as shown by way of example in FIG. 3c or even in FIG. 3e.

Sur la figure 3c, est montrée une alimentation par le moyen de lignes microrubans. Ce peut être des "lignes triplaques", ou bien des lignes microrubans réalisées par sérigraphie, en technologie de couches épaisses, sur un support diélectrique tel que l'alumine. Le support de ces lignes microrubans étant suffisamment rigide peut être maintenu par les pattes de fixation 23. La sortie générale de l'antenne se fait par le guide d'onde 8 du type représenté sur la figure 5f. In FIG. 3c, a supply is shown by means of microstrip lines. These can be "triplate lines", or else microstrip lines produced by screen printing, using thick film technology, on a dielectric support such as alumina. The support of these microstrip lines being sufficiently rigid can be maintained by the fixing lugs 23. The general output of the antenna is via the waveguide 8 of the type shown in FIG. 5f.

Ce circuit de lignes microrubans, raccordant les sorties 1 de chaque réseau à la sortie générale 8, est ici un diviseur par trois, permettant d'obtenir, par rapport au signal qui se propage dans le guide d'onde 8, que les trois signaux qui se propagent dans chacun des réseaux linéaires A, B ou C soient d'égale amplitude et équiphase. This microstrip line circuit, connecting the outputs 1 of each network to the general output 8, is here a divider by three, making it possible to obtain, with respect to the signal which propagates in the waveguide 8, that the three signals which propagate in each of the linear networks A, B or C are of equal amplitude and equiphase.

A cet effet, les trajets des conducteurs 2 et 5 sont prévus égaux, et les trajets des conducteurs 2, 9 et 3 d'une part, et 5, 9 et 3 d'autre part sont prévus égaux au trajet du conducteur 7. De plus, le diviseur de puissance asymétrique 3, du type MLKINSON, répartit la puissance de façon à ce qu'elle soit la même dans les conducteurs 2 et 5, tandis que le diviseur WILKINSON 4 répartit la puissance de façon à ce qu'elle soit, dans le conducteur 7, le tiers de ce qu'elle est dans le conducteur 6, et les deux tiers dans le conducteur 9. For this purpose, the paths of conductors 2 and 5 are provided equal, and the paths of conductors 2, 9 and 3 on the one hand, and 5, 9 and 3 on the other hand are provided equal to the path of conductor 7. From plus, the asymmetric power divider 3, of the MLKINSON type, distributes the power so that it is the same in conductors 2 and 5, while the WILKINSON divider 4 distributes the power so that it is , in conductor 7, one third of what it is in conductor 6, and two thirds in conductor 9.

De tels circuits sont connus de l'homme de l'art. Ils ne sont donnés ici qu'à titre d'exemple de réalisation. Such circuits are known to those skilled in the art. They are only given here as an example of an embodiment.

Dans cet exemple de réalisation, les sorties 1 sont des coudes tels que représentés sur la figure 5e. Le champ électrique
E, symbolisé par les flèches, se propage parallèlement au plan H de rayonnement constant. Pour des raisons de commodité de réalisation technologique, le guide de sortie 8 peut être accolé au réseau linéaire A.In this exemplary embodiment, the outlets 1 are elbows as shown in FIG. 5e. The electric field
E, symbolized by the arrows, propagates parallel to the plane H of constant radiation. For reasons of convenience of technological implementation, the output guide 8 can be attached to the linear network A.

Une autre réalisation de l'alimentation des trois réseaux linéaires est possible en utilisant uniquement des guides d'onde, comme il est montré sur la figure 3e. Ces guides d'onde sont de section rectangulaire, tels que décrit précédemment et représentés sur les figures 5f et 5e, pour un guide droit et un coude respectivement. Another embodiment of the supply of the three linear networks is possible using only waveguides, as shown in FIG. 3e. These waveguides are of rectangular section, as described above and shown in FIGS. 5f and 5e, for a straight guide and an elbow respectively.

Le guide 15 est un diviseur asymétrique, qui répartit la puissance à raison de un tiers de puissance dans le guide 32 et deux tiers qui sont ensuite répartis en un tiers de puissance dans le guide 35 et un tiers dans le guide 34. La sortie générale se fait par un élément coudé perpendiculairement au plan de la figure 3e, raccordé sur un guide droit, comme dans l'exemple précédent. The guide 15 is an asymmetrical divider, which distributes the power at the rate of a third of power in the guide 32 and two thirds which are then distributed in a third of power in the guide 35 and a third in the guide 34. The general output is done by a bent element perpendicular to the plane of Figure 3e, connected to a straight guide, as in the previous example.

Ce système de guides d'onde, comme le système de lignes microrubans, permet d'obtenir à l'entrée de chacun des réseaux linéaires, des signaux de même phase et d'égale amplitude. This waveguide system, like the microstrip line system, makes it possible to obtain signals of the same phase and of equal amplitude at the input of each of the linear networks.

L'ensemble des figures 4 montre un autre exemple de réalisation d'antenne omnidrectionnelle selon l'invention. Des re- seaux linéaires, du type décrit précédemment, sont assemblés de manière à former une antenne cylindrique. The assembly of FIGS. 4 shows another embodiment of an omnidrectional antenna according to the invention. Linear networks, of the type described above, are assembled so as to form a cylindrical antenna.

Dans cet exemple de réalisation, pour montrer la facilité d'adaptation d'un tel dispositif à un grand nombre de situas tion, on choisit de couvrir tout le plan H avec six réseaux linéaires comme il est montré sur la figure 4b. Dans ces conditions ltouverture du faisceau à 3 dB dans le plan H est
= 600
La dimension dH d'un élément rayonnant est donnée par la courbe de la figure 6
A/dH ~ 0,95
dH = 1,3 cm
La dimension dv des éléments rayonnants peut être choisie identique à celle de l'exemple décrit précédemment
dv 2 1,15 cm avec 16 éléments par réseau linéaire et o3dB ~. 3,51
La réalisation d'une telle antenne cylindrique, dont une coupe suivant l'axe z'z est montrée sur la figure 4a, peut être faite par usinage de la pièce 50 cylindrique dans un métal tel que le cuivre ou l'aluminium, puis par usinage de la pièce 40 également cylndrique, en deux parties 45 et 46. Après réalisation, dans ces différentes pièces, des cavités correspondant aux éléments rayonnants et aux lignes d'alimentation, le film diélectrique 20, supportant le circuit de conducteurs centraux 30, tels que représenté sur la figure 4c, est mis en place autour de la pièce 50 et maintenu par l'ensemble des pièces 45 et 46. Un diviseur asymétrique de puissance 70 de type WILKINSON permet d'obtenir que les signaux qui se propagent dans chacun des réseaux linéaires soient équiphase et d'égale amplitude.Les diviseurs de puissance 80 sont adaptés par des sections A/4 non représentées sur la figure 4c pour des raisons de simplicité.In this exemplary embodiment, to show the ease of adaptation of such a device to a large number of situations, it is chosen to cover the entire plane H with six linear networks as shown in FIG. 4b. Under these conditions, the beam opening at 3 dB in the H plane is
= 600
The dimension dH of a radiating element is given by the curve of FIG. 6
A / dH ~ 0.95
dH = 1.3 cm
The dimension dv of the radiating elements can be chosen identical to that of the example described above.
dv 2 1.15 cm with 16 elements per linear network and o3dB ~. 3.51
The production of such a cylindrical antenna, a section of which along the axis z'z is shown in FIG. 4a, can be made by machining the cylindrical part 50 in a metal such as copper or aluminum, then by machining of the part 40 also cylindrical, in two parts 45 and 46. After making, in these different parts, cavities corresponding to the radiating elements and to the supply lines, the dielectric film 20, supporting the circuit of central conductors 30, such as shown in FIG. 4c, is placed around the part 50 and maintained by all of the parts 45 and 46. An asymmetrical power divider 70 of the WILKINSON type makes it possible to obtain only the signals which propagate in each of the linear networks are equiphase and of equal amplitude. The power dividers 80 are adapted by sections A / 4 not shown in FIG. 4c for reasons of simplicity.

Au cours du montage de cette antenne, la mise en place des conducteurs centraux est bien entendu ajustée par rapport aux cavités des éléments rayonnants et par rapport aux cannelures des lignes d'alimentation. C'est ici que l'utilisation de lignes à substrat suspendu se révèle particulièrement utile, du fait que le substrat diélectrique, mince et souple, se met en place sans encombre autour de la pièce mécanique 50. During the mounting of this antenna, the positioning of the central conductors is of course adjusted with respect to the cavities of the radiating elements and with respect to the grooves of the supply lines. It is here that the use of lines with suspended substrate turns out to be particularly useful, because the dielectric substrate, thin and flexible, is put in place without hindrance around the mechanical part 50.

La sortie d'antenne est, dans cet exemple également particulièrement simple, car elle peut être faite directement par des tronçons de guide d'onde tels que représentés sur les figures 5f et 5e et décrits précédemment. Elle peut également être faite en lignes microrubans. The antenna output is, in this example also particularly simple, because it can be made directly by sections of waveguide as shown in Figures 5f and 5e and described above. It can also be done in microstrip lines.

Il est évident que l'on peut également réaliser une antenne cylindrique à l'aide de trois réseaux linéaires seulement présentant les mêmes caractéristiques que les réseaux linéaires composant l'antenne prismatique. It is obvious that a cylindrical antenna can also be produced using only three linear arrays having the same characteristics as the linear arrays making up the prismatic antenna.

Il est manifeste que, d'une part l'application de l'invention au traitement des signaux Hertziens n'est pas limitative et que, d'autre part, de nombreuses variantes sont possibles sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini par les revendications ci-après annexées. It is obvious that, on the one hand the application of the invention to the treatment of radio signals is not limiting and that, on the other hand, many variants are possible without departing from the scope of the present invention as defined by the claims below appended.

Claims

1. Omnidirectional microwave antenna in a given H plane, composed of emitting or receiving radiating elements, characterized in that, firstly, the radiating elements are of the planar type with microstrip lines associated with a dielectric substrate, and secondly These, these elements are supplied in parallel so as to form identical linear networks, in that, in the third place, the linear networks of a number N greater than two are grouped so as to each form one of the lateral faces of a right prism of axis z'z perpendicular to the plane

H, the large dimensions L of the linear networks being placed parallel to the axis z'z and the openings of the radiating elements being turned towards the outside of the prism, and in that finally, the placement pitch of the radiating elements, parallel to the 'axis z'z is less than the magnitude of the wavelength associated with the operating frequency of the antenna, this magnitude being related to the vacuum.

2. Omnidirectional microwave antenna in a given plane H, composed of emitting or receiving radiating elements, characterized in that, firstly, the radiating elements are of the planar type with microstrip lines associated with a dielectric substrate, in that, in secondly, these elements are supplied in parallel so as to form identical linear networks, in that, thirdly, these linear networks, of a number N greater than two, are grouped so as to form the lateral surface of a cylinder with an axis of revolution z'z perpendicular to H, the large dimensions L of the linear networks being placed parallel to the axis z'z and the openings of the radiating elements being turned towards the outside of the cylinder, and in that , finally, the placement pitch of the radiating elements, parallel to the axis z'z is less than the magnitude of the wavelength associated with the operating frequency of the antenna, this magnitude being reduced to vacuum.

3. Antenna according to claim 1, characterized in that it consists of three linear networks.

4. Antenna according to claim 2, characterized in that it consists of three to six linear networks.

5. A method of producing an antenna according to one of claims 1, 2, 3, 4 characterized in that the radiating elements are of the type with three-strip microstrip lines.

6. A method of producing an antenna according to one of claims 1, 2, 3, 4 characterized in that the radiating elements are of the line type with suspended substrate.

7. A method of producing an antenna according to one of claims 1, 2, 3, 4, characterized in that the radiating elements are of the line type with "completely" suspended substrate.

8. A method of producing an antenna according to one of claims 1 to 7, characterized in that the antenna output is in waveguide.

9. A method of producing an antenna according to one of claims 1, 2, 3 or 4, or according to one of claims 5, 6 or 7, characterized in that the antenna output is made by microstrip lines and waveguides.

10. Antenna according to one of claims 1 to 7, characterized in that each linear network comprises N = 16 radiating elements supplied in parallel.

11. Antenna according to one of claims 1 to 10, characterized in that the dimensions of the radiating elements are such that the operating frequency of the antenna is 23 GRz and the bandwidth of the order of 2 GHz.

12. A method of producing an antenna according to one of claims 1 to 11, characterized in that the cavities constituting the radiating elements and the supply lines are formed in metal plates, preferably aluminum.