FR2573576A1

FR2573576A1 - BICONIC OMNIDIRECTIONAL ANTENNA

Info

Publication number: FR2573576A1
Application number: FR8307605A
Authority: FR
Inventors: Heinz Ludiger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1986-05-23
Also published as: DE3218690C1; IT8320225A0; IT8320225A1; FR2573576B1; GB2165097B; IT1160821B; GB2165097A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE ANTENNE OMNIDIRECTIONNELLE BICONIQUE. DANS CETTE ANTENNE, QUI COMPORTE UNE ALIMENTATION INFERIEURE PAR UNE LIGNE COAXIALE DONT LE CONDUCTEUR INTERIEUR 3 EST RELIE AU SOMMET DU CONE SUPERIEUR 1 ET DONT LE CONDUCTEUR EXTERIEUR 4 EST RELIE AU SOMMET DU CONE INFERIEUR 2, ENTRE CES DEUX CONES 1, 2 ET VERS LEURS SOMMETS SONT DISPOSES DES RESEAUX DE POLARISATION 9, 10, 11 FORMES DE CONDUCTEURS ELECTRIQUES PARALLELES ET ETROITS INCLINES PAR RAPPORT AU PLAN HORIZONTAL. APPLICATION NOTAMMENT AUX ANTENNES DE TRANSPORTEURS DE RADARS SECONDAIRES.THE INVENTION RELATES TO A BICONIC OMNIDIRECTIONAL ANTENNA. IN THIS ANTENNA, WHICH INCLUDES A LOWER SUPPLY BY A COAXIAL LINE WHOSE INTERIOR CONDUCTOR 3 IS CONNECTED TO THE TOP OF THE UPPER CONE 1 AND WHOSE EXTERNAL CONDUCTOR 4 IS CONNECTED TO THE TOP OF THE LOWER CONE 2, BETWEEN THESE TWO CONES 1, 2 AND TOWARDS THEIR SUMMITS ARE PROVIDED WITH POLARIZATION NETWORKS 9, 10, 11 SHAPES OF PARALLEL AND NARROW ELECTRIC CONDUCTORS INCLINED TO THE HORIZONTAL PLANE. APPLICATION IN PARTICULAR TO SECONDARY RADAR CARRIER ANTENNAS.

Description

Antenne omnidirectionnelle biconiuj.Omni-directional antenna biconiuj.

L'invention concerne une antenne omnidirection- An omnidirectional antenna is

nelle biconique à symétrie de révolution, comportant une biconical symmetry of revolution, with a

alimentation par l'intermédiaire diune ligne coaxiale ar- feeding through a coaxial line ar-

rivant par le dessous en position centrée et dont le con- from below in a centered position and whose

ducteur intérieur est raccordé au sommet du cône supé- the inner duct is connected to the top of the upper cone

rieur, et dont le conducteur extérieur est raccordéau sorumet du cone inférieur, tourné vers le sommet du cône supérieur. De telles antennes, désignées également sous le terme de radiateurs biconiques en cornet, sont connues par exemple d'après le livre de Silver: Microwave Antenna Theory and Design, Mac Graw-Hill Book Company, 1949, page 10.Ellespeuvent fonctionner selon un mode à large bande dans une gamme étendue de fréquences, et ce en général exclusivement pour des ondes électromagnétiques polarisées verticalement. The outer conductor is connected to the lower cone sorumet, facing the apex of the upper cone. Such antennas, also referred to as biconical cone radiators, are known from, for example, the Silver Book: Microwave Antenna Theory and Design, Mac Graw-Hill Book Company, 1949, p. 10. They can operate in a fashionable fashion. broadband in a wide range of frequencies, and this in general exclusively for vertically polarized electromagnetic waves.

L'invention a pour but de réaliser une telle an- The object of the invention is to achieve such an

tenne biconique de manière qu'elle permette l'émission biconical tenne so that it allows the emission

et/oula réception dans deux bandes éloignées de fréquen- and / or reception in two distant frequency bands

ces, une polarisation linéaire verticale étant nrésente dans la bande inférieure de fréquences alors que n'importe quelle autre polarisation est possible dans these, a vertical linear polarization being nesente in the lower band of frequencies whereas any other polarization is possible in

la bande supérieure de fréquences. Jusqu'alors un tel pro- the upper band of frequencies. Until then, such a pro-

blème n'a pu être résolu que lorsque l'on utilisait, pour chaque bande de fréquences, une antenne omnidirectionnelle particulière, ce qui signifie cependant qu'au total deux could only be solved when a particular omnidirectional antenna was used for each frequency band, which

antennes deviennent nécessaires.antennas become necessary.

Conformément à l'invention, qui concerne une an- According to the invention, which concerns a

tenne omnidirectionnelle biconique à symétrie de révolution du type indiqué plus haut, ce problème est résolu grâce au omnidirectional symmetry of revolution type of the type indicated above, this problem is solved thanks to the

fait qu'entre les deux cônes, maisnon dans leur zone margi- between the two cones, but not in their marginal area.

nale extérieure, se trouvent disposés un ou plusieurs ré- outside, are arranged one or more

seaux de polarisation enveloppantscoaxiaux qui sont consti- coaxial enveloping polarization buckets which are

tués par d'étroits conducteurs électriques parallèles, in- killed by narrow parallel electrical conductors,

clinés par rapport au plan horizontal. Les ondes de la ban- clinched in relation to the horizontal plane. The waves of the

de inférieure de fréquences sont rayonnées,sans être influen- of lower frequencies are radiated without being

cées, selon une polarisation linéaire verticale, tandis que les ondes de la bande inférieure de fréquencessont rayonnées avec une polarisation correspondant au réseau extérieur ou vertical wave polarization, while the lower frequency band waves are radiated with a polarization corresponding to the external network or

au réseau unique. Dans le cas du dispositif d'antenne con- to the single network. In the case of the antenna device con-

forme à l'invention, il s'agit par conséquent, du point de form to the invention, it is therefore, from the point of

vue de l'effet obtenu, d'une antenne omnidirectionnelle dou- the effect obtained, a doubly omni-directional antenna

ble pour deux polarisations différentes, dans laquelle l'an- for two different polarizations, in which the

tenne prévue pour la bande supérieure de fréquencesest inté- planned for the upper band of frequencies is

grée dans l'antenne prévue pour la bande inférieure de fré- in the antenna for the lower frequency band.

quences.quences.

Si l'on utilise par exemple deux réseaux compor- If, for example, two networks with

tant des conducteurs de forme sinueuse, on peut obtenir un so many sinuous-shaped drivers, one can get a

rayonnement polarisé circulairement, dans la bande supérieu- Circular polarized radiation in the upper band

re de fréquences.frequency.

Si, pour produire une polarisation linéaire dans If, to produce a linear polarization in

la bande supérieure de fréquences,on utilise plusieurs ré- the upper band of frequencies, several

seaux de polarisation, les conducteurs de ces réseaux sont alors avantageusement inclinés différemment et ce de telle manière que l'inclinaison par rapport au plan horizontal est la plus faible pour le réseau le plus à l'intérieur polarization buckets, the conductors of these networks are then advantageously inclined differently and in such a way that the inclination with respect to the horizontal plane is the weakest for the innermost network

et est maximale pour le réseau le plus à l'extérieur. and is maximum for the outermost network.

Dans le cas de l'utilisation d'un seul réseau de polarisation pour l'obtention d'une polarisation linéaire dans la zone supérieure de fréquences, les conducteurs de ce réseau sont inclinés avantageusement de 45 par rapport au plan horizontal. Si au contraire, en vuede l'obtention d'une polarisation linéaire dans la bande supérieure de fréquences, on utilise plusieurs réseaux de polarisation, alors seul le réseau le plus à l'extérieur doit être réa- In the case of the use of a single polarization network for obtaining a linear polarization in the upper frequency zone, the conductors of this network are advantageously inclined 45 with respect to the horizontal plane. If, on the contrary, in order to obtain a linear polarization in the upper frequency band, several polarization networks are used, then only the outermost network must be realigned.

lisé en étant incliné de 45 par rapport au plan horizon- 45 degrees to the horizontal plane

tal. On peut par exemple prévoir trois réseaux de polari- tal. For example, three networks of polari-

sation, pour lesquels les conducteurs du réseau le plus intérieur sont inclinés d'environ 16 , les conducteurs du réseau médian d'environ 320 et les conducteurs du réseau where the drivers of the innermost network are inclined by about 16, the drivers of the middle network of about 320 and the network conductors

extérieur d'environ 45 par rapport au plan horizontal. outside of about 45 relative to the horizontal plane.

Une telle antenne convient pour émettre des signaux Such an antenna is suitable for transmitting signals

polarisés verticalement, dans la bande inférieure de fré- vertically polarized in the lower frequency band

quenoes, et pour recevoir des signaux présentant une polari- quenoes, and to receive signals with polar

sation horizontale, verticale, circulaire à gauche ou cir- horizontally, vertically, circularly to the left or cir-

culaire à droite, dans la gamme supérieure des fréquences, tous ces signaux reçus étant affectés d'une perte maximale théorique de 3 dB par rapport à une antenne adaptée à la right angle, in the higher frequency range, all these received signals being assigned a theoretical maximum loss of 3 dB with respect to an antenna adapted to the

polarisation particulière des signaux de réception, en rai- particular polarization of the reception signals, in

son de l'inclinaison à 45 des conducteurs des réseaux. its tilt at 45 network conductors.

Une antenne réalisée conformément à l'invention peut être utilisée avantageusement en tant qu'antenne de transpondeur de radar secondaire pour des signaux de la bande S (2 à 4 GHz) polarisés verticalement, et pour des An antenna made in accordance with the invention can be advantageously used as a secondary radar transponder antenna for vertically polarized S-band signals (2 to 4 GHz), and for

signaux de réception des bandes X et K (8 à 18 GHz) pos- reception signals of the X and K bands (8 to 18 GHz)

uu

sédant une polarisation quelconque. - seducing any polarization. -

A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé, une forme By way of example, there is described below and illustrated schematically in the accompanying drawing, a form

de réalisation préférée de l'invention. preferred embodiment of the invention.

La figure représente une vue en élévation laté- The figure shows a side elevation

rale et en coupe d'une antenne omnidirectionnelle biconi- section of a biconical omnidirectional antenna

que à symétrie de révolution pour un transpondeur de radar than symmetry of revolution for a radar transponder

secondaire. Avec cette antenne, on peut recevoir des si- secondary. With this antenna, you can receive

gnaux dans les bandes X et K et émettre des signaux dans la bande S. L'antenne comporte un cône métallique supérieur la bande S. L'antenne comporte un c6ne métallique -supérieur 1 et un cône métallique inférieur 2. Les sommets des deux in the X and K bands and transmit signals in the S-band. The antenna has a metal cone above the S-band. The antenna has a top metal core 1 and a lower metal cone 2. The vertices of the two

cônes 1 et 2 sont dirigées l'un vers l'autre. Le conduc- cones 1 and 2 are directed towards each other. The conductor

teur intérieur 3 d'une ligne coaxiale d'alimentation est raccordé dans la région du sorîanet du cône supérieur 1, tandis que le conducteur extérieur 4 de cette ligne coaxia- le d'alimentation est reliée, de façon conductrice, au sommet du cône inférieur 2. Autour de l'axe longitudinal The inner conductor 3 of a coaxial supply line is connected in the region of the terminal of the upper cone 1, while the outer conductor 4 of this coaxial supply line is conductively connected to the top of the lower cone. 2. Around the longitudinal axis

de l'antenne, qui s'étend verticalement et qui est iden- of the antenna, which extends vertically and is

tique à l'axe de symétrie de révolution, se trouvent dispo- to the axis of symmetry of revolution, are

sés trois suports cylindriques 5, 6 et 7 constitués en un matériau mousse et qui, au niveau de leurs bords supérieurs three cylindrical supers 5, 6 and 7 made of foam material and which at their upper edges

et inférieurs,sont adaptés à la forme biconique. Ces sup- and lower, are adapted to the biconical form. These

ports 5, 6 et 7 servent à recevoir trois feuilles de pola- ports 5, 6 and 7 are used to receive three sheets of pol-

risation 8, 9 et 10, qui entourent également de façon con- 8, 9 and 10, which also surround

centrique l'axe longitudinal. Un quatrième anneau de sup- centric the longitudinal axis. A fourth ring of

port 11, qui est également adapté à la forme conique et est constitué en un matériau mousse, est prévu pour la stabilisation. Les feuilles de polarisation 8, 9 et 10 sont port 11, which is also adapted to the conical shape and is made of a foam material, is provided for stabilization. The polarization sheets 8, 9 and 10 are

constituées respectivement par des bandes conductrices pa- constituted by respective conductive strips

rallèles, parmi lesquelles les bandes de la feuille inté- examples, including the strips of the

rieure de polarisation 8 sont inclinées d'environ 16 0, les bandes de la feuille médiane de polarisation 9 d'environ 32 et les bandes de la feuille de polarisation 8 are inclined by about 160, the bands of the middle polarization sheet 9 about 32 and the bands of the polarization sheet

d'environ 45 par rapport au plan horizontal. Les feuil- about 45 to the horizontal plane. The sheets

les de polarisation 8, 9 et 10 permettent d'obtenir une ro- polarization 8, 9 and 10 make it possible to obtain

tation de 45 , selon trois échelons, de la polarisation des zones électromagnétiques dans la bande supérieure de fréquences, c'est-à-dire dans-la bande X et dans la bande 45, in three steps, the polarization of the electromagnetic zones in the upper frequency band, ie in the X-band and in the band

Ku. Les feuilles de polarisation 8, 9 et 10 agissent uni- Ku. The polarization sheets 8, 9 and 10 act together

quement dans la bande X et dans la bande Ku. Dans la ban- only in the X band and in the Ku band. In the ban

de S, elles n'ont aucune action. La dimension verticale de l'ouverture dans l'exemple de réalisation représenté est égale à 0,65X0 et l'étendue horizontale de chacun des deux of S, they have no action. The vertical dimension of the opening in the embodiment shown is equal to 0.65 × 0 and the horizontal extent of each of the two

cônes 1 et 2 est égale à 0,770, À0 étant la longueur d'on- cones 1 and 2 is equal to 0.770, where A0 is the length of

de de service dans la zone S. On obtient par conséquent un of service in zone S. We therefore obtain a

angle d'ouverture d'environ 80 entre les deux cônes 1 et 2. opening angle of about 80 between the two cones 1 and 2.

L'antenne biconique est disposée à une distance The biconical antenna is arranged at a distance

déterminée au-dessus d'une plaque de base circulaire métal- determined above a circular metal base plate-

lique 12. Sur cette plaque de base métallique 12 est dispo- 12. This metal base plate 12 is

sé un anneau 13 constitué en un matériau absorbant et qui s'étend de façon enveloppante, depuis le bord de la plaque a ring 13 consisting of an absorbent material and extending in an enveloping manner from the edge of the plate

de base métallique 12 jusqu'au bord extérieur du cône infé- metal base 12 to the outer edge of the lower cone

rieur 2 et par conséquent possède une hauteur dimensionnée de telle sorte qu'il se termine au niveau du bord extérieur du cône inférieur 2. Le bord extérieur du cône inférieur 2 est relié par l'intermédiaire d'une partie conductrice 14 s'étendant verticalement, à la plaque de base 12, ce qui définit la distance entre l'antenne biconique et la plaque 2 and therefore has a height dimensioned so that it terminates at the outer edge of the lower cone 2. The outer edge of the lower cone 2 is connected via a conductive portion 14 extending vertically , to the base plate 12, which defines the distance between the biconical antenna and the plate

de base 12.basic 12.

L'antenne biconique conforme à l'invention est The biconical antenna according to the invention is

recouverte par un capot de protection diélectrique 15. covered by a dielectric cover 15.

A l'aide de l'antenne représentée dans l'exemple Using the antenna shown in the example

de réalisation, on peut satisfaire à une demande d'une po- of achievement, one can satisfy a request from a

larisation verticale dans la bande S et d'une polarisation inclinée à 450 dans la bande X et dans la bande Ku. On peut donc utiliser cette antenne comme antenne de transpondeur, qui reçoit les signaux dans la bande X et dans la bande K u et émet des signaux dans la bande S. Les signaux devant être vertical ligation in the S band and polarization inclined at 450 in the X band and in the Ku band. It is therefore possible to use this antenna as a transponder antenna, which receives the signals in the X band and in the band K u and transmits signals in the band S. The signals to be

reçus peuvent présenter une polarisation horizontale, verti- received may have horizontal, vertical polarization

cale, circulaire à gauche, et circulaire à droite. Une anten- hold, circular on the left, and circular on the right. An antenna

ne, qui est polarisée à 45 , reçoit tous ces signaux avec ne, which is polarized at 45, receives all these signals with

une perte théorique maximum de 3 dB par rapport à une an- theoretical loss of up to 3 dB from one year

tenne adaptée à la polarisation particulière. tenne adapted to the particular polarization.

Claims

1. Biconical omnidirectional antenna with symmetrical

of revolution involving food

of a coaxial line introduced from below into the centered position and whose inner conductor is connected to the top of the upper cone and whose conductor

outside is connected to the top of the lower cone,

born towards the top of the upper cone, characterized in that

between the two cones (1,2), but not in their

outside, are arranged one or more networks

polarizing envelopes (8,9,10) which are con-

each with narrow electrical conductors and

rallèles that are inclined relative to the horizontal plane.

2. Omnidirectional antenna according to the

1, characterized in that, in the case of the use of several polarization networks (8, 9, 10), the conductors of these networks are inclined differently.

and so that the inclination with respect to the hospi-

rizontal is minimal in the case of the innermost network

(8) and maximum in the case of the outermost network (10).

3. An omnidirectional antenna according to the

cation 1, characterized by the fact that in the case of

a single polarization network, the drivers

of this network are inclined at 45 to the horizontal plane

zontal.

4. An omnidirectional antenna according to the

2, characterized in that the conductors of the outermost polarization network (10) are inclined at 45.degree.

in relation to the horizontal plane.

5. Omnidirectional antenna according to the

4, characterized by the fact that three

polarization networks (8,9,10), for which the conductors

of the internal network (8) are inclined by about 16, the conductors of the median network (9) of about

external network conductors (10) of approximately 45

port to the horizontal plane.

6. Omnidirectional antenna according to any one

of claims 1 to 5, characterized by the fact

enveloping networks of polarization (8,9,10) are made in the form of polarization sheets of which

the conductors are constituted by bands.

7. Omnidirectional antenna according to any one

one of claims 1 to 6, characterized by the fact

that the sheets of polarization (8,9,10) are arranged

between supports (5, 6, 7, 11) made with an

nular and made of an insulating material and which are adapted, at their upper and lower edges, to the biconical form.

8. Omnidirectional antenna according to the

7, characterized in that the insulating material

lant supports (5,6,7,11) is a foam material.

9. Omnidirectional antenna according to any one

claims 8, characterized by the fact

that she has gone up a certain distance above

metal base plate (12) made with a circular shape

lar.

10. Antenna omnidirectional according to the

9, characterized in that a ring (13) is arranged above the metal base plate (12).

made of absorbent material and which extends,

surrounding, from the edge of the base

- 8

(12) to the edge of the lower cone (2) and

It has a height dimensioned so that it terminates at the outer edge of the lower side (2).

11. Omnidirectional antenna according to any one

one of claims 1 to 10, characterized by a

- vercle achieved 'by means of a dielectric protective cover

that (15): -

- 12. Omnidirectional antenna according to any one

conque of claims 1 to 11, characterized by an angle -

about 80 opening between the two cnes (1,2).

13. Omnidirectional antenna according to any one

one of claims 1 to 12, characterized by the fact

that the vertical dimension of the annular opening between the two cones is equal to about 0.65 times the length (X0) of the longest electromagnetic wave e to be transmitted.

14. Omnidirectional antenna according to any one

one of claims 1 to 13, characterized by its use

as a secondary radar transponder antenna

for vertically polarized S-band signals (2 to 4 GHz) and for X and K band

GHz) having any polarization.