FR2686193A1 - HIGH GAIN DIRECTIVE ANTENNA WITH RADIANT PART SUPPORTING HEAT. - Google Patents

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    • H01Q9/40Element having extended radiating surface

Abstract

La partie rayonnante (4) comporte un élément monopolaire massif, comprenant un pied (17) de faible hauteur fixé au plan de masse (9) et une aile rayonnante large (18) s'étendant parallèlement au plan de masse (9) à proximité de celle-ci. L'aile rayonnante (18) est reliée au pied (17) par sa partie centrale (16) et, à la partie d'excitation (6), près de son bord (8). L'antenne peut être utilisée à bord d'aéronefs et d'engins soumis à des élévations de température importantes.The radiating part (4) comprises a solid monopolar element, comprising a foot (17) of low height fixed to the ground plane (9) and a wide radiating wing (18) extending parallel to the ground plane (9) nearby of it. The radiating wing (18) is connected to the foot (17) by its central part (16) and, to the excitation part (6), near its edge (8). The antenna can be used on board aircraft and machines subjected to significant temperature rises.

Description

1 -1 -

ANTENNE DIRECTIVE A GAIN ELEVE ETHIGH GAIN DIRECTIVE ANTENNA

A PARTIE RAYONNANTE SUPPORTANT LA CHALEUR  WITH RADIANT PART SUPPORTING HEAT

La présente invention concerne une antenne à partie  The present invention relates to a part antenna

rayonnante supportant la chaleur.radiant supporting heat.

On utilise une telle antenne à bord d'aéronefs et d'engins animés d'une grande vitesse, soumis à des élévations de température importantes, pour les communications de toutes sortes entre ces aéronefs et notamment le sol ou des satellites ainsi que pour leur  Such an antenna is used on board high speed aircraft and animated vehicles, subjected to significant temperature increases, for communications of all kinds between these aircraft and in particular the ground or satellites as well as their

navigation, leur pilotage, leur poursuite, par exemple.  navigation, their piloting, their pursuit, for example.

L'antenne de l'invention peut émettre et recevoir sur une fréquence centrale située dans une large plage allant de quelques centaines de M Hz à quelques G Hz, mais avec une bande passante relativement large, de l'ordre  The antenna of the invention can transmit and receive on a central frequency situated in a wide range from a few hundred M Hz to a few G Hz, but with a relatively wide bandwidth, of the order

de 10 à 15 % de cette fréquence centrale.  from 10 to 15% of this central frequency.

L'antenne de l'invention doit surtout pouvoir supporter des températures dépassant 1 000 degrés C. On connaît déjà, par le document FR-A- 8909298, au nom de la demanderesse, une antenne à partie rayonnante, comportant un élément monopolaire massif, comprenant un pied de faible hauteur directement fixé à un plan de masse et une aile rayonnante large qui s'étend parallèlement au plan de masse à proximité de celui-ci et est reliée à lui par le pied, pouvant être soumis à des conditions de température sévères, et à partie d'excitation, reliée électriquement à l'aile rayonnante, éloignée de celle-ci Grâce à sa configuration écrasée, cette antenne monopolaire peut facilement être noyée  The antenna of the invention must above all be able to withstand temperatures exceeding 1000 degrees C. We already know, from document FR-A-8909298, in the name of the applicant, an antenna with a radiating part, comprising a massive monopolar element, comprising a foot of low height directly attached to a ground plane and a wide radiating wing which extends parallel to the ground plane close to it and is connected to it by the foot, which can be subjected to temperature conditions severe, and with excitation part, electrically connected to the radiating wing, distant from it Thanks to its crushed configuration, this monopolar antenna can easily be drowned

dans un fuselage ou un revêtement protecteur de celui-  in a fuselage or a protective covering thereof

2 - ci, pour que son aile rayonnante soit en retrait par rapport à sa surface externe ou l'affleure et ne pas  2 - this, so that its radiating wing is set back from its external surface or is flush with it and does not

être ainsi trop soumise aux élévations de température.  thus be too subject to temperature rises.

Grâce à l'étendue de son aile rayonnante et à son caractère massif, cette antenne présente une bonne bande passante Cependant l'antenne de ce document antérieur, dont l'aile rayonnante prolonge le pied et dont la partie d'excitation est reliée au centre de l'aile  Thanks to the extent of its radiating wing and its massive character, this antenna has a good bandwidth However the antenna of this previous document, whose radiating wing extends the foot and whose excitation part is connected to the center wing

rayonnante, a un diagramme de rayonnement quasi-  radiant, has a near-radiation pattern

hémisphérique et son gain n'est pas très élevé, de l'ordre de 3 d B; elle n'est donc pas très bien adaptée à certaines applications qui exigent des antennes directives à gain élevé, comme la radioaltimétrie, par  hemispherical and its gain is not very high, of the order of 3 d B; it is therefore not very well suited to certain applications which require high gain directional antennas, such as radio altimetry, by

exemple.example.

La présente invention vise donc à proposer une antenne monopolaire modifiée et adaptée aux applications envisagées. A cet effet, l'invention concerne une antenne du type défini ci-dessus, caractérisée par le fait que l'aile rayonnante est reliée au pied par sa partie sensiblement  The present invention therefore aims to propose a modified monopolar antenna adapted to the envisaged applications. To this end, the invention relates to an antenna of the type defined above, characterized in that the radiating wing is connected to the foot by its substantially part

centrale et, à la partie d'excitation, près de son bord.  central and, at the excitation part, near its edge.

Ainsi agencée, l'antenne de l'invention peut avoir un gain de 10 d B dans son axe, avec une ouverture angulaire à-3 d B de l'ordre de 50 degrés dans le plan E d'excitation contenant le champ électrique et de 60 degrés dans un plan H perpendiculaire au plan E. On notera qu'il était connu une antenne dite "Imicrostrip", à disque de cuivre rayonnant imprimé sur un côté d'un substrat, à plan de masse déposé de l'autre côté du substrat et à mise à la masse du disque rayonnant en son centre Mais, pour l'appréciation de l'activité inventive impliquée dans l'invention de la 3 - présente demande, cette technique "microstrip" ne doit pas être prise en compte L'état de la technique ne peut concerner que les antennes supportant de sévères conditions de température Ce n'est pas le cas des antennes "microstrip", dont les couches de cuivre imprimées se décolleraient à la chaleur En outre, pour proposer son antenne du document FR-A-8909298, de laquelle elle est partie pour proposer celle de la présente demande, la demanderesse avait déjà écarté la technique des antennes "microstrip" Elle n'avait donc aucune raison, pour résoudre son nouveau problème, d'entreprendre une démarche inverse de celle qui l'avait conduite à sa première invention Et si, par impossible, il n'était pas admis que les antennes "microstrip" doivent être écartées de l'état de la technique, alors, cette démarche inverse serait précisément un gage  Thus arranged, the antenna of the invention can have a gain of 10 d B in its axis, with an angular opening at -3 d B of the order of 50 degrees in the excitation plane E containing the electric field and of 60 degrees in a plane H perpendicular to the plane E. It will be noted that there was known an antenna known as "Imicrostrip", with radiating copper disc printed on one side of a substrate, with ground plane deposited on the other side of the substrate and the earthing of the radiating disc at its center But, for the assessment of the inventive activity involved in the invention of 3 - present application, this "microstrip" technique should not be taken into account L state of the art can only relate to antennas supporting severe temperature conditions This is not the case of "microstrip" antennas, whose printed copper layers would peel off with heat In addition, to offer its document antenna FR-A-8909298, from which it left for propose that of the present application, the plaintiff had already discarded the technique of "microstrip" antennas. It therefore had no reason, to solve its new problem, to take an opposite approach to that which had led it to its first invention. And if, by impossible, it was not admitted that the "microstrip" antennas must be discarded from the state of the art, then, this reverse approach would be precisely a pledge

d'activité inventive.inventive step.

Dans une forme de réalisation intéressante de l'antenne de l'invention, l'aile rayonnante est reliée à la partie d'excitation en deux ou quatre points, deux à deux angulairement espacés de 90 degrés et excités avec la même amplitude et en quadrature de phase, le champ rayonné par l'antenne, avec ces quadratures spatiales et  In an interesting embodiment of the antenna of the invention, the radiating wing is connected to the excitation part at two or four points, two by two angularly spaced 90 degrees and excited with the same amplitude and in quadrature phase, the field radiated by the antenna, with these spatial quadratures and

temporelles, ayant alors une polarisation circulaire.  temporal, then having a circular polarization.

Avantageusement, l'élément monopolaire est réalisé d'une  Advantageously, the monopolar element is made of a

seule pièce.single piece.

Avantageusement encore, l'élément monopolaire est disposé à l'intérieur d'un boitier fermé par un radôme affleurant la surface externe de plaques de protection  Advantageously also, the monopolar element is disposed inside a case closed by a radome flush with the external surface of protective plates

thermique d'un fuselage d'aéronef.thermal of an aircraft fuselage.

Dans ce cas, le fond du boîtier peut constituer le plan de masse de l'antenne, l'élément monopolaire et le -4 - boîtier peuvent être réalisés d'une seule pièce et, même, le bo Utier, l'élément monopolaire et une plaque de protection thermique peuvent être réalisés d'une seule pièce. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la  In this case, the bottom of the box can constitute the ground plane of the antenna, the monopolar element and the box can be made in one piece and, even, the Utier box, the monopolar element and a thermal protection plate can be made in one piece. The invention will be better understood using the

description suivante d'une forme de réalisation de  following description of an embodiment of

l'antenne de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente une vue en coupe de l'antenne et  the antenna of the invention, with reference to the attached drawing, in which FIG. 1 represents a sectional view of the antenna and

la figure 2 une vue de dessus de l'aile rayonnante.  Figure 2 a top view of the radiating wing.

L'antenne qui va être décrite est montée sur le fuselage d'un aéronef, recouvert de plaques de protection thermique 2 fixées au fuselage par des entretoises, non représentées. L'antenne comporte une partie rayonnante 4, une partie d'excitation et un jeu de, ici deux, câbles coaxiaux  The antenna which will be described is mounted on the fuselage of an aircraft, covered with thermal protection plates 2 fixed to the fuselage by spacers, not shown. The antenna comprises a radiating part 4, an excitation part and a set of, here two, coaxial cables

d'alimentation 6.supply 6.

La partie rayonnante 4 est logée dans un boîtier conducteur 7, fixé au fuselage par des entretoises, non représentées, et glissé entre des plaques de protection 2. Le bottier récepteur de l'antenne comporte un fond plat 9 et une paroi cylindrique 10 A proximité du bord libre de la paroi 10, s'étend, extérieurement à elle, un épaulement annulaire 12 de réception des plaques 2 La paroi des plaques de protection thermique 2, adjacentes au bottier 7, est conformée, à proximité du boîtier 7, pour présenter une portion d'évidement annulaire 14 de réception d'un radôme de protection 15, affleurant la  The radiating part 4 is housed in a conductive housing 7, fixed to the fuselage by spacers, not shown, and slid between protective plates 2. The antenna receiving boot has a flat bottom 9 and a cylindrical wall 10 Nearby from the free edge of the wall 10, extends, externally to it, an annular shoulder 12 for receiving the plates 2 The wall of the thermal protection plates 2, adjacent to the case 7, is shaped, near the housing 7, to present an annular recess portion 14 for receiving a protective radome 15, flush with the

surface externe des plaques 2 et fermant le boîtier 7.  external surface of the plates 2 and closing the housing 7.

La partie rayonnante 4 de l'antenne est constituée d'un élément monopolaire massif comprenant un pied 17, de faible hauteur, ici perpendiculaire au fond 9 du boîtier, et une aile rayonnante plane 18 s'étendant parallèlement au fond 9 du boîtier, en retrait par rapport au radôme de protection 15 L'aile rayonnante 18 a ici une forme de disque et elle est reliée au pied 17, ici cylindrique, par une partie centrale 16 donc aussi  The radiating part 4 of the antenna consists of a massive monopolar element comprising a foot 17, of low height, here perpendicular to the bottom 9 of the housing, and a planar radiating wing 18 extending parallel to the bottom 9 of the housing, shrinkage with respect to the protective radome 15 The radiating wing 18 has here the shape of a disc and it is connected to the foot 17, here cylindrical, by a central part 16 therefore also

en forme de disque, mais plus petit.  disc-shaped, but smaller.

L'élément monopolaire 4 est massif et est formé d'une  The monopolar element 4 is massive and is formed of a

seule pièce.single piece.

La partie d'excitation de l'élément monopolaire 4 est éloignée de la partie rayonnante 4 de l'antenne Dans l'exemple considéré, elle est fixée sous le fuselage par  The excitation part of the monopolar element 4 is distant from the radiating part 4 of the antenna. In the example considered, it is fixed under the fuselage by

des attaches.ties.

Cette partie d'excitation est en fait constituée d'un organe de répartition en amplitude et en phase, sur deux points d'excitation 24, 24 ' de la puissance arrivant par un connecteur L'alimentation des phases, entre le répartiteur et les deux points de l'aile rayonnante 18, s'effectue par les âmes conductrices 25 des deux câbles coaxiaux 6, dont les gaines conductrices extérieures 26, qui affleurent le fond 9 du boîtier auquel, d'un côté, elles sont fixées, sont portées à la masse Le fond 9 du boîtier 7 forme donc le plan de masse de l'élément monopolaire 4 et le pied 17 sert à mettre l'aile rayonnante 18 à la masse De l'autre côté, les gaines 26 des câbles 6 traversent le fuselage et sont reliées au  This excitation part is in fact made up of an amplitude and phase distribution member, on two excitation points 24, 24 ′ of the power arriving by a connector. The phase supply, between the distributor and the two points of the radiating wing 18, is effected by the conductive cores 25 of the two coaxial cables 6, including the outer conductive sheaths 26, which are flush with the bottom 9 of the housing to which, on one side, they are fixed, are brought to ground The bottom 9 of the housing 7 therefore forms the ground plane of the monopolar element 4 and the base 17 serves to ground the radiating wing 18 On the other side, the sheaths 26 of the cables 6 pass through the fuselage and are connected to

répartiteur.distributor.

6 - Les deux points d'excitation 24, 24 ' sont situés près du bord 8 du disque rayonnant 18 et sont angulairement  6 - The two excitation points 24, 24 'are located near the edge 8 of the radiating disc 18 and are angularly

espacés de 90 degrés Ils sont en quadrature spatiale.  spaced 90 degrees They are in spatial quadrature.

L'alimentation des deux points 24, 24 ', par le répartiteur, est ici telle qu'ils sont en quadrature de phase (déphasage de 90 degrés) Ainsi, le champ rayonné par l'antenne qui vient d'être décrite, avec deux points d'excitation en quadratures spatiale et temporelle, a  The supply of the two points 24, 24 ', by the distributor, is here such that they are in phase quadrature (phase shift of 90 degrees) Thus, the field radiated by the antenna which has just been described, with two excitation points in spatial and temporal quadratures, a

une polarisation circulaire.circular polarization.

Les câbles coaxiaux 6 sont remplis d'un matériau isolant, du type céramique résistant aux hautes températures. Les plaques de protection thermique 2 et le boîtier 7 sont en matériau réfractaire conducteur, par exemple  The coaxial cables 6 are filled with an insulating material, of the ceramic type resistant to high temperatures. The thermal protection plates 2 and the housing 7 are made of conductive refractory material, for example

composite, à base de carbone protégé contre l'oxydation.  composite, carbon based protected against oxidation.

L'élément monopolaire rayonnant est, par exemple, en matériau métallique ou composite, conducteur et protégé  The radiating monopolar element is, for example, of metallic or composite material, conductive and protected

contre l'oxydation.against oxidation.

L'antenne qui vient d'être décrite a un diagramme de rayonnement directif dans son axe 5; sa partie rayonnante 4 peut être soumise à des conditions de température sévères, par exemple provoquées par de grandes vitesses ou une rentrée dans les couches de  The antenna which has just been described has a directional radiation diagram in its axis 5; its radiating part 4 may be subjected to severe temperature conditions, for example caused by high speeds or re-entry into the layers of

l'atmosphère; sa bande passante est satisfaisante.  the atmosphere; its bandwidth is satisfactory.

Dans une variante de réalisation, le disque rayonnant 18  In an alternative embodiment, the radiating disc 18

pourrait ne comporter qu'un seul point d'excitation.  could have only one excitation point.

Dans ce cas, la polarisation serait linéaire Il pourrait aussi, pour une polarisation circulaire encore, en comporter quatre, en deux paires, deux à deux angulairement espacés de 90 degrés et excités avec la même amplitude et en quadrature de phase, ces points -7- d'excitation étant en quadratures spatiale et temporelle Dans d'autres variantes de réalisation encore, à performances comparables, la géométrie de l'aile rayonnante est sensiblement différente, avec une surface, dans le plan d'excitation, elliptique, carrée, rectangulaire ou polygonale De même, l'aile rayonnante pourrait être légèrement décentrée par rapport au pied  In this case, the polarization would be linear. It could also, for a circular polarization still, include four, in two pairs, two by two angularly spaced 90 degrees and excited with the same amplitude and in phase quadrature, these points -7 - excitation being in spatial and temporal quadratures In other alternative embodiments, with comparable performance, the geometry of the radiating wing is significantly different, with a surface, in the excitation plane, elliptical, square, rectangular or polygonal Similarly, the radiating wing could be slightly off center relative to the foot

de mise à la masse.grounding.

-8 --8 -

Claims (5)

REVENDICATIONS 1 Antenne à partie rayonnante ( 4), comportant un élément monopolaire massif, comprenant un pied ( 17) de faible hauteur directement fixé à un plan de masse ( 9) et une aile rayonnante ( 18) large qui s'étend parallèlement au plan de masse ( 9) à proximité de celui-ci et est reliée à lui par le pied ( 17), pouvant être soumis à des conditions de température sévères, et à partie d'excitation, reliée électriquement à l'aile rayonnante ( 18), éloignée de celle-ci, caractérisée par le fait que l'aile rayonnante ( 18) est reliée au pied ( 17) par sa partie sensiblement centrale ( 16) et, à la partie  1 antenna with a radiating part (4), comprising a massive monopolar element, comprising a foot (17) of low height directly fixed to a ground plane (9) and a wide radiating wing (18) which extends parallel to the plane of mass (9) close to it and is connected to it by the foot (17), which can be subjected to severe temperature conditions, and with excitation part, electrically connected to the radiating wing (18), remote from it, characterized in that the radiating wing (18) is connected to the foot (17) by its substantially central part (16) and, to the part d'excitation ( 6), près de son bord ( 8).  excitation (6), near its edge (8). 2 Antenne selon la revendication 1, dans laquelle l'aile rayonnante ( 18) est reliée à la partie d'excitation en au moins une paire de deux points  2 antenna according to claim 1, wherein the radiating wing (18) is connected to the excitation part at least a pair of two points ( 24,24 ') en quadratures spatiale et temporelle.  (24.24 ') in spatial and temporal quadratures. 3 Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, dans  3 antenna according to one of claims 1 and 2, in laquelle l'élément monopolaire ( 4) est réalisé d'une  which the monopolar element (4) is made of seule pièce.single piece. 4 Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, dans  4 antenna according to one of claims 1 to 3, in laquelle l'élément monopolaire ( 4) est disposé à l'intérieur d'un boîtier ( 7) fermé par un radôme ( 15) affleurant la surface externe de plaques de  which the monopolar element (4) is arranged inside a housing (7) closed by a radome (15) flush with the external surface of plates of protection thermique ( 2) d'un fuselage d'aéronef.  thermal protection (2) of an aircraft fuselage. Antenne selon la revendication 4, dans laquelle le fond ( 9) du boîtier ( 7) constitue le plan de masse de l'antenne. 9 -  Antenna according to claim 4, in which the bottom (9) of the housing (7) constitutes the ground plane of the antenna. 9 - 6 Antenne selon l'une des revendications 1 à 5, dans  6 antenna according to one of claims 1 to 5, in laquelle l'aile rayonnante ( 18) a la forme d'un disque.  which the radiating wing (18) has the shape of a disc.
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