FR2914787A1 - Systeme antennaire pour porteur mobile - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système antennaire pour porteur mobile (40). Il s'agit d'un support (2) sur lequel sont fixées des antennes (4). Le support (2) peut être fixé sur un porteur mobile (40), par exemple un hélicoptère. Les antennes (4) sont proéminentes et fixées sur un flanc protégé des ondes (44) réfléchies ou diffractées par le porteur (40). Au moins une partie du support (2), électriquement conductrice, permet cette protection électromagnétique. Des câbles électriques (6) raccordent une ou plusieurs antennes (4) à un dispositif de traitement (41) intégré au porteur.

Description

Système antennaire pour porteur mobile

La présente invention concerne un système antennaire pour porteur mobile. Elle s'applique notamment à tout système d'émission et de réception de signaux radioélectriques mettant en oeuvre des antennes aéroportées et notamment à ceux destinés à l'analyse spectrale et à la localisation d'émetteurs de signaux. Les applications peuvent être à bande spectrale étroite ou à large bande spectrale.

Les applications de télécommunications opérant sur une large bande de fréquences, par exemple de 20MHz à 3GHz, nécessitent généralement l'emploi de plusieurs antennes ou réseaux d'antennes. De plus, certaines applications particulières, notamment l'analyse d'un spectre de fréquences dans une zone géographique, nécessitent d'embarquer les antennes ou les réseaux d'antennes sur un porteur mobile, par exemple sur un porteur de type aéronef. Dans le cas de systèmes antennaires aéroportés, une solution connue est d'installer des antennes directement sur le fuselage du porteur. Un premier inconvénient de cette solution est l'exposition des antennes à des rayonnements électromagnétiques ou échos parasites. En effet, lorsque des ondes issues d'un émetteur arrivent au niveau du porteur, une partie de leur énergie est réfléchie ou diffractée soit par le fuselage, soit par des éléments situés à proximité des antennes, créant des ondes électromagnétiques parasites qui se mêlent aux ondes directes émises par l'émetteur. Dans ces conditions, les signaux captés par les antennes sont difficilement exploitables, notamment dans le cas de systèmes antennaires de réception dédiés à la localisation d'émissions radioélectriques, pour lesquels une phase de calibrage des antennes avec le porteur devient nécessaire. De même, pour des systèmes antennaires d'émission réalisant du pointage ou du balayage de faisceau, la tenue des performances de tels systèmes est également conditionnée par une phase de calibrage avec le porteur. Un deuxième inconvénient de cette solution concerne l'installation d'un réseau d'antennes directement sur le porteur. Celle-ci nécessite autant de points de fixation et de passages de câbles sur le fuselage que d'antennes, ce qui n'est pas toujours acceptable, ni compatible avec la forme du porteur et peut rendre l'installation des antennes difficile à mettre en oeuvre. De plus, une fois l'installation réalisée, celle-ci est figée (notamment le type d'antenne et la géométrie du réseau) et ne peut évoluer qu'en ajoutant des points supplémentaires de fixation et de passages de câbles dans le fuselage du porteur. Cette solution n'est ni évolutive, ni modulaire. Un troisième inconvénient de cette solution apparaît lorsqu'un réseau d'antennes de type unipolaire doit être installé sur un porteur ne disposant pas d'une surface conductrice de dimensions suffisantes. En effet, dans une telle configuration, le réseau d'antennes peut s'avérer inexploitable à cause de trop nombreux signaux ou échos parasites. Les inconvénients précités sont rencontrés de manière générale sur tout type de porteur mobile qu'il soit terrestre, naval ou aéroporté. Un but de l'invention est de pallier un ou plusieurs inconvénients précités en proposant un système antennaire comportant au moins les éléments suivants : o des moyens de fixation à un porteur mobile et un support sur lequel sont fixées une ou plusieurs antennes, o des câbles raccordant la ou les antennes à un dispositif de 20 traitement, o le support comporte au moins deux flancs, un premier flanc et un second flanc, o la ou les antennes sont fixées sur le second flanc constitué d'un matériau électriquement conducteur, 25 o le second flanc est masqué, au moins en partie, du porteur par le premier flanc, o les antennes sont proéminentes. Les antennes sont de type unipolaire. Elles peuvent être des monopôles, des monocônes, de type sabre ou de tout autre type à caractère 30 unipolaire. Les antennes de type sabre sont particulièrement bien adaptées à l'invention proposée car elles sont spécifiquement conçues pour des applications aéroportées. Le support doit être dimensionné de manière à assurer un fonctionnement radioélectrique optimal de la ou des antennes utilisées. La 35 forme et les dimensions du support sont choisis principalement en fonction du ou des types d'antennes utilisées, de la géométrie du ou des réseaux d'antennes, de la ou des bandes de fréquence traitées, des performances attendues et des contraintes d'installation. Selon l'application choisie et les traitements vectoriels utilisés, la géométrie des réseaux prend différentes formes. Selon un mode de réalisation, les antennes peuvent être disposées sur un ou plusieurs cercles, les cercles étant par exemple imbriqués l'un dans l'autre, disposés de manière concentrique, ou tel que leurs centres soient séparés deux à deux d'une distance supérieure à la somme des rayons des deux cercles. Sans sortir du cadre de l'invention, toute autre géométrie telle qu'un réseau d'antennes linéaire, lacunaire ou en flèche est applicable. Selon un mode de réalisation, les moyens de fixation à un porteur mobile sont composés d'un mât et d'une tête de fixation. Le mât est raccordé à la tête de fixation qui est adaptée à s'arrimer sur un porteur. Le système antennaire selon l'invention est monté sur la tête de fixation par l'intermédiaire du support. L'invention a également pour objet un porteur aérien portant un système antennaire selon l'invention. Le porteur aérien peut être, par exemple, un hélicoptère, un aéronef, ou un ballon captif. Un des avantages des émissions/réceptions de signaux effectuées à partir de systèmes aéroportés est le gain en puissance ou en portée obtenu par rapport aux systèmes d'émissions/réceptions au sol, les effets d'atténuation dus au terrain étant évités. Pour certaines applications, la forme du support peut être profilée et le système antennaire peut être enveloppé par un radôme, protégeant ainsi les antennes et améliorant les qualités aérodynamiques du système antennaire.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de 30 la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : la figure 1, une vue de dessous d'un mode de réalisation du support d'antennes selon l'invention comportant deux réseaux d'antennes disjoints, la figure 2, une vue en coupe verticale d'un mode de réalisation du support d'antennes selon l'invention comportant deux réseaux d'antennes disjoints, les figures 3a et 3b, deux exemples de configuration du support 5 d'antennes selon l'invention, - la figure 4, une illustration d'une application de l'invention.

Les figures 1 et 2 présentent un mode de réalisation du système antennaire selon l'invention comportant un support pourvu de deux réseaux 10 d'antennes disjoints. La figure 1 est une vue de dessous du support avec une représentation des moyens de fixation d'antennes, et la figure 2 est une vue en coupe verticale dans laquelle des antennes sont fixées sur le support. Le système antennaire 1 comporte un support 2 sur lequel des éléments de fixation 3 d'antennes 4 sont réalisés sur son flanc S2. Les 15 éléments de fixation 3 sont, dans l'exemple, placés selon deux réseaux disjoints N1 et N2. Le support 2 comporte également des orifices 5, disposés de préférence au niveau de connecteurs de sortie des antennes 4. Dans l'exemple de la figure 2, les antennes 4 sont de type sabre . Des câbles 6 électriques et/ou hyperfréquences sont raccordés aux antennes 4. Le 20 système antennaire 1 comprend un système de fixation 7, composé dans l'exemple d'un mât 8 et d'une tête de fixation 9 adaptée à un porteur. Le support 2 est électriquement conducteur au moins sur son flanc S2. Le choix du ou des matériaux du support 2 dépend notamment des contraintes environnementales et de poids. Il peut être réalisé en alliage 25 léger, comme l'aluminium par exemple, ou avec un matériau composite métallisé. Le matériau conducteur réalisant le flanc S2 du support 2 constitue notamment une masse électrique pour les antennes 4 et assure la continuité électrique entre les antennes 4. L'utilisation du support 2 permet d'éliminer en partie ou en totalité les rayonnements parasites liés aux phénomènes de 30 réflexion ou de diffraction sur le porteur. En fonction des dimensions du support 2 vis-à-vis du porteur, les perturbations engendrées par ce dernier sur les signaux radioélectriques sont minimisées, jusqu'à, dans certains cas et pour des systèmes antennaires dédiés à des applications de localisation d'émissions radioélectriques, rendre facultative une phase de calibrage des 35 antennes 4 avec le porteur. Dans certains cas particuliers, l'utilisation d'un tel support permet également d'éliminer certaines émissions ou signaux parasites provenant du flanc S1 opposé au flanc S2. Le support 2 est rigide, le plus souvent de forme aplatie et de préférence profilé afin de diminuer la traînée induite lors du mouvement du porteur. La taille du support 2 est principalement choisie en fonction de la bande de fréquences d'application et des performances attendues, de basses fréquences de travail nécessitant des réseaux d'antennes larges. Le support 2 peut être creux ou plein. Par exemple, la structure du support 2 est une armature métallique enveloppée par des plaques de matériau conducteur. Si le support 2 est plein, il peut néanmoins comporter un ou plusieurs conduits adaptés au passage des câbles 6 à l'intérieur. Dans une variante de l'invention, les câbles 6 passent à l'extérieur du support 2, diminuant de ce fait les contraintes de réalisation de la structure intérieure du support 2. Selon une autre variante de réalisation, le support 2 se résume à une simple plaque de matériau sur laquelle sont fixées les antennes 4. Dans ce cas, les câbles 6 sont canalisés à l'extérieur de la plaque. Les éléments de fixation 3 peuvent être constitués de simples trous taraudés ou de tout autre moyen permettant de fixer une antenne sur le support 2. Avantageusement, les éléments de fixation 3 sont adaptés au retrait rapide des antennes 4. Les orifices 5 permettent le passage de câbles 6 à travers le support 2. Si pour un élément de fixation 3 donné, aucune antenne n'est fixée, il est possible de placer un cache 10 obturant l'orifice 5, permettant ainsi de préserver les propriétés électromagnétiques du support 2. Le système de fixation 7 a pour fonction d'arrimer le support 2 sur un porteur mobile. De multiples formes de moyens de fixation au porteur sont envisageables. Dans certains cas, notamment lorsque le support 2 est particulièrement grand, et pour gagner en stabilité, plusieurs points de fixation au porteur mobile sont prévus. Les câbles 6 sont le plus souvent raccordés à un système extérieur au support 2, c'est pourquoi, dans un mode de réalisation illustré en figures 2 et 3, les câbles 6 passent dans le mât de fixation 8 pour sortir au niveau de la tête de fixation 9. Le nombre et la disposition des antennes 4 sur le support 1 sont choisis notamment en fonction de l'application visée et des performances attendues. Par exemple, pour des systèmes antennaires de réception large bande dédiés à des applications de localisation d'émissions radioélectriques, il est possible de répartir cinq antennes régulièrement sur un cercle, ce qui permet d'obtenir une couverture spatiale de 360 . Cette géométrie peut également être utilisée pour des systèmes antennaires d'émission réalisant du pointage ou du balayage de faisceau. Pour couvrir un spectre de fréquences plus large, on peut également placer plusieurs réseaux d'antennes 4 en cercles, les cercles d'antennes 4 étant, par exemple, séparés les uns des autres, ou encore imbriqués, voire concentriques. Sans sortir du cadre de l'invention, toute autre géométrie telle qu'un réseau d'antenne linéaire, lacunaire ou en flèche est applicable.

Les figures 3a et 3b présentent deux exemples de configuration du système antennaire selon l'invention. Dans la figure 3a, un premier réseau d'antennes N11 est placé sur le support 2, séparé d'un second réseau N12. Une distance 32 sépare une extrémité du premier réseau d'antennes N11 d'une extrémité du second réseau d'antennes N12. Plus cette distance 32 est grande, plus les phénomènes de masquage et de couplage entre ces deux réseaux sont minimisés. Par contre, cette distance 32 est limitée par les contraintes d'intégration sur le porteur. Dans le cas d'un porteur ayant de petites dimensions, une configuration imbriquée, dont un exemple est présenté en figure 3b, peut être choisie au détriment d'une dégradation des phénomènes de masquage et de couplage entre les deux réseaux d'antennes. Les antennes du premier réseau N11 sont réparties régulièrement sur un cercle d'un diamètre 31 correspondant à une utilisation prévue sur une première bande de fréquences B1. Le second réseau N12 est configuré selon un cercle d'un diamètre 33 supérieur au diamètre 31. Le réseau N12 est donc adapté à opérer sur une bande de fréquences B2 inférieure à B1. La combinaison des deux réseaux d'antennes N11 et N12 permet ainsi de couvrir une bande de fréquences plus large qu'avec un seul réseau. Une autre configuration analogue est illustrée en figure 3b, avec les réseaux N21 et N22 disposés selon deux cercles concentriques. Cette configuration s'applique notamment aux porteurs de petites dimensions. Pour rendre le support modulaire, évolutif et compatible avec plusieurs applications, il est possible de façonner autant d'éléments de fixation 3 que nécessaire pour l'ensemble de ces applications. Ainsi, lorsque le support 2 change d'utilisation, certaines antennes 4 sont déplacées, retirées ou ajoutées et des caches 10 sont appliqués sur les éléments de fixation 3 non utilisés. Il est également possible de changer de système antennaire 1 sans avoir à modifier ou ajouter d'éléments de fixation 3 supplémentaires dans le fuselage du porteur mobile en changeant le support 2 et en conservant le système de fixation 7 sur le porteur. La figure 4 présente une application possible du système antennaire selon l'invention. Il s'agit dans cet exemple d'une application d'observation et de localisation de signaux radioélectriques utilisant un système antennaire aéroporté large bande. Un hélicoptère 40 embarque un dispositif de traitement 41 de signaux et un système antennaire 1 selon l'invention comportant des antennes 4 de type sabre. Le système antennaire 1 est fixé de manière à ce que le flanc S2 (figure 2) du support 2 sur lequel sont disposées les antennes 4 soit protégé, au moins en partie, des rayonnements électromagnétiques parasites diffusés ou diffractés par le porteur. Dans l'exemple, le support 2 est fixé sous le fuselage, le flanc S2 portant les antennes 4 étant masqué, au moins en partie, du porteur mobile 40 par le flanc opposé S1. Les câbles 6 sont raccordés d'une part aux antennes 4, et d'autre part au dispositif de traitement 41. Des signaux 42 provenant d'un émetteur au sol 43 sont captés par les antennes 4. Les signaux 42 sont transmis au dispositif de traitement 41 via les câbles 6. Grâce à la présence du support 2, les ondes réfléchies ou diffractées 44 par l'hélicoptère 40 sont en grande partie éliminées, diminuant ainsi les perturbations à la réception des signaux 42. Le système antennaire 1 peut également être utilisé pour émettre des signaux. Dans ce cas, les signaux à émettre proviennent du dispositif de traitement 41 et sont acheminés via les câbles 6 jusqu'aux antennes 4. Un avantage de l'invention est d'éviter une intervention lourde d'installation de chacune des antennes sur le porteur mobile puisque comme seul le support doit y être fixé, une seule opération est nécessaire pour fixer un système antennaire sur un porteur mobile. Le support apporte une grande souplesse d'utilisation au porteur mobile, toutes les antennes étant placées ou retirées en même temps lorsque le support est fixé ou retiré du porteur. Un autre avantage du support d'antennes selon l'invention est de décorrèler, en partie, le type de porteur mobile du besoin de l'utilisateur d'antennes. En effet, une fois qu'une disposition idoine des antennes a été décidée et mise en oeuvre sur un support en vue d'une application particulière, ce support peut potentiellement être fixé successivement sur plusieurs porteurs différents, sous réserve toutefois que lesdits porteurs soient équipés des moyens de fixation adaptés.

L'utilisation d'antennes unipolaires permet de réduire la hauteur et donc l'encombrement d'un système antennaire, facilitant ainsi son intégration sur tout type de porteur. Cela est très important par exemple pour le respect du gabarit routier des porteurs mobiles terrestres et pour le respect de la garde au sol des porteurs mobiles aériens. Le fait d'utiliser des antennes ~o unipolaires nécessite la présence d'un support conducteur. Or, la réalisation d'un système antennaire selon l'invention permet l'utilisation d'antennes unipolaires sur tout type de porteur disposant ou ne disposant pas de surface conductrice grâce à l'utilisation d'un support conducteur.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Système antennaire (1) caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants : o des moyens de fixation (7) à un porteur mobile (40) et un support (2) sur lequel sont fixées une ou plusieurs antennes (4), o des câbles (6) raccordant la ou les antennes (4) à un dispositif de traitement (41), o le support comporte au moins deux flancs, un premier flanc (Si) et un second flanc (S2), o la ou les antennes (4) sont fixées sur le second flanc (S2) constitué d'un matériau électriquement conducteur, o le second flanc (S2) est masqué, au moins en partie, du porteur (40) par le premier flanc (SI), o les antennes (4) sont proéminentes.

2. Système antennaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme du support (2) est profilée.

3. Système antennaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les antennes (4) sont de type unipolaire.

4. Système antennaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ou les antennes (4) sont de type sabre.

5. Système antennaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (2) comporte un ou plusieurs réseaux d'antennes (4). 30

6. Système antennaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que la géométrie d'un réseau d'antennes (4) est choisie parmi l'une des géométries suivantes : o une géométrie circulaire, o une géométrie linéaire,25o une géométrie lacunaire, o une géométrie en flèche.

7. Système antennaire selon la revendication 6 caractérisé en ce que le support (2) comporte au moins deux réseaux à géométrie circulaire imbriqués l'un dans l'autre.

8. Système antennaire selon la revendication 6 caractérisé en ce que le support (2) comporte au moins deux réseaux à géométrie circulaire en cercles, les centres des cercles étant séparés deux à deux d'une distance supérieure à la somme des rayons des deux cercles.

9. Système antennaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est enveloppé par un radôme.

10. Système antennaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de fixation (7) sont composés d'un mât (8) et d'une tête de fixation (9). 20

11. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les antennes sont des antennes d'émission et/ou de réception.

12. Utilisation du système selon l'une des revendications précédentes 25 pour effectuer de l'analyse spectrale et/ou de la localisation d'émissions radioélectriques.

13. Hélicoptère portant un système antennaire selon l'une des revendications précédentes. 30