FR2920917A1 - Antenne de type helice a brins rayonnants a motif sinusoidal et procede de fabrication associe. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une antenne de type hélice comprenant une pluralité de brins rayonnants enroulés en hélice selon une forme de révolution (15), caractérisée en ce que chaque brin rayonnant est composé d'au moins un motif de référence (MR1, MR2, MR3) défini par au moins une sinusoïde

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL

La présente invention est relative aux antennes de type hélice. En particulier, elle concerne les antennes de type hélice quadrifilaires imprimées. De telles antennes trouvent notamment application dans des systèmes de télémétrie en bande L (fréquence de fonctionnement comprise entre 1 et 2 GHz, typiquement autour de 1,5 GHz) pour des charges utiles de ballons stratosphériques.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Les antennes de type hélice imprimées présentent l'avantage d'être de fabrication simple et peu onéreuse. Elles sont particulièrement adaptées aux signaux de télémétrie à polarisation circulaire en bande L, signaux utilisés dans les charges utiles de ballons stratosphériques. Elles offrent en outre un bon taux d'ellipticité et donc une bonne polarisation circulaire sur une large gamme d'angles d'élévations. Le brevet EP 0320404 décrit une antenne imprimée de type hélice et son procédé de fabrication. Une telle antenne comprend quatre brins rayonnants en forme de bandes métalliques obtenus par enlèvement de matière de la métallisation de part et d'autre des bandes d'une zone métallisée d'un circuit imprimé. Le circuit imprimé est destiné à être enroulé en hélice autour d'un cylindre. Ces antennes bien qu'offrant de bonnes performances sont toutefois 25 encombrantes. Des antennes compactes de type hélice, comprenant des brins rayonnants en forme de méandre ont été proposées pour réduire la taille des antennes de ce type. L'article : Y. Letestu, A. Sharaiha, Ph. Besnier A size reduced 30 configuration of printed quadrifilar helix antenna, IEEE workshop on Antenna Technology: Small Antennas and Nove/ Metamaterials, 2005, pp. 326-328, Mars 2005, décrit de telles antennes.

Toutefois, bien qu'un gain de l'ordre de 35% sur l'encombrement ait été obtenu, les performances, notamment en polarisation croisée et en rayonnement arrière, sont dégradées montrant les limites de l'utilisation de tels motifs quant à la réduction de la taille des antennes de ce type.

En particulier, les charges utiles des ballons stratosphériques requièrent des antennes de plus en plus compactes tout en conservant de bonnes performances. L'antenne de taille réduite doit conserver un diagramme de rayonnement, notamment en polarisation principale, conforme à l'application visée.

PRESENTATION DE L'INVENTION

L'invention vise à réduire l'encombrement des antennes hélice de type connu et/ou à améliorer la conformité du diagramme de rayonnement aux spécifications de l'application visée par l'antenne ou au moins à conserver des performances équivalentes à des antennes d'encombrement plus élevé. A cet effet, l'invention concerne selon un premier aspect, une antenne de type hélice comprenant une pluralité de brins rayonnants enroulés en hélice selon une forme de révolution. L'antenne de l'invention est caractérisée en ce que chaque brin rayonnant est composé d'au moins un motif de référence défini par au moins une sinusoïde. Une telle antenne permet, selon le motif, de réduire de plus de 30% l'encombrement, en particulier, la hauteur, tout en conservant des performances équivalentes à celles des antennes hélice de type connu d'encombrement plus important, en particulier en termes de performances en adaptation et de performances en diagramme de rayonnement. Ainsi, l'antenne de l'invention est d'encombrement réduit tout en respectant un cahier des charges bien précis en termes de diagramme de rayonnement et de pureté de polarisation.

Selon le motif, une réduction significative de la taille de l'antenne n'est pas nécessairement obtenue. Dans ces cas en particulier, l'utilisation de motifs de référence définis par au moins une sinusoïde pour les brins rayonnants permet d'améliorer la conformité du diagramme de rayonnement aux spécifications de l'application, par exemple en ajustant le niveau de gain dans l'axe lorsque le mode de rayonnement principal de l'antenne est radial. Le motif de référence est une superposition d'une pluralité de sinusoïde et est notamment donné par une fonction analytique définie dans un repère dont l'axe des abscisses est l'axe directeur des brins rayonnants. La fonction analytique, est périodique d'équation y(x) = L Ak sin(21r6kv x) prise sur une de ses périodes de longueur T =1/v . k=0 Les coefficients 6 kv et Ak correspondent respectivement à la fréquence et à l'amplitude de la sinusoïde d'indice k .

La période T correspond en particulier à la période de la sinusoïde dite fondamentale, c'est-à-dire présentant la plus grande période. Par commodité, nous faisons correspondre cette sinusoïde à l'indice k = 0 et prenons comme convention 6 0 =1. Ainsi, le paramètre v correspond à la fréquence de la sinusoïde fondamentale.

Dans le cas particulier où Ak = 0 pour k -1, le motif de référence correspond à une simple sinusoïde. Les brins rayonnants sont obtenus par répétition d'un motif de référence. Le cas le plus simple correspond à des brins rayonnants définis par un seul motif de référence.

Le motif de référence peut-être composé : ^ de deux sinusoïdes dont le rapport d'amplitudes est compris typiquement entre 0,2 et 2 et dont le rapport de fréquence est compris entre 1 et 10 ; ^ de trois sinusoïdes dont les amplitudes normalisées par rapport à celle de la sinusoïde fondamentale sont comprises entre 0,2 et 2 et dont les fréquences normalisées par rapport à celle de la sinusoïde fondamentale sont comprises entre 1 et 10. Chaque brin rayonnant comprend un nombre entier de motifs de référence, typiquement compris entre 1 et 10.

Les brins rayonnants sont chacun constitués par une zone métallisée déterminée, enroulée en hélice sur la surface latérale d'un manchon, tel que l'axe directeur de chaque brin est distant de l'axe du brin suivant d'une distance déterminée, définie selon toute perpendiculaire à toute ligne directrice du manchon comme la distance entre deux points, chacun défini par une intersection entre l'axe d'un brin et une perpendiculaire à toute ligne directrice du manchon. La distance entre l'axe de chaque brin est égale au périmètre du manchon divisé par le nombre de brins rayonnants. Les brins rayonnants sont connectés d'une part en court circuit au niveau d'une première extrémité à une zone conductrice et d'autre part au niveau d'une deuxième extrémité à un circuit d'alimentation. L'antenne comprend un circuit imprimé sur lequel sont formées les zones métallisées, le circuit étant apte à être enroulé autour d'un manchon formant forme de révolution.

Chaque brin rayonnant est obtenu par enlèvement de matière d'une zone métallisée du circuit imprimé de part et d'autre des motifs des brins rayonnants. La forme de révolution est cylindrique ou conique. Les brins rayonnants peuvent être identiques et avantageusement au 25 nombre de quatre. L'antenne de l'invention peut, par ailleurs, s'intégrer dans un système de télémétrie. Selon un second aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une antenne de type hélice, comprenant une étape au cours de 30 laquelle on forme selon des zones déterminées, une pluralité de brins rayonnants destinés à être enroulés en hélice selon une forme de révolution.

Les brins rayonnants sont caractérisés par le fait qu'ils sont chacun composés d'au moins un motif de référence défini par au moins une sinusoïde. Le procédé de fabrication comprend en outre les étapes suivantes : - on découpe une feuille de circuit imprimé souple double face aux dimensions correspondantes pour un manchon cylindrique de dimensions données ; - on délimite sur le circuit imprimé une première zone et une deuxième zone destinée à contenir les brins rayonnants et un circuit d'alimentation, respectivement ; - on supprime la métallisation au niveau de la première zone sur une première face du circuit imprimé, la métallisation étant maintenue sur la totalité de la première zone pour constituer le plan de propagation de référence ; - on forme sur la deuxième face du circuit imprimé, au niveau de la première zone, par enlèvement de matière de la métallisation de part et d'autre des zones déterminées, les brins rayonnants et la zone conductrice supérieure et au niveau de la deuxième zone, par enlèvement de matière de la métallisation une zone conductrice formant avec le plan de propagation de référence la ligne à ruban ; - on enroule la feuille de circuit imprimé côté plan de propagation de référence ou côtés brins rayonnant sur un manchon.

PRESENTATION DES FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 illustre de manière schématique en développé une antenne hélice de type connu ; - la figure 2 illustre de manière schématique une vue de face d'une antenne hélice de type connu ; - la figure 3 illustre un motif de référence composé d'une sinusoïde ; - la figure 4 illustre un motif de référence composé de la superposition de deux sinusoïdes dont le rapport de fréquence est égal à dix; - la figure 5 illustre un motif de référence composé de la superposition de deux sinusoïdes dont le rapport de fréquence est égal à trois ; - la figure 6 illustre en développé une antenne de type hélice comprenant des brins obtenus avec le motif de référence de la figure 3 ; - la figure 7 illustre en développé une antenne de type hélice comprenant des brins obtenus avec le motif de référence la figure 4 ; - la figure 8 illustre en développé une antenne de type hélice comprenant des brins obtenus avec le motif de référence de la figure 5 ; -la figure 9 illustre enroulés en hélice les brins rayonnants obtenus avec le motif de référence de la figure 3 ; - la figure 10 illustre enroulés en hélice les brins rayonnants obtenus avec le motif de référence de la figure 4 ; - la figure 11 illustre enroulés en hélice les brins rayonnants obtenus avec le motif de référence de la figure 5 ; - les figures 12a, 12b, 12c et 12d illustrent des étapes du procédé de fabrication d'une antenne conforme à la présente invention ; - la figure 13 illustre les performances en adaptation d'une antenne de référence et des antennes comprenant des brins rayonnants obtenus avec les motifs de référence des figures 3, 4 et 5 ; - les figures 14a, 14b et 14c illustrent des diagrammes de rayonnement simulés des antennes présentées sur les figures 1, 6, 7 et 8.30 DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE

Structure de l'antenne La figure 1 représente en développé une antenne hélice et la figure 2 représente une vue de face d'une antenne hélice. Une telle antenne comprend deux parties 1, 2. La partie 1 comprend une zone conductrice 10 et quatre brins rayonnants 11, 12, 13 et 14.

Sur la partie 1, l'antenne de type hélice comprend quatre brins rayonnants 11, 12, 13, 14 enroulés en hélice selon une forme de révolution autour d'un manchon 15, par exemple. Sur cette partie, les brins 11-14 sont connectés d'une part en court circuit au niveau d'une première extrémité 111, 121, 131, 141 des brins à la zone conductrice 10 et d'autre part au niveau d'une seconde extrémité 112, 122, 132, 142 des brins au circuit d'alimentation 20. Les brins rayonnants 11-14 de l'antenne peuvent être identiques et sont par exemple au nombre de quatre. L'antenne est dans ce cas quadrifilaire.

Le manchon 15 sur lequel l'antenne est enroulée est représenté en pointillé sur la figure 1 pour constituer l'antenne telle que représentée sur la figure 2. Les brins rayonnants 11-14 sont orientés de sorte qu'un axe support AA', BB', CC' et DD' de chaque brin, forme un angle a par rapport à tout plan orthogonal à toute ligne L directrice du manchon 15. Cet angle a correspond à l'angle d'enroulement en hélice des brins rayonnants. Les brins rayonnants 11-14 sont chacun constitué par une zone métallisée.

Sur les figures 1 et 2, les zones métallisées de la partie 1 sont des bandes symétriques par rapport à un axe directeur AA', BB', CC', DD' des brins.

La distance d entre deux brins successifs est définie selon toute perpendiculaire à toute ligne L directrice du manchon 15 comme la distance entre deux points, chacun défini comme l'intersection de la dite perpendiculaire avec un axe des brins.

Par exemple, pour obtenir une antenne quadrifilaire symétrique, cette distance d sera fixée à un quart du périmètre du manchon 15. Le substrat supportant les bandes métalliques est enroulé en hélice sur la surface latérale du manchon 15. Selon un mode de réalisation d'une telle antenne, les deux parties 1, 2 sont formées sur un circuit imprimé 100. Les brins rayonnants 11-14 sont alors des bandes métalliques obtenues par enlèvement de matière de chaque côté des bandes d'une zone métallisée, sur la surface du circuit imprimé 100. Le circuit imprimé 100 est destiné à être enroulé autour d'un manchon 15 présentant une forme générale de révolution, tel qu'un cylindre ou un cône, par exemple. La partie 2 de l'antenne comprend un circuit d'alimentation 20 de l'antenne. Le circuit d'alimentation 20 de l'antenne est constitué par une ligne de transmission du type ligne à ruban en forme de méandre, assurant à la fois la fonction de répartition de l'alimentation et d'adaptation des brins rayonnants 11-14 de l'antenne. L'alimentation des éléments rayonnants se fait à amplitudes égales avec une progression de phases en quadrature.

La réduction de la taille des antennes de type hélice telles que représentées sur les figures 1 et 2 est obtenue en par l'utilisation de motifs définis par au moins une sinusoïde.

Motifs Les brins rayonnants sont composés d'au moins un motif de référence défini par au moins une sinusoïde.

Le motif de référence est en particulier obtenu par la fonction analytique, périodique d'équation y(x) = L Ak sin(21r6kv .x) prise sur une de k=0 ses périodes de longueur T =1/v . Les coefficients kv et Ak correspondent respectivement à la fréquence et à l'amplitude de la sinusoïde d'indice k . La période T correspond en particulier à la période de la sinusoïde dite fondamentale, c'est-à-dire présentant la plus grande période. Par commodité, nous faisons correspondre cette sinusoïde à l'indice k =0 et prenons comme conventions 0 =1. Ainsi, le paramètre v correspond à la fréquence de la sinusoïde fondamentale.

La fonction définissant un motif de référence peut alors être mise ( ( x x sous la forme y = A0 sin 27r ù +L Ak sin 2tr6k ù pour 0 x ≤ T définie T/ k=1 T/ dans un repère cartésien dont l'axe des abscisses correspond à l'axe directeur des brins rayonnants AA', BB', CC', DD'. En général, cette expression sera utilisée pour superposer 2, voire 3 sinusoïdes. Au-delà, des problèmes peuvent apparaître en particulier au niveau de la modélisation (nombre de points définissant la structure trop important) et/ou de la réalisation (variations rapides des lignes imprimées incompatibles des épaisseurs de lignes utilisées). Cela revient à imposer en règle générale Ak =0 pour k- 2, voire k- 3, sans toutefois exclure des motifs particuliers nécessitant davantage de sinusoïdes. Le choix du motif à proprement parler est guidé par les performances en rayonnement de l'antenne. Ce choix est néanmoins limité par certaines contraintes de réalisation.

En particulier, l'amplitude des sinusoïdes ne doit pas induire de chevauchement entre brins rayonnants adjacents. Dans le cas d'un motif avec une seule sinusoïde, une règle simple de dimensionnement consiste à prendre A0 < d s2 a avec a l'angle d'enroulement en hélice.

En ce qui concerne le nombre de répétitions de motifs, celui-ci sera contraint par l'épaisseur des lignes imprimées et les problèmes éventuels de couplage entre portions d'un même brin rayonnant. La figure 3 illustre un motif de référence MR1 sinusoïdal de support l'axe AA'. Sur cette figure, le motif est dit simple , il s'agit en effet d'une fonction sinus sur une période. A partir de la superposition d'au moins deux sinusoïdes le motif est dit complexe . La figure 4 illustre un motif de référence MR2 défini par une superposition de deux sinusoïdes. Le motif de référence MR2 de cette figure présente un rapport d'amplitude égal à 0,4 et un rapport de fréquence égal à 10. La figure 5 illustre un motif de référence MR3 défini comme le motif MR2 par une superposition de deux sinusoïdes. Le motif de référence MR3 de cette figure présente un rapport d'amplitude égal à 1 et un rapport de fréquence égal à 3. Dans le cas de motifs complexes et en particulier pour les motifs définis par la superposition d'au moins deux sinusoïdes on choisira un rapport d'amplitude compris typiquement entre 0,2 et 2 et un rapport de fréquence compris entre 1 et 10. En dehors de ces limites, les motifs obtenus peuvent induire des problèmes de réalisation liés à des variations trop fortes ou trop faibles par rapport à la nature de la ligne utilisée. On note que l'amplitude des oscillations des différents motifs est réglée de sorte à ce qu'elle soit compatible avec l'épaisseur des brins rayonnants de l'antenne. Cette amplitude est également choisie afin d'éviter les problèmes de chevauchement entre brins adjacents. Pour ce qui est de l'application des motifs ci-dessus présentés deux cas sont possibles.

Un premier cas pour lequel chaque brin rayonnant comprend un seul motif de référence MR1, MR2 ou MR3.

Un second cas pour lequel chaque brin rayonnant comprend une répétition du motif de référence MR1, MR2 ou MR3. La figure 6 illustre en développé une antenne de type hélice comprenant quatre brins rayonnants chacun défini par le motif de référence simple MR1 de la figure 3. La figure 7 illustre en développé une antenne de type hélice comprenant quatre brins rayonnants chacun défini par dix répétitions du motif de référence simple MR1 de la figure 3. La figure 8 illustre en développé une antenne de type hélice comprenant quatre brins rayonnants définis par huit répétitions du motif de référence complexe MR2 de la figure 3. L'utilisation de brins rayonnants définis par au moins une sinusoïde permet de réduire la taille des antennes, les plus fortes réductions sont obtenues par l'utilisation de motifs sinusoïdaux complexes. C'est le cas des antennes de type hélice illustrées en développé sur les figures 7 et 8. Dans certains cas, l'utilisation de brins rayonnants définis par au moins une sinusoïde permet de former le diagramme sans réduire sensiblement la hauteur de l'hélice. C'est le cas de l'antenne de type hélice illustrée en développé sur la figure 6. Dans ce cas particulier, le motif sinusoïdal permet d'améliorer la forme du diagramme de rayonnement pour rendre les performances de l'antenne compatible de l'application visée. De tels motifs pour les brins rayonnants de l'antenne permettent de replier les brins de manière optimale sans dégrader les performances de l'antenne.

Pour les antennes de type hélice quadrifilaire, la longueur des brins fixe la fréquence de fonctionnement de l'antenne. L'utilisation de motifs sinusoïdaux permet de réduire la longueur effective des brins tout en conservant une longueur dépliée comparable à celle d'une antenne sans motifs (brins en forme de bandes métalliques comme illustré en développé sur la figure 1). La fréquence de fonctionnement des différentes antennes est donc inchangée.

L'effet de repliement obtenu est illustré par les figures 9, 10 et 11. Ces figures illustrent la partie 1 d'une antenne hélice comprenant les brins rayonnants enroulés en hélice. Ce sont des antennes à quatre brins, dites quadrifilaires.

La figure 9 illustre une antenne à quatre brins rayonnants chacun présentant un motif défini par le motif sinusoïdal simple MR1. Cette antenne est la représentation enroulée de la version développée de l'antenne de la figure 6. La figure 10 illustre une antenne à quatre brins rayonnants chacun présentant un motif défini par la répétition du motif sinusoïdal complexe MR2. Cette antenne est la représentation enroulée de la version développée de l'antenne de la figure 7. La figure 11 illustre une antenne à quatre brins rayonnants chacun présentant un motif défini par la répétition du motif sinusoïdal complexe MR3. Cette antenne est la représentation enroulée de la version développée de l'antenne de la figure 8. On constate sur ces figures une réduction de la hauteur de l'antenne. Cette réduction peut atteindre jusqu'à près de 40%. En contrepartie, le gain maximum de l'antenne en rayonnement est 20 généralement réduit. Les lobes principaux du diagramme de rayonnement ont une ouverture angulaire plus importante. Selon les cas, une remontée plus ou moins importante de la polarisation croisée est constatée. Mais le niveau en absolu reste inférieur à -8 dBi dans le pire des cas, ce qui reste acceptable pour bon nombre 25 d'applications. Certaines configurations présentent même une amélioration de la polarisation croisée ainsi que du rayonnement arrière. L'angle d'enroulement en hélice a fixe le nombre de tours de l'hélice pour une longueur de brin rayonnant donnée et a donc un impact sur le type de diagramme de rayonnement, en particulier la position des maxima de 30 directivité en polarisation principale. Plus le nombre de tours est élevé, plus les lobes principaux s'éloignent de la direction définie par l'axe de l'hélice.

L'espacement d entre un axe support d'un brin et le suivant est lié au périmètre du manchon 15. En particulier, l'espacement d est égal au périmètre du manchon divisé par le nombre de brins de l'antenne. D'un brin à l'autre l'espacement est identique ce qui permet d'assurer un diagramme de rayonnement symétrique.

Procédé de réalisation Afin de réaliser une telle antenne, un procédé simple et peu onéreux est mis en oeuvre. Un tel procédé est décrit dans le brevet EP 0320404.

Le procédé comprend notamment une étape au cours de laquelle on forme selon des zones déterminées, une pluralité de brins rayonnants destinés à être enroulés en hélice selon une forme de révolution En outre, chaque brin rayonnant est défini par au moins une sinusoïde.

Le procédé comprend par ailleurs les étapes suivantes. Les figures 10a, 10b, 10c et 10d illustrent les étapes du procédé. On découpe une feuille de circuit imprimé 100 souple double face 101, 102 aux dimensions correspondantes pour un manchon cylindrique 15 de dimensions données.

On délimite sur le circuit imprimé 100 une première zone 1 et une deuxième zone 2 destinées à contenir les brins rayonnants et un circuit d'alimentation 20, respectivement. On supprime la métallisation au niveau de la première zone sur une première face 101 du circuit imprimé 100, la métallisation étant maintenue sur la totalité de la deuxième zone 102 pour constituer le plan de propagation de référence. On forme sur la deuxième face 102 du circuit imprimé 100, par enlèvement de matière au niveau de la première zone 1 d'une part de la métallisation selon les zones déterminées les brins rayonnants et la zone conductrice 10 supérieure et au niveau de la deuxième zone 2 d'autre part une zone conductrice formant avec le plan de propagation de référence la ligne à ruban.

On enroule la feuille de circuit imprimé 100 côté plan de propagation de référence ou côtés brins rayonnant sur un manchon 15.

Prototypes Afin de valider la structure d'antenne qui vient d'être décrite, plusieurs prototypes ont été simulés, antenne A, antenne B et antenne C. Leurs performances en adaptation et en rayonnement ont été en particulier simulées et comparées à celles d'une antenne hélice quadrifilaire de référence.

En particulier, la partie 1 des antennes de type hélice comprend des brins rayonnants aux motifs présentés précédemment. Ces brins sont connectés au circuit d'alimentation de la partie 2. Les brins rayonnants à un ou plusieurs motif(s) simple(s) ou complexe(s) ont été générés par un code répondant spécifiquement à ce besoin. Ce code permet en particulier de fixer les paramètres des différentes sinusoïdes que l'on veut superposer. Les sorties du code sont les coordonnées des points définissant les brins rayonnants soit à plat pour la réalisation du masque nécessaire à la fabrication du circuit imprimé soit sur une forme cylindrique ou conique comme entrée pour un logiciel commercial de simulation électromagnétique. Afin de comparer les performances, la fréquence de fonctionnement est identique entre l'antenne de référence et les antennes présentant des brins rayonnants à motif sinusoïdal. A cet effet la longueur des brins a été ajustée.

Les modélisations ayant été réalisées avec des modèles filaires simplifiés, la largeur de la ligne imprimée a été prise en compte via le rayon du fil définissant l'hélice. Un même rayon a été employé pour toutes les hélices présentées. Ce paramètre pourrait éventuellement être ajusté pour améliorer le niveau d'adaptation des hélices. Les antennes illustrées par la figure 6 (antenne A), la figure 7 (antenne B) et la figure 8 (antenne C) sont comparées à une antenne de référence telle que représentée sur les figures 1 et 2, pour une fréquence de fonctionnement égale à 1,78 GHz. L'impédance d'entrée des antennes est de 50 SZ. Notons qu'un même manchon 15 est utilisé pour la réalisation de l'antenne de référence, de l'antenne A et de l'antenne B et de l'antenne C. Le manchon 15 en question a un diamètre égal à 25 mm. La distance entre deux brins consécutifs correspond au quart du périmètre du manchon, si l'on néglige l'épaisseur du substrat supportant les brins imprimés. Pour les trois antennes analysées, cette distance est donc égale à 19,6 mm.

Le tableau ci-dessous récapitule les caractéristiques de l'antenne de référence et des antennes testées. Antenne de Antenne A Antenne B Antenne C référence Hauteur (partie 1) 293 mm 288 mm 196 mm 178 mm Réduction 0% 1,7% 33,1% 39,3% obtenue Longueur des 329 mm 329 mm 351 mm 329 mm brins déployés Angle d'inclinaison 63° 64° 54° 61° des brins Nombre de tours 1,90 1,79 1,84 1,28 Performances en adaptation Comme déjà mentionné, les trois antennes (A, B et C) considérées ont été dimensionnées pour avoir la même fréquence de résonance que l'antenne de référence, à savoir 1,78 GHz. La figure 13 illustre les résultats obtenus en adaptation. Sur cette figure les courbes 131, 132, 133 et 134 illustrent les performances en adaptation pour les antennes A, B, C et de référence respectivement. Il est important de noter que les résultats présentés ont tous été obtenus dans les mêmes conditions, en particulier pour ce qui est du rayon des éléments rayonnants. En effet, ce paramètre, qui permet d'ajuster l'impédance d'entrée des brins, peut être optimisé afin d'améliorer les niveaux d'adaptation présentés. Notons que seule la résonance naturelle des hélices, liée à la longueur des brins rayonnants au premier ordre, a été ajustée et est fixée à 1,78 GHz. On remarque que l'antenne A présente une adaptation très similaire à celle de l'antenne de référence. Egalement, les antennes B et C présentent une largeur de bande plus importante.

Performances en rayonnement Les figures 14a, 14b et 14c illustrent les diagrammes obtenus en simulation pour respectivement l'antenne A, l'antenne B et l'antenne C. Pour chacun de ces résultats, les diagrammes des antennes A, B et C sont comparés au diagramme de l'antenne de référence. Sur ces figures, les courbes 141 et 142 illustrent les diagrammes de rayonnement l'antenne A ou B ou C en polarisation principale et polarisation croisée respectivement, les courbes 143 et 144 illustrent les diagrammes de rayonnement de l'antenne de référence en polarisation principale et en polarisation croisée respectivement et la courbe 145 est un gabarit représentant les valeurs minimales requises en polarisation principale pour une application de télémesure pour ballons stratosphériques. On note que ces diagrammes permettent d'évaluer l'impact des motifs sur le fonctionnement de l'antenne. Pour l'antenne A, le motif ne permet quasiment pas de réduire la hauteur de l'antenne, par contre il permet d'adapter le diagramme de rayonnement à l'application visée. Ainsi, pour une application de télémesure sur ballons stratosphériques, application pour laquelle l'antenne de référence a été conçue, il est possible de réduire les non-conformités du diagramme en polarisation principale. En contrepartie, on constate tout de même une remontée de la polarisation croisée. Les antennes B et C permettent quant à elles de réduire sensiblement la hauteur axiale de l'hélice. Par contre, le diagramme rayonnement est modifié. En particulier, on note un élargissement des lobes principaux qui s'accompagne d'une baisse de la directivité maximale. Les diagrammes obtenus restent néanmoins compatibles de l'application visée, ce qui sous-entend qu'il est possible de remplir la même mission avec une antenne jusqu'à 40% plus petite que l'antenne hélice standard. Dans le cas de l'antenne B, on constate également une amélioration de la polarisation croisée, ainsi qu'une réduction significative du rayonnement arrière. Ce dernier phénomène est également constaté sur l'antenne C, mais la réduction est moins importante. Une telle réduction du rayonnement arrière peut être bénéfique pour le fonctionnement global de l'antenne dans un environnement donné puisque cela permet de réduire les interactions et/ou perturbations induites par le support (dans le cas des applications sur ballons stratosphériques, cela permettrait de réduire les interactions avec la nacelle, responsables d'oscillations plus ou moins prononcées sur le rayonnement en polarisation principale).

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Antenne de type hélice comprenant une pluralité de brins rayonnants enroulés en hélice selon une forme de révolution (15), caractérisée en ce que chaque brin rayonnant est composé d'au moins un motif de référence (MR1, MR2, MR3) défini par au moins une sinusoïde.

2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le motif de référence (MR2, MR3) est une superposition d'une pluralité de 10 sinusoïdes.

3. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le motif de référence est une fonction analytique définie dans un repère dont l'axe des abscisses est l'axe directeur des brins rayonnants.

4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que la fonction analytique est une fonction périodique d'équation y(x) _ L Ak sin(21r6 kv .x), où 6 kv et Ak correspondent respectivement à la k=0 fréquence et à l'amplitude de la sinusoïde d'indice k, ladite fonction étant 20 prise sur une longueur égale à la plus grande période parmi les périodes des sinusoïdes considérées pour obtenir le motif de référence (MR1, MR2, MR3).

5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le motif 25 de référence (MR2, MR3) est composé de deux sinusoïdes dont le rapport d'amplitudes est compris typiquement entre 0,2 et 2 et dont le rapport de fréquence est compris entre 1 et 10.

6. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le motif 30 de référence est composé de trois sinusoïdes dont les amplitudes normalisées par rapport à celle de la sinusoïde ayant la plus grande période 15sont comprises entre 0,2 et 2 et dont les fréquences normalisées par rapport à celle de la sinusoïde ayant la plus grande période sont comprises entre 1 et 10.

7. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque brin rayonnant comprend un nombre entier de motifs de référence (MR1, MR2, MR3), typiquement compris entre 1 et 10.

8. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les brins rayonnants sont chacun constitués par une zone métallisée déterminée, enroulée en hélice sur la surface latérale d'un manchon (15), tel que l'axe directeur (AA', BB', CC', DD') de chaque brin est distant de l'axe du brin suivant d'une distance (d) déterminée, définie selon toute perpendiculaire à toute ligne directrice (L) du manchon (15) comme la distance entre deux points, chacun défini par une intersection entre l'axe d'un brin et une perpendiculaire à toute ligne directrice (L) du manchon (15).

9. Antenne selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la distance (d) entre l'axe de chaque brin est égale au périmètre du manchon divisé par le nombre de brins rayonnants.

10. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les brins rayonnants sont connectés d'une part en court circuit au niveau d'une première extrémité à une zone conductrice (10) et d'autre part au niveau d'une deuxième extrémité à un circuit d'alimentation (20).

11. Antenne selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit imprimé (100) sur lequel sont formées les zones métallisées, le circuit étant apte à être enroulé autour d'un manchon (15) formant forme de révolution.

12. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque brin rayonnant est obtenu par enlèvement de matière d'une zone métallisée du circuit imprimé (100) de part et d'autre des motifs des brins rayonnants.

13. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la forme de révolution (15) est cylindrique ou conique. 10

14. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les brins rayonnants sont identiques.

15. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'antenne comprend quatre brins rayonnants.

16. Système de télémétrie comprenant une antenne selon l'une des revendications précédentes.

17. Procédé de fabrication d'une antenne de type hélice, comprenant 20 une étape au cours de laquelle on forme selon des zones déterminées une pluralité de brins rayonnants destinés à être enroulés en hélice selon une forme de révolution (15), caractérisé en ce que chaque brin rayonnant comprend au moins un motif de référence (MR1, MR2, MR3) défini par au moins une sinusoïde. 25

18. Procédé selon la revendication 17, comprenant en outre les étapes suivantes : - on découpe une feuille de circuit imprimé (100) souple double face (101, 102) aux dimensions correspondantes pour un 30 manchon cylindrique (15) de dimensions données ; 15- on délimite sur le circuit imprimé (100) une première zone (1) et une deuxième zone (2) destinée à contenir les brins rayonnants et un circuit d'alimentation (20), respectivement ; - on supprime la métallisation au niveau de la première zone (1) sur une première face (101) du circuit imprimé (100), la métallisation étant maintenue sur la totalité de la première zone (1) pour constituer le plan de propagation de référence ; - on forme sur la deuxième face (102) du circuit imprimé (100), au niveau de la première zone (1), par enlèvement de matière de la métallisation de part et d'autre des zones déterminées, les brins rayonnants et la zone conductrice supérieure et au niveau de la deuxième zone (102), par enlèvement de matière de la métallisation une zone conductrice formant avec le plan de propagation de référence la ligne à ruban ; - on enroule la feuille de circuit imprimé (100) côté plan de propagation de référence ou côtés brins rayonnant sur un manchon (15).