EP0860895A1 - Resonant antenna for emitting or receiving polarized waves - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an antenna for transmitting or reception of the microwave domain. It relates more particularly a flat resonant antenna, for example made in microstrip technology.
- Antennas of this type have a small footprint and a low mass. They are therefore used for applications on-board, in particular for space vehicles and the satellites.
- the degradation of polarization purity is highest for the most distant directions of the antenna axis.
- the invention aims to provide a resonant antenna which has maximum angular coverage with a purity of polarization preserved in this angular coverage.
- the antenna according to the invention has a radiating element resonant central and it is characterized in that it comprises, preferably around this element, a first means diffracting to increase the emission angle of the radiating element and a second diffracting means for making a correction polarization purity at least for inclined directions relative to the axis of the antenna.
- Each diffracting element has a dimension at more of the same order of magnitude as the wavelength to be emitted (or receive).
- the first diffracting means intended to increase the opening angle of the beam to be emitted, has a conductive ring centered on the axis of the antenna and surrounding the radiating element, this crown being advantageously substantially in the same plane as the element radiating, and the second diffracting means comprises a skirt conductor arranged near the crown and on the side which is opposite to the direction of the radiation, the inclination of the skirt relative to the crown determining the direction in which polarization correction is mainly performed.
- the internal rim of the skirt is integral with the internal rim of the crown, this skirt and this crown forming, for example, a single piece holding. It has been found that, with regard to the correction of polarization purity, better results were obtained if the largest diameter of the skirt is greater than the outside diameter of the crown.
- the resonant radiating element is either an element solid conductor ("patch"), for example square or circular, either a conductive crown or a slot provided in a conductive element.
- the ring is either conductive or in the form of a slot.
- the antenna shown in Figure 1 is intended for receive or transmit microwave signals in two bands, namely, on the one hand, the S band at 2 GHz and, on the other hand, the UHF band at 400 MHz.
- This antenna is mainly intended to be implanted on small satellites, such as satellites assigned to the location of objects or for measurement or remote control with conventional satellites.
- small satellites such as satellites assigned to the location of objects or for measurement or remote control with conventional satellites.
- it should have a bulk reduced, wide angular coverage for the two bands of frequencies as well as a circular polarization with a rate of suitable ellipticity on this wide angular coverage, especially for the directions furthest from the axis.
- the antenna 10 shown in FIG. 1 is of the type combined. It is formed by the association of two planar antennas concentric, respectively 14 and 16. Each of the antennas 14 and 16 and the assembly 10 have an axis 12 of symmetry of rotation.
- the central antenna 14, of smaller dimensions, is for the 2 GHz S-band and the outdoor antenna 16, of larger dimensions, is intended for the UHF band at 400 MHz.
- Each of the individual antennas 14, 16 has a dielectric substrate, respectively 18 and 20, on which is deposited a conductive ring, respectively 22 and 24. Both rings 22 and 24 are centered on axis 12.
- Each of the substrates is enclosed in a metal housing of cylindrical shape with an axis 12.
- the housing for the antenna 14 has the reference 25 and the housing for the antenna 16 has the reference 26.
- the latter housing is limited, of a on the one hand, by a cylindrical outer wall 26 1 and, on the other hand, by an inner cylindrical wall 26 2 at a short distance from the wall of the housing 25.
- the space 28 formed between the wall of the housing 25 and the wall 26 2 has a length (in the direction of the axis 12) equal to a quarter of the length of the S-band waves, that is to say 35 mm about. It is open, in 29, on the side where the emission occurs. It constitutes a trap intended to prevent the propagation of leakage currents from the ring 22 to the ring 24.
- a metal filling ring 36 can be arranged at the bottom of the space 28 adjust the length (parallel to axis 12) of this space 28 so that it is equal to the quarter of the wavelength of the S band.
- the walls 25 and 26 2 can be formed from the same sheet of metal.
- a metal ring or crown 30 Around the housing 26, substantially in the plane of the ring 24, and therefore perpendicular to the axis 12, is a metal ring or crown 30.
- the inner rim 32 of the crown 30 is connected to a skirt 34 moving away, on the one hand, from the crown 30 in the direction from the bottom of the housing 26 and, on the other hand, from the axis 12.
- the angle formed, in the plane of Figure 1, by the plane of the crown 30 and the skirt 34 is of the order of 45 °.
- the ring 22 radiates in a cone of axis 12 of half angle at the top ⁇ equal to about 60 °. However, there is still a radiation outside this cone.
- the purpose of crown 30 is to diffract waves deflected outward to increase omnidirectionality antenna 14.
- the crown 30 tended to degrade the circular polarization of the radiation, that is, to degrade the rate of ellipticity.
- the experience has shown that the skirt 34 made it possible to maintain a rate of ellipticity waves with circular polarization close to 1, especially for directions forming a large angle with axis 12.
- the ellipticity rate can be adjusted empirically by varying the orientation of the skirt 34, that is to say the angle that it forms with the plane of the crown 30 as well as by making vary its dimensions.
- the outer edge 34 1 of the skirt 34 is further from the axis-12 than the outer edge 30 1 of the crown 30.
- the inside diameter of the crown 30 is 256 mm, its outside diameter 300 mm, while the outer diameter of the skirt 34 - which has a generally frustoconical shape - is 348 mm.
- Skirt 34 is thought to create wave diffraction in S-band which opposes the negative effect of the diffracting crown 30 on the ellipticity rate of S-band waves
- housings or cavities 25 and 26 contribute to symmetrizing the radiation diagram around axis 12 and to improve the ellipticity rate.
- the dielectric substrates 18 and 20 have a relative dielectric permittivity ⁇ r of the order of 2.5. As indicated above, the higher this dielectric permittivity, the more the dimensions of the antennas can be reduced. However, the increase in the dielectric constant is unfavorable for maintaining the circular polarization. This is why, in the example, the constant ⁇ r does not exceed the value 2.5.
- Figures 1a, 1b and 1c are diagrams allowing to highlight the advantages, on the one hand, of the quarter trap wave formed by the annular space 28 and, on the other hand, diffracting elements 30 and 34.
- Figure 1a is a diagram for a similar antenna to that of Figure 1 but lacking, on the one hand, the quarter trap wave 28 and, on the other hand, diffracting elements 30 and 34.
- Curve 40 corresponds to normal polarization and the curves 41 correspond to the cross polarization.
- the purity of circular polarization is all the greater as large difference between curves 40 and 41.
- the emission weakens appreciably as soon as moves away from axis 12.
- Figure 1b corresponds to an antenna similar to that of FIG. 1, with a wave trap 28, however devoid of diffracting elements 30 and 34.
- FIG. 1c corresponds to the antenna shown in FIG. 1, with a quarter-wave trap 28, the crown 30 and the skirt 34. It can be seen, compared with FIG. 1b, that omnidirectionality is everything quite satisfactory up to an angle ⁇ of 60 °. In addition, the purity of circular polarization is significantly improved between the angles 30 ° and 60 °, the distance between the curves 40 2 and 41 2 being significantly greater.
- the compactness of the antenna is increased by giving a crenellated shape or by meanders at rings 22 and 24.
- the ring 22 comprises, regularly distributed around the axis 12, eight internal segments 46 1 to 46 8 alternated with eight external segments 48 1 to 48 8 . These segments 46 and 48 in the form of arcs of circles are connected at their ends by rectilinear segments 50, of radial directions. Thus, in this example, the radial segments are sixteen.
- the ring 24 is homothetic with the ring 22.
- the guided wavelength of the radiation to be transmitted is directly proportional to the electrical length of the ring resonant antenna 14 (14 ') or 16 (16'). This length electric is equal to the sum of the lengths of all segments 46, 48 and 50.
- an antenna according to the invention has a smaller footprint than a shaped antenna simply circular. Indeed, we note that, compared to a circular ring with the same diameter as the circle on which are arranged the segments 48, the electrical length is increased by approximately the sum of the lengths of the segments 50.
- the longer the length of the segments 50 is large and the more the efficiency of the antenna decreases.
- the antenna radiation impedance decreases because the ribbon metallic further obscures the opening; so the proportion of energy dissipated in the conductor or the dielectric is more important. It is therefore preferable that the ratio between the diameter outside and inside diameter be at most around of two.
- Figure 4 shows, in exploded perspective, the various components of the antenna combined with 22 'rings and 24 ′ of the type of those in FIG. 3.
- the crown 30 and the skirt 34 inclined at 45 ° constitute a single piece holding 50.
- the 24 'and 22' rings are made by engraving on dielectric substrates, respectively 18 and 20, of a material called "polypenco".
- the rings 22 'and 24' separated from the substrates 18 and 20; but it goes from these rings are deposited on the respective substrates 18 and 20.
- a coaxial cable 60 passes through the bottom 52 of the housing 25 to bring the excitation signal to the distributor 54.
- the role of the latter is to distribute, with appropriate phase shifts, the excitation signal between the four exterior segments 48 'of the 14 'ring.
- a distributor 58 is arranged between the bottom 56 of the housing 26 and the dielectric 20 .
- a coaxial cable 62 crosses the bottom 56 to bring the UHF excitation signal to the distributor 58 which distributes, with appropriate phase shifts, this excitation signal between the four outer segments of the ring 24 '.
- FIGS 5, 6 and 7 show the distributor 54.
- the circuits 64 shown in FIGS. 5 and 6, allow, from the excitation signal provided by the coaxial 60, to obtain a circular polarization. To this end, they feed the four outer segments 48 'with phase shifts successive 90 °.
- the signal brought by the coaxial 60 is applied to an input 66 which, as shown in FIG. 5, is connected to the input of a 180 ° phase shifter 70 via a transformer 68.
- the output 70 1 without phase shift of the phase shifter 70 is connected to a port 74 which is itself connected to a 90 ° phase shifter 78 via a transformer 76.
- the output 70 2 with 180 ° phase shift from the phase shifter 70 is connected to a another port 80, which is connected to a second 90 ° phase shifter 84 by means of a transformer 82.
- the output 78 1 without phase shift of the phase shifter 78 is connected to a first output 90 1 of the circuit 64 via a transformer 86 and an adapter 88.
- the output 90 1 is connected to a first external segment of the 22 'ring.
- the 90 ° phase shift output 78 2 of the phase shifter 78 is connected to a second output 90 2 , via another transformer and another adapter.
- the outlet 90 2 is connected to a second outer segment of the ring 22 '.
- phase-free output 84 1 of the phase shifter 84 is connected to the third output 90 3 via a transformer and an adapter.
- This outlet 90 3 is connected to a third outer segment of the ring 22 '.
- the output 84 2 of 90 ° phase shift from the phase shifter 84 is connected to the fourth output 90 4 of the circuit 64 by means of a transformer and an adapter.
- This outlet 90 4 is connected to a fourth outer segment of the ring 22 '.
- the signal on output 90 1 is in phase with the input signal on the first port 66, while the signals on outputs 90 2 , 90 3 and 90 4 are phase shifted by 90 °, 180 ° and 270 ° respectively. relative to the input signal.
- the outlets 90 1 to 90 4 are located on the periphery of the cutouts and regularly distributed; these outputs are in line with the outer segments of the ring 22 'to which they are connected.
- the cutouts metallic are sandwiched between dielectric distributors, 102 and 104 respectively.
- each output 90 of circuit 64 is effected by means of a probe 92.
- Four probes are therefore provided. In FIG. 7, the probe 92 1 is shown .
- the distributor 64, 102, 104 is enclosed in a housing metallic 106 constituting a trap preventing excitation of surface waves on the distributor.
- circuit 64 is made using metal engravings on a substrate.
- a diffraction ring 30 surrounds the outermost antenna and this crown 30 is integral with a skirt 34 oriented substantially at 45 ° relative to the plane of the crown 30.
- a quarter trap wave 28 prevents the propagation of a leakage current from the cavity excited towards the surrounding cavities.
- a quarter wave trap 116 prevents the propagation of a current of leak to antenna 114.
- the trap 116 is of greater length (along the axis) that the trap 28 because it is intended to eliminate lengths wave, those of the signals emitted by the antenna 112.
- a number of antennas can be provided concentric greater than three.
- FIG. 9 represents a resonant annular cavity which applies more particularly to a slot antenna.
- this example could apply also to a resonant ring antenna formed by a conductor metallic.
- the ring 130 is constituted by a slot 132 in a metallic conductor 134.
- This ring 130 forms meanders each having substantially the shape of a petal. Number of petals is, in this embodiment, equal to 8.
- the excitation be performed on the outer segments using a coaxial cable, it is also possible to provide excitation by coupling proximity with a microstrip line or with a slit in the ground plane, that is to say in a bottom of the cavity.
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Abstract
Description
L'invention est relative à une antenne d'émission ou de réception du domaine des hyperfréquences. Elle concerne plus particulièrement une antenne résonnante plate, par exemple réalisée en technologie microruban.The invention relates to an antenna for transmitting or reception of the microwave domain. It relates more particularly a flat resonant antenna, for example made in microstrip technology.
Les antennes de ce type présentent un faible encombrement et une faible masse. Elles sont donc utilisées pour les applications embarquées, notamment pour les véhicules spatiaux et les satellites.Antennas of this type have a small footprint and a low mass. They are therefore used for applications on-board, in particular for space vehicles and the satellites.
On a souvent besoin, en particulier pour les applications spatiales, d'antennes omnidirectionnelles, c'est-à-dire pouvant émettre ou recevoir dans un angle solide de grande valeur.We often need, especially for applications spatial, omnidirectional antennas, that is to say capable of transmitting or receiving in a solid angle of large value.
Mais on a constaté que l'exigence d'omnidirectionnalité est difficile à concilier avec l'exigence de conservation de la pureté de la polarisation des Ondes électromagnétiques à émettre ou recevoir.But we found that the requirement of omnidirectionality is difficult to reconcile with the conservation requirement of the purity of the polarization of the electromagnetic waves to be emitted or receive.
En particulier, quand l'onde à émettre (ou recevoir) doit présenter une polarisation circulaire, il faut conserver un taux d'ellipticité proche de 1 dans toutes les directions d'émission (ou de réception). In particular, when the wave to transmit (or receive) must have a circular polarization, a ellipticity rate close to 1 in all emission directions (or reception).
Le plus souvent, la dégradation de la pureté de polarisation est la plus élevée pour les directions les plus éloignées de l'axe de l'antenne.Most often, the degradation of polarization purity is highest for the most distant directions of the antenna axis.
L'invention vise à fournir une antenne résonnante qui présente une couverture angulaire maximale avec une pureté de polarisation préservée dans cette couverture angulaire.The invention aims to provide a resonant antenna which has maximum angular coverage with a purity of polarization preserved in this angular coverage.
L'antenne selon l'invention présente un élément rayonnant central résonnant et elle est caractérisée en ce qu'elle comporte, de préférence autour de cet élément, un premier moyen diffractant pour augmenter l'angle d'émission de l'élément rayonnant et un second moyen diffractant pour apporter une correction de pureté de polarisation au moins pour des directions inclinées par rapport à l'axe de l'antenne.The antenna according to the invention has a radiating element resonant central and it is characterized in that it comprises, preferably around this element, a first means diffracting to increase the emission angle of the radiating element and a second diffracting means for making a correction polarization purity at least for inclined directions relative to the axis of the antenna.
Chaque élément diffractant présente une dimension au plus du même ordre de grandeur que la longueur d'onde à émettre (ou recevoir).Each diffracting element has a dimension at more of the same order of magnitude as the wavelength to be emitted (or receive).
Dans un mode de réalisation, le premier moyen diffractant, destiné à augmenter l'angle d'ouverture du faisceau à émettre, comporte une couronne conductrice centrée sur l'axe de l'antenne et entourant l'élément rayonnant, cette couronne étant avantageusement sensiblement dans le même plan que l'élément rayonnant, et le second moyen diffractant comprend une jupe conductrice disposée à proximité de la couronne et du côté qui est opposé à la direction du rayonnement, l'inclinaison de la jupe par rapport à la couronne déterminant la direction dans laquelle la correction de polarisation est principalement effectuée.In one embodiment, the first diffracting means, intended to increase the opening angle of the beam to be emitted, has a conductive ring centered on the axis of the antenna and surrounding the radiating element, this crown being advantageously substantially in the same plane as the element radiating, and the second diffracting means comprises a skirt conductor arranged near the crown and on the side which is opposite to the direction of the radiation, the inclination of the skirt relative to the crown determining the direction in which polarization correction is mainly performed.
Dans un mode de réalisation, le rebord interne de la jupe est solidaire du rebord interne de la couronne, cette jupe et cette couronne formant, par exemple, une pièce d'un seul tenant. On a constaté que, en ce qui concerne la correction de pureté de polarisation, de meilleurs résultats étaient obtenus si le plus grand diamètre de la jupe est supérieur au diamètre extérieur de la couronne. In one embodiment, the internal rim of the skirt is integral with the internal rim of the crown, this skirt and this crown forming, for example, a single piece holding. It has been found that, with regard to the correction of polarization purity, better results were obtained if the largest diameter of the skirt is greater than the outside diameter of the crown.
L'élément rayonnant résonnant est soit un élément conducteur plein ("patch"), par exemple de forme carrée ou circulaire, soit une couronne conductrice, soit une fente prévue dans un élément conducteur. De toute façon, pour une longueur d'onde donnée à émettre (ou recevoir), on a intérêt, pour maximiser l'omnidirectionnalité, à prévoir une antenne en forme d'anneau, ces formes permettant de minimiser l'encombrement. L'anneau est soit conducteur, soit sous forme d'une fente. La minimisation de l'encombrement de l'élément résonnant, et donc la maximisation de l'omnidirectionnalité, peut aussi être obtenue en déposant l'élément conducteur résonnant sur un diélectrique de permittivité importante. Toutefois, l'augmentation de la permittivité n'est pas favorable à la pureté de polarisation.The resonant radiating element is either an element solid conductor ("patch"), for example square or circular, either a conductive crown or a slot provided in a conductive element. Anyway, for a wavelength given to send (or receive), we have an interest, to maximize omnidirectionality, to provide a ring-shaped antenna, these shapes make it possible to minimize the bulk. The ring is either conductive or in the form of a slot. The minimization of the size of the resonant element, and therefore the maximization of omnidirectionality, can also be obtained by depositing the element conductor resonating on a permittivity dielectric important. However, the increase in permittivity is not not favorable to polarization purity.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaítront avec la description de certains de ses modes de réalisation,
celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés
sur lesquels :
L'antenne représentée sur la figure 1 est destinée à recevoir ou émettre des signaux hyperfréquences selon deux bandes, à savoir, d'une part, la bande S à 2 GHz et, d'autre part, la bande UHF à 400 MHz.The antenna shown in Figure 1 is intended for receive or transmit microwave signals in two bands, namely, on the one hand, the S band at 2 GHz and, on the other hand, the UHF band at 400 MHz.
Cette antenne est principalement destinée à être implantée sur des satellites de petite taille, tels que des satellites affectés à la localisation d'objets ou pour des missions de mesure ou de télécommande avec des satellites conventionnels. Du fait de cette application, elle doit présenter un encombrement réduit, une large couverture angulaire pour les deux bandes de fréquences ainsi qu'une polarisation circulaire avec un taux d'ellipticité convenable sur cette large couverture angulaire, notamment pour les orientations les plus éloignées de l'axe.This antenna is mainly intended to be implanted on small satellites, such as satellites assigned to the location of objects or for measurement or remote control with conventional satellites. Of made of this application it should have a bulk reduced, wide angular coverage for the two bands of frequencies as well as a circular polarization with a rate of suitable ellipticity on this wide angular coverage, especially for the directions furthest from the axis.
L'antenne 10 représentée sur la figure 1 est du type
combiné. Elle est formée par l'association de deux antennes planaires
concentriques, respectivement 14 et 16. Chacune des
antennes 14 et 16 et l'ensemble 10 présentent un axe 12 de symétrie
de rotation. L'antenne centrale 14, de plus petites dimensions,
est destinée à la bande S à 2 GHz et l'antenne extérieure
16, de plus grandes dimensions, est destinée à la bande UHF à 400
MHz.The
Chacune des antennes individuelles 14, 16 comporte un
substrat diélectrique, respectivement 18 et 20, sur lequel est
déposé un anneau conducteur, respectivement 22 et 24. Les deux
anneaux 22 et 24 sont centrés sur l'axe 12.Each of the
Des exemples de réalisation des anneaux conducteurs 22
et 24 seront décrits ci-après en relation avec les figures 2 et
3.Examples of embodiment of the conducting
Chacun des substrats est enfermé dans un logement
métallique de forme cylindrique d'axe 12. Le logement pour l'antenne
14 a la référence 25 et le logement pour l'antenne 16 a la
référence 26. Ce dernier logement est limité, d'une part, par une
paroi extérieure cylindrique 261 et, d'autre part, par une paroi
cylindrique intérieure 262 à faible distance de la paroi du logement
25.Each of the substrates is enclosed in a metal housing of cylindrical shape with an
L'espace 28 ménagé entre la paroi du logement 25 et la
paroi 262 a une longueur (dans la direction de l'axe 12) égale au
quart de la longueur des ondes en bande S, c'est-à-dire 35 mm
environ. Il est ouvert, en 29, du côté où se produit l'émission.
Il constitue un piège destiné à empêcher la propagation des courants
de fuite de l'anneau 22 vers l'anneau 24.The
Un anneau métallique de remplissage 36 peut être disposé
au fond de l'espace 28 ajuster la longueur (parallèlement
à l'axe 12) de cet espace 28 afin qu'elle soit égale au
quart de la longueur d'onde de la bande S.A
Les parois 25 et 262 peuvent être formées à partir de
la même feuille de métal.The
Autour du logement 26, sensiblement dans le plan de
l'anneau 24, et donc perpendiculaire à l'axe 12, se trouve un
anneau ou couronne métallique 30.Around the
Le rebord intérieur 32 de la couronne 30 se raccorde à
une jupe 34 s'éloignant, d'une part, de la couronne 30 en direction
du fond du logement 26 et, d'autre part, de l'axe 12. Dans
un exemple l'angle formé, dans le plan de la figure 1, par le
plan de la couronne 30 et la jupe 34 est de l'ordre de 45°.The
L'anneau 22 rayonne dans un cône d'axe 12 de demi-angle
au sommet égal à environ 60°. Il subsiste cependant un rayonnement
extérieur à ce cône. La couronne 30 a pour but de diffracter
les ondes déviées vers l'extérieur afin d'augmenter l'omnidirectionnalité
de l'antenne 14.The
Cependant, on a constaté que la couronne 30 avait tendance
à dégrader la polarisation circulaire du rayonnement,
c'est-à-dire à dégrader le taux d'ellipticité. L'expérience a
montré que la jupe 34 permettait de conserver un taux d'ellipticité
des ondes à polarisation circulaire proche de 1, surtout
pour les directions formant un grand angle avec l'axe 12. However, it was found that the
Le taux d'ellipticité peut être réglé empiriquement en
faisant varier l'orientation de la jupe 34, c'est-à-dire l'angle
qu'elle forme avec le plan de la couronne 30 ainsi qu'en faisant
varier ses dimensions.The ellipticity rate can be adjusted empirically by
varying the orientation of the
L'arête extérieure 341 de la jupe 34 est plus éloignée
de l'axe-12 que l'arête extérieure 301 de la couronne 30.The
Dans un exemple, le diamètre intérieur de la couronne
30 est de 256 mm, son diamètre extérieur de 300 mm, tandis que le
diamètre extérieur de la jupe 34 - qui a une forme générale tronconique
- est de 348 mm.In one example, the inside diameter of the
On pense que la jupe 34 crée une diffraction des ondes
en bande S qui s'oppose à l'effet négatif de la couronne diffractante
30 sur le taux d'ellipticité des ondes en bande S.
Il est à noter que les logements ou cavités 25 et 26
contribuent à symétriser le diagramme de rayonnement autour de
l'axe 12 et à améliorer le taux d'ellipticité.It should be noted that the housings or
Dans l'exemple, les substrats diélectriques 18 et 20
présentent une permittivité diélectrique relative εr de l'ordre
de 2,5. Comme indiqué ci-dessus, plus cette permittivité diélectrique
est élevée, plus les dimensions des antennes peuvent
être réduites. Cependant, l'augmentation de la constante diélectrique
est défavorable au maintien de la polarisation circulaire.
C'est pourquoi, dans l'exemple, la constante εr ne dépasse pas la
valeur 2,5.In the example, the
Les figures 1a, 1b et 1c sont des diagrammes permettant
de mettre en évidence les avantages, d'une part, du piège quart
d'onde constitué par l'espace annulaire 28 et, d'autre part, des
éléments diffractants 30 et 34.Figures 1a, 1b and 1c are diagrams allowing
to highlight the advantages, on the one hand, of the quarter trap
wave formed by the
Sur chacun de ces diagrammes, on a porté en abscisses,
l'élévation (en degrés), c'est-à-dire le demi-angle du cône
d'émission d'axe 12, et en ordonnées, les amplitudes en décibels
des rayonnements en polarisation normale et en polarisation croisée. On each of these diagrams, we have plotted on the abscissa,
elevation (in degrees), i.e. the half-angle of the
La figure 1a est un diagramme pour une antenne analogue
à celle de la figure 1 mais dépourvue, d'une part, du piège quart
d'onde 28 et, d'autre part, des éléments diffractants 30 et 34.Figure 1a is a diagram for a similar antenna
to that of Figure 1 but lacking, on the one hand, the
La courbe 40 correspond à la polarisation normale et
les courbes 41 correspondent à la polarisation croisée. La pureté
de la polarisation circulaire est d'autant plus grande qu'est
grand l'écart entre les courbes 40 et 41. On voit ainsi que pour
un angle de 0°, c'est-à-dire selon l'axe 12, l'émission est
selon une polarisation circulaire. Par contre, quand on s'éloigne
de l'axe 12, la polarisation circulaire se dégrade notablement.
En outre, l'émission s'affaiblit sensiblement dès qu'on
s'éloigne de l'axe 12.In addition, the emission weakens appreciably as soon as
moves away from
La figure 1b correspond à une antenne analogue à celle
de la figure 1, avec un piège 28 d'onde, cependant dépourvue
des éléments diffractants 30 et 34.Figure 1b corresponds to an antenna similar to that
of FIG. 1, with a
On constate que l'omnidirectionnalité ainsi que la
pureté de polarisation circulaire sont améliorés par rapport au
cas de la figure la. Toutefois, la pureté de polarisation circulaire
n'est pas entièrement satisfaisante entre 30° et 60°, la
distance entre les courbes 411 et 401 restant relativement
faible.It is noted that the omnidirectionality as well as the purity of circular polarization are improved compared to the case of FIG. However, the purity of circular polarization is not entirely satisfactory between 30 ° and 60 °, the distance between the
Le diagramme de la figure lc correspond à l'antenne
représentée sur la figure 1, avec un piège quart d'onde 28, la
couronne 30 et la jupe 34. On constate, par rapport à la figure
1b, que l'omnidirectionnalité est tout à fait satisfaisante jusqu'à
un angle de 60°. En outre, la pureté de polarisation circulaire
est nettement améliorée entre les angles 30° et 60°, la
distance entre les courbes 402 et 412 étant sensiblement plus
importante.The diagram in FIG. 1c corresponds to the antenna shown in FIG. 1, with a quarter-
Selon une disposition de l'invention, la compacité de
l'antenne est augmentée en conférant une forme crénelée ou en
méandres aux anneaux 22 et 24.According to a provision of the invention, the compactness of
the antenna is increased by giving a crenellated shape or by
meanders at
Dans l'exemple de la figure 2, l'anneau 22 comporte,
régulièrement répartis autour de l'axe 12, huit segments internes
461 à 468 alternés avec huit segments externes 481 à 488. Ces
segments 46 et 48 en forme d'arcs de cercles se raccordent à
leurs extrémités par des segments rectilignes 50, de directions
radiales. Ainsi, les segments radiaux sont, dans cet exemple, au
nombre de seize. Bien que non représenté sur la figure 2, l'anneau
24 est homothétique de l'anneau 22.In the example of FIG. 2, the
Dans l'exemple de la figure 3, on prévoit, pour les antennes S 22' et UHF 24', quatre segments internes et quatre segments externes.In the example of FIG. 3, provision is made for S 22 'and UHF 24' antennas, four internal segments and four external segments.
La longueur d'onde guidée du rayonnement à transmettre
est directement proportionnelle à la longueur électrique de l'anneau
de l'antenne résonnante 14 (14') ou 16 (16'). Cette longueur
électrique est égale à la somme des longueurs de tous les segments
46, 48 et 50.The guided wavelength of the radiation to be transmitted
is directly proportional to the electrical length of the ring
resonant antenna 14 (14 ') or 16 (16'). This length
electric is equal to the sum of the lengths of all
Ainsi, pour une même longueur d'onde guidée, c'est-à-dire
pour une même fréquence, une antenne selon l'invention présente
un encombrement plus réduit qu'une antenne ayant une forme
simplement circulaire. En effet, on constate que, par rapport à
un anneau circulaire ayant le même diamètre que le cercle sur
lequel sont disposés les segments 48, la longueur électrique est
augmentée d'environ la somme des longueurs des segments 50.Thus, for the same guided wavelength, that is to say
for the same frequency, an antenna according to the invention has
a smaller footprint than a shaped antenna
simply circular. Indeed, we note that, compared to
a circular ring with the same diameter as the circle on
which are arranged the
Cependant, on a constaté que plus la longueur des segments
50 est grande et plus le rendement de l'antenne diminue.
L'impédance de rayonnement de l'antenne diminue car le ruban
métallique masque davantage l'ouverture ; ainsi, la proportion
d'énergie dissipée dans le conducteur ou le diélectrique est plus
importante. Il est donc préférable que le rapport entre le diamètre
extérieur et le diamètre intérieur soit au plus de l'ordre
de deux.However, it was found that the longer the length of the
Par ailleurs, on a observé que la présence des segments
50 de directions radiales n'altérait pratiquement pas le taux
d'ellipticité de la polarisation du rayonnement. En effet, un
segment de direction radiale a aussi inconvénient de perturber
le taux d'ellipticité. Toutefois, on pense que c'est la succession
de segments parcourus par des courants en sens contraires
qui compense l'effet négatif sur le taux d'ellipticité. Furthermore, it was observed that the presence of the
Il faut donc prendre garde à disposer ces segments de façon telle que l'on obtienne cette compensation.Care must therefore be taken to arrange these segments of in such a way that this compensation is obtained.
La figure 4 montre, en perspective éclatée, les divers éléments constitutifs de l'antenne combinée avec des anneaux 22' et 24' du type de ceux de la figure 3.Figure 4 shows, in exploded perspective, the various components of the antenna combined with 22 'rings and 24 ′ of the type of those in FIG. 3.
Comme on peut le voir sur cette figure, la couronne 30
et la jupe 34 inclinée à 45° constituent une pièce d'un seul
tenant 50.As can be seen in this figure, the
Les anneaux 24' et 22' sont réalisés par gravure sur
des substrats diélectriques, respectivement 18 et 20, en un matériau
dénommé "polypenco". Sur la figure 4, on a représenté les
anneaux 22' et 24' séparés des substrats 18 et 20 ; mais il va de
soi que ces anneaux sont déposés sur les substrats respectifs 18
et 20.The 24 'and 22' rings are made by engraving on
dielectric substrates, respectively 18 and 20, of a material
called "polypenco". In Figure 4, the
rings 22 'and 24' separated from the
Entre le fond 52 du logement 25 et le substrat 18 est
disposé un répartiteur 54 qui sera décrit plus loin en relation
avec les figures 5 à 7.Between the bottom 52 of the
Un câble coaxial 60 traverse le fond 52 du logement 25
pour amener le signal d'excitation au répartiteur 54. Le rôle de
ce dernier est de répartir, avec des déphasages appropriés, le
signal d'excitation entre les quatre segments extérieurs 48' de
l'anneau 14'.A
De même, entre le fond 56 du logement 26 et le diélectrique
20, est disposé un répartiteur 58.Similarly, between the bottom 56 of the
Un câble coaxial 62 traverse le fond 56 pour amener le
signal d'excitation UHF vers le répartiteur 58 qui distribue,
avec des déphasages appropriés, ce signal d'excitation entre les
quatre segments extérieurs de l'anneau 24'.A
Les figures 5, 6 et 7 représentent le répartiteur 54.Figures 5, 6 and 7 show the
Les circuits 64, représentés sur les figures 5 et 6,
permettent, à partir du signal d'excitation fourni par le coaxial
60, d'obtenir une polarisation circulaire. A cet effet, ils alimentent
les quatre segments extérieurs 48' avec des déphasages
successifs de 90°. The
Le signal amené par le coaxial 60 est appliqué sur une
entrée 66 qui, comme montré sur la figure 5, est connectée à
l'entrée d'un déphaseur 70 de 180° par l'intermédiaire d'un
transformateur 68. La sortie 701 sans déphasage du déphaseur 70
est reliée à un port 74 qui est connecté lui-même à un déphaseur
78 de 90° par l'intermédiaire d'un transformateur 76. La sortie
702 à déphasage de 180° du déphaseur 70 est reliée à un autre
port 80, lequel est connecté à un second déphaseur 84 de 90° par
l'intermédiaire d'un transformateur 82.The signal brought by the coaxial 60 is applied to an
La sortie 781 sans déphasage du déphaseur 78 est reliée
à une première sortie 901 du circuit 64 par l'intermédiaire d'un
transformateur 86 et d'un adaptateur 88. La sortie 901 est
connectée à un premier segment extérieur de l'anneau 22'.The
De même, la sortie 782 de déphasage 90° du déphaseur 78
est reliée à une seconde sortie 902, par l'intermédiaire d'un
autre transformateur et d'un autre adaptateur. La sortie 902 est
reliée à un second segment extérieur de l'anneau 22'.Likewise, the 90 °
La sortie sans déphasage 841 du déphaseur 84 est reliée
à la troisième sortie 903 par l'intermédiaire d'un transformateur
et d'un adaptateur. Cette sortie 903 est reliée à un troisième
segment extérieur de l'anneau 22'.The phase-
Enfin, la sortie 842 de déphasage de 90° du déphaseur
84 est reliée à la quatrième sortie 904 du circuit 64 par l'intermédiaire
d'un transformateur et d'un adaptateur. Cette sortie
904 est reliée à un quatrième segment extérieur de l'anneau 22'.Finally, the
Le signal sur la sortie 901 est en phase avec le signal
d'entrée sur le premier port 66, tandis que les signaux sur les
sorties 902, 903 et 904 sont déphasés respectivement de 90°, 180°
et 270° par rapport au signal d'entrée.The signal on
Les divers éléments du circuit de la figure 5 sont réalisés à l'aide de découpes métalliques représentées sur la figure 6. Sur cette dernière, on a indiqué les mêmes éléments que ceux de la figure 5, avec les mêmes chiffres de références.The various elements of the circuit of Figure 5 are made using metal cutouts shown in the figure 6. On the latter, the same elements have been indicated as those of FIG. 5, with the same reference numbers.
Les sorties 901 à 904 se trouvent à la périphérie des
découpes et régulièrement réparties; ces sorties sont au droit
des segments extérieurs de l'anneau 22' auxquels elles sont raccordées.The
Comme on peut le voir sur la figure 7, les découpes métalliques sont en sandwich entre des diélectriques répartiteurs, respectivement 102 et 104.As can be seen in Figure 7, the cutouts metallic are sandwiched between dielectric distributors, 102 and 104 respectively.
La connexion de chaque sortie 90 du circuit 64 au segment
extérieur correspondant de l'anneau s'effectue par l'intermédiaire
d'une sonde 92. On prévoit donc quatre sondes. Sur la
figure 7, on a représenté la sonde 921.The connection of each
Le répartiteur 64, 102, 104 est enfermé dans un logement
métallique 106 constituant un piège empêchant l'excitation
d'ondes de surface sur le répartiteur.The
En variante, à la place de rubans, ou découpes métalliques,
le circuit 64 est réalisé à l'aide de gravures métalliques
sur un substrat.Alternatively, instead of ribbons, or metal cutouts,
Dans l'exemple représenté sur la figure 8, on prévoit trois antennes concentriques, respectivement 110, pour l'antenne centrale, 112 pour l'antenne intermédiaire et 114 pour l'antenne la plus extérieure.In the example shown in FIG. 8, provision is made three concentric antennas, respectively 110, for the antenna central, 112 for the intermediate antenna and 114 for the antenna the outermost.
Comme dans la réalisation représentée sur la figure 1,
une couronne 30 de diffraction entoure l'antenne la plus extérieure
et cette couronne 30 est solidaire d'une jupe 34 orientée
sensiblement à 45° par rapport au plan de la couronne 30. Également
comme dans la réalisation de la figure 1, un piège quart
d'onde 28 empêche la propagation d'un courant de fuite de la
cavité excitée vers les cavités environnantes. De façon analogue,
un piège quart d'onde 116 empêche la propagation d'un courant de
fuite vers l'antenne 114.As in the embodiment shown in FIG. 1,
a
Le piège 116 est de longueur (selon l'axe) plus grande
que le piège 28 car il est destiné à éliminer des longueurs
d'onde plus grandes, celles des signaux émis par l'antenne 112.The
Bien entendu, on peut prévoir un nombre d'antennes concentriques supérieur à trois.Of course, a number of antennas can be provided concentric greater than three.
Bien que les exemples décrits ci-dessus concernent des antennes à anneaux résonnants formés par un conducteur métallique, on comprend aisément que l'invention s'applique aussi à une antenne réalisée par une fente dans un conducteur. Pour certaines applications, notamment celles pour lesquelles l'échauffement doit être minimisé, cette réalisation à fente sera préférée.Although the examples described above relate to resonant ring antennas formed by a metallic conductor, it is easy to understand that the invention also applies to an antenna produced by a slot in a conductor. For certain applications, in particular those for which overheating must be minimized, this slotted realization will be favorite.
La variante représentée sur la figure 9 représente une cavité annulaire résonnante qui s'applique plus particulièrement à une antenne à fente. Toutefois, cet exemple pourrait s'appliquer aussi à une antenne à anneau résonnant formé par un conducteur métallique.The variant shown in Figure 9 represents a resonant annular cavity which applies more particularly to a slot antenna. However, this example could apply also to a resonant ring antenna formed by a conductor metallic.
L'anneau 130 est constitué par une fente 132 dans un
conducteur métallique 134. Cet anneau 130 forme des méandres
ayant chacun sensiblement la forme d'un pétale. Le nombre de
pétales est, dans cette réalisation, égal à 8.The
Bien que dans les exemples décrits ci-dessus, l'excitation soit réalisée sur les segments extérieurs à l'aide d'un câble coaxial, on peut également prévoir une excitation par couplage de proximité avec une ligne microruban ou avec une fente dans le plan de masse, c'est-à-dire dans un fond de cavité.Although in the examples described above, the excitation be performed on the outer segments using a coaxial cable, it is also possible to provide excitation by coupling proximity with a microstrip line or with a slit in the ground plane, that is to say in a bottom of the cavity.
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