EP0354076B1 - Antenne comportant des circuits de distribution d'énergie micro-onde du type triplaque - Google Patents

Antenne comportant des circuits de distribution d'énergie micro-onde du type triplaque Download PDF

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EP0354076B1
EP0354076B1 EP89401832A EP89401832A EP0354076B1 EP 0354076 B1 EP0354076 B1 EP 0354076B1 EP 89401832 A EP89401832 A EP 89401832A EP 89401832 A EP89401832 A EP 89401832A EP 0354076 B1 EP0354076 B1 EP 0354076B1
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EP
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circuits
circuit
triplate
antenna
distributors
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EP89401832A
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EP0354076A1 (fr
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Vincent Dubois
Philippe Naudin
Valdo Trubert
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials

Definitions

  • the present invention relates to an antenna structure comprising microwave energy distribution circuits of the triplate type.
  • a known embodiment of the antenna consists in using a plurality of radiating elements distributed in a plane in N rows and M columns, the scanning of the space by the beam of microwave energy thus obtained can be done by rotation mechanical around one or two axes, or by electronically scanning one or two planes, electronically controllable phase shifters then being added to the structure.
  • this type of antenna uses a single microwave energy source, it is necessary to distribute this energy, for example first vertically between N horizontal planes, then to distribute it horizontally between the M radiating elements carried by each plane horizontal.
  • circuits of the triplate type are generally used, and in particular air triplate circuits in which the dielectric consists of air.
  • a stack of N triplate circuits is thus obtained, each distributing the energy to M radiating elements and separated from each other by spacers in order to respect the pitch chosen for the radiating elements in the vertical direction.
  • Such an arrangement generally forms a bulky and heavy antenna.
  • the production of three-way distribution circuits becomes difficult when their size increases, thus limiting the number M of radiating elements per distributor.
  • British patent application GB 2,191,044 describes an antenna capable of transmitting and receiving a circularly polarized wave using crossed dipoles supplied with the aid of triplate circuits.
  • the present invention relates to an antenna structure of the previous type in which the drawbacks and limitations are reduced by virtue of the fact that the triplate circuits are arranged so that they have at least part of their ground planes in common, this of course without modifying the steps at which the M x N radiating elements are arranged.
  • the subject of the invention is an antenna as defined by claim 1.
  • Figure 1 therefore shows a cross section of a block diagram of a circuit of the triplate type.
  • This circuit comprises a central conductor 4, kept at a substantially constant distance from two conductive planes 1 and 2, which behave like short circuits and which are called ground planes.
  • the central conductor is separated from the ground planes by a dielectric 3 which can be constituted by air.
  • a triplate circuit also includes mechanical support means for the central conductor, not shown in this figure.
  • FIG. 2 represents a top view of a triplate distribution circuit capable of being used in the antenna according to the invention.
  • the diagram in FIG. 2 being a top view, only a ground plane is visible, marked 11.
  • the triplate circuit is for example substantially rectangular, its central conductor (not visible) receiving, for example on one of the long sides from the rectangle, marked 12, the energy coming from distribution means R (for example along the vertical axis), via a coupler and, when an electronic scan is carried out in the vertical plane, a phase shifter, for distributing it in the horizontal plane (according to the previous example) with M radiating elements, for example of the dipole type, marked D1, D2 Across D M , arranged on the other long side of the rectangle, marked 13.
  • the dipoles D each consist of two superimposed half-dipoles which constitute an extension of each of the ground planes, only the upper half-dipole being visible and marked 10, and by a half-dipole marked 40, which is an extension of the central conductor.
  • the dipoles are regularly arranged on the side 12, at a pitch denoted p M.
  • the ground planes consist of aluminum sheets and the central conductor, of copper ribbons.
  • the three-ply structure can be mechanically reinforced by foam, placed between the central conductor and the ground planes.
  • FIG. 2 also shows a plurality of junctions J D , arranged for example in notches made in the side 13, ensuring the connection between several triplate circuits, the precise constitution and the function, in some embodiments, are described in more detail below.
  • the distributor R is also constituted by a triplate circuit, arranged for example as shown in the figure on the side 13, normally in the plane of the distributor triplate, the electrical connection between the two triplate circuits can be carried out using a J R junction on one of the short sides of the rectangle, similar to the previous J D junction.
  • FIG. 3 represents a first embodiment, seen in partial section in the vertical plane, of the antenna according to the invention.
  • triplate distribution circuits T D seen in section, separated and held by spacers 8.
  • Each of the distribution circuits T D consists of two triplate circuits, marked T1 and T2, superimposed.
  • the first of these circuits, T1 carries the dipoles D produced in the extension of the circuit T1 as shown in FIG. 2, and part of the microwave circuits necessary for distribution.
  • the other triplate circuit, T2 carries the rest of the distribution circuits. It is arranged parallel to the triplate circuit T1 so as to have in common with it one of its ground planes, the plane 12 in the example shown, and it is then further constituted by a second ground plane, marked 14 and a central conductor, identified 13.
  • the circuits T1 and T2 are fixed in a vertical support 3 at the rear of the antenna.
  • a conducting plane 9 forming a reflector for the dipoles.
  • the microwave energy supplied to the distributor R is distributed to the different (N) distributor circuits via couplers and, where appropriate, phase shifters; the energy supplied to each of the distributor circuits is distributed to the M dipoles carried by each of these circuits.
  • the term “distribution” is used for the division of energy between the source and the (N) horizontal planes, and that the term “distribution” is used at the 'inside the horizontal planes, between the different (M) radiating elements.
  • Such a structure therefore makes it possible to reduce the thickness of the antenna (between front face and rear face), as well as its weight due to the reduction in the number of ground planes.
  • FIG. 4 represents an embodiment of a junction J D between two triplate circuits T1 and T2 forming the same distributor circuit T D.
  • FIG 4 there is shown the rear face of the circuits T2 and T2.
  • the circuit T1 always includes the ground plane 11, its central conductor identified 10, shown in dotted lines and the ground plane 12 which it has in common with the circuit T2, whose central conductor is identified 13 and the second ground plane 14.
  • the junction J D between the two triplate circuits is constituted by a micro-ribbon type circuit, that is to say comprising a ground plane 5 and a ribbon-shaped conductor 6 arranged parallel to the ground plane and separated from the latter by a dielectric material 7.
  • the circuit J D is placed on the rear face of the circuits T1 and T2.
  • the central conductors 10 and 13 of the two triplates T1 and T2 are each provided with a tongue extending outside the circuit, crossing the ground plane 5 (without electrical contact with it) and the dielectric 7, so as to come into electrical contact with the conductor 6.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • La présente invention a pour objet une structure d'antenne comportant des circuits de distribution d'énergie micro-onde du type triplaque.
  • Un mode de réalisation connu d'antenne consiste à utiliser une pluralité d'éléments rayonnants répartis dans un plan en N lignes et M colonnes, le balayage de l'espace par le faisceau d'énergie micro-onde ainsi obtenu pouvant se faire par rotation mécanique autour d'un ou deux axes, ou encore par balayage électronique un ou deux plans, des déphaseurs électroniquement commandables étant alors ajoutés à la structure.
  • Lorsque ce type d'antenne utilise une source d'énergie micro-onde unique, il est nécessaire de répartir cette énergie, par exemple d'abord verticalement entre N plans horizontaux, puis de la distribuer horizontalement entre les M éléments rayonnants portés par chaque plan horizontal.
  • Une telle distribution d'énergie devant se faire avec un minimum de pertes, on utilise en général des circuits du type triplaque, et notamment des circuits triplaques à air dans lesquels le diélectrique est constitué par de l'air.
  • On obtient ainsi un empilement de N circuits triplaques, distribuant chacun l'énergie à M éléments rayonnants et séparés les uns des autres par des entretoises pour respecter le pas choisi pour les éléments rayonnants dans la direction verticale.
  • Un tel arrangement forme en général une antenne encombrante et lourde. En outre, la réalisation des circuits triplaques de distribution devient délicate lorsque leur taille augmente, limitant ainsi le nombre M d'éléments rayonnants par distributeur.
  • La demande de brevet britannique GB 2.191.044 décrit une antenne pouvant émettre et recevoir une onde polarisée circulairement à l'aide de dipôles croisés alimentés à l'aide de circuits triplaques.
  • La présente invention a pour objet une structure d'antenne du type précédent dans laquelle les inconvénients et limitations sont réduits grâce au fait que les circuits triplaques sont disposés de sorte qu'ils aient au moins une partie de leurs plans de masse en commun, cela bien entendu sans que soient modifiés les pas auxquels sont disposés les M x N éléments rayonnants.
  • Plus précisément, l'invention a pour objet une antenne telle que définie par la revendication 1.
  • D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, illustrée par les dessins annexés, qui représentent :
    • la figure 1, une coupe transversale d'un circuit triplaque ;
    • la figure 2, une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un circuit de distribution triplaque utilisé dans l'antenne selon l'invention ;
    • la figure 3, une vue en coupe partielle d'un premier mode de réalisation de l'antenne selon l'invention ;
    • la figure 4, un mode de réalisation d'une jonction entre deux circuits triplaques utilisés dans l'antenne selon l'invention.
  • Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
  • La figure 1 représente donc une coupe transversale d'un schéma de principe d'un circuit du type triplaque.
  • Ce circuit comporte un conducteur central 4, maintenu à distance sensiblement constante de deux plans conducteurs 1 et 2, qui se comportent comme des court-circuits et qui sont appelés plans de masse. Le conducteur central est séparé des plans de masse par un diélectrique 3 qui peut être constitué par de l'air. Un circuit triplaque comporte encore des moyens de supports mécaniques du conducteur central, non représentés sur cette figure.
  • La figure 2 représente une vue de dessus d'un circuit triplaque de distribution susceptible d'être utilisé dans l'antenne selon l'invention.
  • Le schéma de la figure 2 étant une vue de dessus, seul est visible un plan de masse, repéré 11. Le circuit triplaque est par exemple sensiblement rectangulaire, son conducteur central (non visible) recevant, par exemple sur l'un des grands côtés du rectangle, repéré 12, l'énergie provenant de moyens R de répartition (par exemple selon l'axe vertical), via un coupleur et, lorsqu'on effectue un balayage électronique dans le plan vertical, un déphaseur, pour la distribuer dans le plan horizontal (selon l'exemple précédent) à M éléments rayonnants, par exemple du type dipôle, repérés D₁, D₂ ..... DM, disposés sur l'autre grand côté du rectangle, repéré 13 .
  • Plus précisément, dans ce mode de réalisation, les dipôles D sont constitués chacun par deux demi-dipôles superposés qui constituent un prolongement de chacun des plans de masse, seul le demi-dipôle supérieur étant visible et repéré 10, et par un demi-dipôle repéré 40, qui est le prolongement du conducteur central. Les dipôles sont disposés régulièrement sur le côté 12, à un pas noté pM. A titre d'exemple, les plans de masse sont constitués par des feuilles d'aluminium et le conducteur central, par des rubans de cuivre. Au niveau des dipôles, la structure triplaque peut être mécaniquement renforcée par de la mousse, disposée entre conducteur central et plans de masse.
  • On a encore représenté sur la figure 2 une pluralité de jonctions JD, disposées par exemple dans des encoches pratiquées dans le côté 13, assurant la connexion entre plusieurs circuits triplaques, dont la constitution précise et la fonction, dans certains modes de réalisation, sont décrites plus en détail ci-après.
  • Dans le cas où le répartiteur R est constitué également par un circuit triplaque, disposé par exemple comme représenté sur la figure sur le côté 13, normalement au plan du triplaque distributeur, la liaison électrique entre les deux circuits triplaques peut être effectuée à l'aide d'une jonction JR sur l'un des petits côtés du rectangle, analogue à la jonction JD précédente.
  • La figure 3 représente un premier mode de réalisation, vu en coupe partielle dans le plan vertical, de l'antenne selon l'invention.
  • Sur cette figure, on a représenté cinq circuits triplaques de distribution TD vus en coupe, séparés et maintenus par des entretoises 8. Chacun des circuits de distribution TD est constitué de deux circuits triplaques, repérés T₁ et T₂, superposés .
  • Le premier de ces circuits, T₁, porte les dipôles D réalisés dans le prolongement du circuit T₁ comme représenté figure 2, et une partie des circuits micro-onde nécessaires à la distribution. L'autre circuit triplaque, T₂, porte le reste des circuits de distribution. Il est disposé parallèlement au circuit triplaque T₁ de façon à avoir en commun avec lui un de ses plans de masse, le plan 12 dans l'exemple représenté, et il est alors constitué en outre par un deuxième plan de masse, repéré 14 et un conducteur central, repéré 13. Les circuits T₁ et T₂ sont fixés dans un support vertical 3 à l'arrière de l'antenne.
  • Sur la partie avant de l'antenne, derrière les dipôles D, est fixé classiquement un plan conducteur 9 formant réflecteur pour les dipôles.
  • De la sorte, comme exposé plus haut, l'énergie micro-onde fournie au répartiteur R est répartie aux différents (N) circuits distributeurs via coupleurs et, le cas échéant, déphaseurs ; l'énergie fournie à chacun des circuits distributeurs est distribuée aux M dipôles que portent chacun de ces circuits.
  • Il est à noter que, dans la présente description, le terme de "répartition" est utilisé pour la division de l'énergie entre la source et les (N) plans horizontaux, et que le terme de "distribution" l'est à l'intérieur des plans horizontaux, entre les différents (M) éléments rayonnants.
  • Il est à noter en outre que la description du fonctionnement et les termes utilisés correspondent au fonctionnement à l'émission, mais que l'antenne fonctionne, de façon réciproque, également à la réception.
  • Une telle structure permet donc de réduire l'épaisseur de l'antenne (entre face avant et face arrière), ainsi que son poids du fait de la diminution du nombre de plans de masse.
  • La figure 4 représente un mode de réalisation d'une jonction JD entre deux circuits triplaques T₁ et T₂ formant un même circuit distributeur TD.
  • Sur la figure 4, on a représenté la face arrière des circuits T₁ et T₂. Le circuit T₁ comporte toujours le plan de masse 11, son conducteur central repéré 10, représenté en pointillés et le plan de masse 12 qu'il a en commun avec le circuit T₂, dont le conducteur central est repéré 13 et le deuxième plan de masse 14.
  • La jonction JD entre les deux circuits triplaques est constituée par un circuit du type micro-ruban, c'est-à-dire comportant un plan de masse 5 et un conducteur 6 en forme de ruban disposé parallèlement au plan de masse et séparé de celui-ci par un matériau diélectrique 7. Le circuit JD est placé sur la face arrière des circuits T₁ et T₂. Les conducteurs centraux 10 et 13 des deux triplaques T₁ et T₂ sont munis chacun d'une languette s'étendant à l'extérieur du circuit, traversant le plan de masse 5 (sans contact électrique avec lui) et le diélectrique 7, de façon à venir en contact électrique avec le conducteur 6.
  • Une telle jonction est décrite dans la demande de brevet français n° 2.612.697 au nom de THOMSON-CSF.
  • La description ci-dessus a été bien entendu faite à titre d'exemple non limitatif. C'est ainsi notamment que l'on a décrit une antenne assurant un balayage mécanique dans le plan horizontal, mais que ce plan peut être vertical.

Claims (4)

  1. Antenne à balayage électronique comportant :
    - un répartiteur (R) relié à un émetteur ou un récepteur d'énergie rayonnée micro-onde, assurant la répartition de l'énergie entre N distributeurs ;
    - N distributeurs (TD), assurant chacun la distribution de l'énergie qu'il reçoit entre M éléments rayonnants, et réalisés sous forme de circuits triplaques, chacun des circuits triplaques comportant un conducteur central, deux plans de masses disposés de part et d'autre du conducteur central, sensiblement parallèlement à ce dernier et séparés du conducteur central par un matériau diélectrique ;
    - MxN éléments rayonnants (D) ;
    l'antenne étant caractérisée par le fait que chacun des distributeurs (TD) est réalisé par deux circuits triplaques (T₁, T₂) superposés, le premier circuit (T1) portant les éléments rayonnants (D) disposés dans son prolongement et le deuxième circuit (T2) étant relié au répartiteur (R), ces deux circuits ayant un plan de masse commun, que les distributeurs (TD) sont disposés parallèlement les uns aux autres, et que chacun des distributeurs (TD) comporte en outre au moins une jonction (JD) assurant la connexion entre les conducteurs centraux de ses deux circuits triplaques.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la jonction de chaque distributeur est constituée par un circuit du type micro-ruban, comportant un plan de masse (5) et un conducteur (6) en forme de ruban séparé du plan de masse par un matériau diélectrique (7), chacun des conducteurs centraux des circuits triplaques étant muni d'une languette, traversant le plan de masse et le diélectrique du circuit micro-ruban, sans contact électrique avec le plan de masse du circuit micro-ruban, de sorte à venir en contact électrique avec le ruban.
  3. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le matériau diélectrique des circuits triplaques est constitué par de l'air.
  4. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les éléments rayonnants sont du type dipôle.
EP89401832A 1988-07-13 1989-06-27 Antenne comportant des circuits de distribution d'énergie micro-onde du type triplaque Expired - Lifetime EP0354076B1 (fr)

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