FR2591807A1 - Antenne dielectrique - Google Patents

Abstract

L'antenne selon l'invention comporte au moins un élément pilote en forme de dipôle. Ce dipôle est formé de deux éléments diélectriques alignés 2 en matériau céramique, comportant chacun, à son extrémité proximale, une métallisation 3 pour le prélèvement du signal à recevoir ou l'application du signal à émettre, et ce dipôle étant orienté dans la direction du plan de polarisation E, R de l'onde électromagnétique. On recueille ainsi la tension induite par influence par le champ électrique dans l'élément céramique. En utilisant une céramique de permitivité vepsiln r élevée, on peut réduire la longueur de l'élément dans un rapport 2Root vepsiln r, par rapport à un élément métallique comparable utilisé dans une antenne classique. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne les antennes, notamment les antennes pour la réception des bandes 8, 9 et 10 (30 MHz à 30 GHz), qui sont des bandes utilisées pour la radiocommunication et la télédiffusion.

On sait que l'onde électromagnétique peut être représentée par deux vecteurs orthogonaux : un vecteur champ magnétique H et un vecteur champ électrique E, chacun des champs portant la moitié de la puissance totale rayonnée à l'émission.

Il est connu de réaliser des antennes de tous types en employant des matériaux conducteurs de l'électricité : un courant y est alors induit par les variations du champ magnétique de l'onde électromagnétique. On connaît ainsi les antennes de type Yagi comportant au moins un élément pilote en forme de di pôle, orienté dans le plan de polarisation de l'onde électromagnétique à recevoir ou à emettre (le plan de polarisation étant, par définition, le plan, horizontal ou vertical, dans lequel se situe le champ électrique dans le cas d'une polarisation verticale par exemple, il est nécessaire que le dipôle métallique soit horizontal, pour induire un courant maximal par les variations du champ magnétique).

A l'élément pilote peuvent être adjoints des éléments directeurs et réflecteurs, généralement sous la forme de dipôlessupplémentairesorientesdans le même plan que l'élément pilote.

La présente invention a pour objet de proposer une antenne dont l'élément pilote est réalisé en matériau céramique purement diélectrique.

On connaît certes des antennes dites "antennes diélectriques", mais celles-ci sont essentiellement constituées par une tige de diélectrique (plastiqo) pleine ou creuse fonctionnant selon la technique d'un guide d'onde, et transmettant donc un mode tel que le maximum de gain (ou de rayonnement , en émission) apparaisse dans la direction de la tige.

L'invention utilise un principe différent, en employant les variations du champ électrique pour induire par influence dans le barreau diélectrique la tension qui sera appliquée à l'entrée du récepteur.

Plus précisément, 11 antenne selon l'invention, qui comporte au moins un élément pilote en forme de dipôle, est caractérisée en ce que ce dipôle est formé de deux éléments diélectriques alignés en matériau céramique, comportant chacun, à son extrémité proximale, une métallisation pour le prélèvement du signal à recevoir ou l'application du signal à émettre, et en ce que ce dipôle est orienté dans la direction du plan de polarisation de l'onde électromagnétique à recevoir ou à émettre.

On utilise pour ce faire une céramique de permittivité élevée dans la bande de fréquences où l'on souhaite travailler.

Un premier avantage qui en découle est une réduction dimensionnelle importante (dans le rapport C/-r frétant la permittivité relative de la céramique), ce qui permet une miniaturisation importante par rapport à une antenne classique en matériau conducteur, pour une sensibilité comparable.

Un second avantage est le gain plus élevé que présente cette antenne par rapport à une antenne métallique (un diélectrique parfait n'introduit en effet aucun élément résistif ni inductif) ; l'adaptation à l'impédance d'entrée du récepteur (ou de sortie de l'émetteur) peut être réalisée par des moyens classiques, tels que transformateur ou circuits électroniques (montage émétodyne).

Toutes les formes d'aériens utilisées pour la réalisation d'antennes en matériau conducteur peuvent être utilisées pour les antennes selon 11 invention, les lets diélectriques étant orientés dans la direction du plan de polarisation.

On peut en particulier réaliser des antennes de type Yagi ou de type dièdre, ou tout autre type d'antenne classique
Plus précisément, on peut adjoindre à l'élé- ment pilote des éléments directeurs formés d'éléments diélectriques réalisés en matériau céramique et orientés selon la même direction que l'élément pilote.

On peut également adjoindre à l'élément pilote un élément réflecteur métallique (à faible résistance électrique3.

Cet élément réflecteur peut être formé d'une surface conductrice ; il peut être également formé d'un réseau d'éléments diélectriques parallèles, réalisés en matériau céramique et orientés selon la même directtion que l'élément pilote ; il peut enfin être formé d'une surface diélectrique continue en matériau céramique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 représente schématiquement une antenne de type dièdre réalisée selon les enseignements de l'invention,
la figure 2 illustre un autre type d'antenne, comportant des éléments directeurs et réflecteurs en forme de barreaux diélectriques,
. la figure 3 illustre un autre mode de réalisation, partiellement en coupe, d'une antenne disposée à l'intérieur d'une coupole protectrice partiellement transparente à l'onde électromagnétique, et partiellement réflectrice.

En référence à la figure 1, l'antenne selon l'invention est constituée essentiellement d'un dipôlel constitué de deux éléments (plaques ou barreaux céramique 2, alignés et disposés parallèlementà la oetposante E du champ électrique de l'onde électromagnétique (le trièdre illustré comprend le champ électrique E, le champ ma gnétique H, et le vecteur de Poynting R).

Les dlements sont réalisés en un matériau céramique de permittivité élevée à la fréquence considérée et à faibles pertes diélectriques.

Un exemple de céramique utilisable est par exemple l'alumine ultra pure à 99,9 %, dont la constante diélectrique relative est de l'ordre de 9,6 pour des fréquences de quelques GHz, ou encore les céramiques à base de (2MgO+TiO2).

Par rapport à un élément métallique d'une antenne classique, la dimension de chacun des éléments diélectriques 2 peut être réduite dans un rapport \ soit, dans l'exemple cité, dans un rapport supé- r rieur à 3.

Les éléments sont pourvus chacun à leur extrémité proximale d'une métallisation 3 réalisée selon la technique classique (par exemple dépôt Ag-Pd à 85 %-15 %), de sorte que la tension induite par influence par le champ électrique dans l'élément puisse être recueillie aux bornes de celui-ci (en ce qui concerne l'extrémité distale, la fermeture du circuit se fait en fait de façon diffuse par l'atmosphère ambiante, et il n'est pas nécessaire de prévoir une métallisation à cet endroit pour y relier une connexion électrique).

Les deux métallisations sont reliées au récepteur par un câble coaxial 4 dont l'âme est reliée à la métallisation de l'un des éléments, et'la gaine, à celle de l'autre.

Le dipôle est par exemple supporté par un montant horizontal fixé à un mât vertical 5 supportant un réflecteur, qui permet de focaliser le champ électromagnétique sur le dipôle et d'éliminer les ondes stationnaires de l'environnement.

Ce réflecteur peut par exemple être constitué par un dièdre 6 comportant deux faces 7, 8 constituées d'une plaque conductrice métallique ou métallisée, reliée électriquement au blindage du câble coaxial 4. Les dimensions des faces du dièdre et son ouverture a sont calculées selon les méthodes classiques, en fonction du diagramme de directivité recherché et de la bande de fréquences utile.

L'ensemble est supporté par un socle 9, pour par exemple constituer une antenne intérieure de télévision pour la réception des programmes dans la bande 9.

Un autre exemple d'antenne est illustré figure 2 : le dipôle 10 y est identique au dipôle 1 de la figure 1, mais on a adjoint à celui-ci une série d'éléments directeurs 11, 12, 13 permettant d'accroître la directivité et le gain d'ensemble de l'antenne.

Le réflecteur 14 peut par exemple être formé d'un réseau d'éléments diélectriques 15 comportant à chacune de leurs extrémités une métallisation soudée à un conducteur métallique 16, 17. Pour assurer la focalisation, le réseau réflecteur 14 a une forme générale de cylindre parabolique.

Il est également possible de remplacer le réseau 14 par une surface continue, équivalente, en matériau céramique de qualité adaptée à la fonction.

Sur la figure 3 on a représenté une autre variante plus particulièrement destinée à une utilisation extérieure : à l'intérieur d'un radôme étanche 20, on a disposé une antenne selon l'invention comportant un élément pilote 21 et une pluralité d'éléments directeurs 22, 23, 24. A l'arrière de l'antenne, la paroi intérieure du radôme est pourvue d'une métallisation 25 formant réflecteur, reliée électriquement au blindage du câble coaxial de descente d'antenne.

Le radôme est par exemple réalisé en verre époxy, avec une forme circulaire en plan et elliptique en élévation ; il est pourvu à sa base d'un socle comportant des points de fixation 26, par exemple pour mise en place au sommet d'un toit, et en 27 d'un déflecteur de gouttes d'eau.

De façon générale, on peut associer à l'élé- ment pilote constitué par le dipôle de l'invention tous les éléments annexes utilisés pour les antennes métalliques classiques, en fonction du diagramme de directivité et du gain de l'antenne ; les dimensions et les positions de ces éléments sont déterminées, de façon classique, en fractions choisies de la longueur d'onde à recevoir ou à émettre. A cet égard, on remarquera que la réduction dimensionnelle procurée par l'invention ne joue que pour la longueur des éléments réalisés en matériau céramique, mais que leur position relative n'est pas modifiée par rapport à une antenne conductrice classique ; toutes les techniques utilisées pour ces dernières sont donc parfaitement transposables sans difficulté.

La mise en oeuvre de l'ensemble est assurée par un réglage du R.O.S. (rapport d'ondes stationnaires) pour l'impédance d'utilisation à une valeur ROS * 1.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Une antenne, du type comportant au moins un élément pilote en forme de dipôle, caractérisée en ce que ce dipôle est formé de deux éléments diélectriques alignés (2) en matériau céramique, comportant chacun, à son extrémité proximale, une métallisation (3) pour le prélèvement du signal à recevoir ou l'application du signal à émettre, et en ce que ce dipôle est orienté dans la direction du plan de polarisation (E,R) de l'onde électromagnétique à recevoir ou à émettre.

2. Une antenne selon la revendication 1, dans laquelle des- éléments directeurs (11-13 ; 22-24) sont adjoints à l'élément pilote, ces éléments directeurs étant formés d'éléments diélectriques réalisés en matériau céramique et orientés selon la même direction que l'élément pilote.

3. Une antenne selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle élément réflecteur est adjoint à l'élément pilote.

4. Une antenne selon la revendication 3, dans laquelle l'élément réflecteur est formé d'une surface conductrice (25).

5. Une antenne selon la revendication 3, dans laquelle l'élément réflecteur est formé d'un réseau (14) d'éléments diélectriques parallèles (15), réalisés en matériau céramique et orientés selon la mme direction que l'élément pilote (10).

6. Une antenne selon la revendication 3, dans laquelle l'élément réflecteur est formé d'une surface diélectrique continue en matériau céramique.