Antenne pour aéronef

La présente invention concerne les antennes pour la communication de données et plus particulièrement une antenne pour aéronef.

De nombreux véhicules ont besoin, en stationnement, d'échanger des données avec une infrastructure fixe notamment pour des opérations de maintenance ou pour offrir aux passagers une connexion haut débit vers un réseau ouvert.

A titre d'illustration, pour l'exploitation d'aéronefs, de plus en plus d'informations doivent être échangées entre les systèmes d'une compagnie aérienne au sol et les aéronefs, en particulier lorsque ces derniers sont en escale à la passerelle d'un terminal ou en phase de maintenance en hangar. II existe tout d'abord des solutions dites câblées selon lesquelles il est nécessaire d'effectuer une connexion physique entre le véhicule et l'infrastructure fixe. Par exemple, une liaison de type Ethernet utilisant des câbles en cuivre autorise un débit de l'ordre de cent mégabits par seconde. Cependant, alors que de telles solutions offrent un débit de transmission des données très élevé, elles nécessitent la présence d'un opérateur pour effectuer un tel branchement.

Par ailleurs, il existe des systèmes utilisant des technologies sans fil, notamment des technologies de transmission par laser permettant des débits de transmission très élevés mais qui présentent des difficultés d'alignement, l'émetteur et le récepteur devant être positionnés selon une configuration très précise. Ces solutions sont également sensibles aux poussières ou autres salissures pouvant obstruer au moins partiellement l'émetteur et/ou le récepteur laser.

D'autres solutions de transmission de données sans fil ont également été développées à partir des technologies de réseaux sans fil, par exemple des solutions WiFi (acronyme de Wireless Fidelity en terminologie anglo-saxonne, WiFi est une marque), ou des technologies de téléphonie

cellulaire, permettant notamment à des dispositifs dans un aéronef d'échanger des données avec des stations de bases disposées dans un aéroport. De tels modes de communication de faible puissance utilisent une ou plusieurs antennes de faible puissance montées à l'extérieur de l'aéronef. Ainsi, dans le cycle de développement d'un aéronef, de plus en plus d'antennes doivent être implantées.

Toutefois, selon l'implantation de l'antenne au sol, variable d'une infrastructure à une autre, il peut exister des éléments des infrastructures au sol ou des aéronefs, par exemple les ailes, qui masquent le trajet radio direct entre ces antennes et entraînent une dégradation des performances de communication.

Par ailleurs, il est souhaitable que les communications entre un aéronef et le sol ne perturbent pas le fonctionnement de communications internes à l'aéronef, notamment les communications WiFi et WiMax du personnel de maintenance et/ou des équipements portables des passagers, et réciproquement.

Il existe donc un besoin pour améliorer la qualité des connexions entre un véhicule en stationnement et une infrastructure fixe, notamment le débit de transmission des données. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de communication sans fil pour aéronef comprenant au moins une antenne et un support multicouche transparent adapté à recevoir ladite au moins une antenne, au moins une partie d'une couche dudit support étant au moins partiellement réflective aux ondes électromagnétiques émises ou reçues par ladite au moins une antenne, ladite au moins une partie de la couche dudit support étant située au moins partiellement en regard de ladite au moins une antenne.

Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'améliorer les performances intrinsèques de l'antenne et de réaliser une antenne quasi directionnelle. Un tel dispositif permet également de réduire les perturbations pouvant résulter du dispositif sur d'autres équipements et d'optimiser l'angle de rayonnement de l'antenne par rapport aux antennes installées au sol. De plus,

le dispositif selon l'invention n'a pas d'effet sur la traînée aérodynamique de l'aéronef.

Selon un mode de réalisation particulier, ledit support transparent est un vitrage latéral, un vitrage frontal ou un hublot dudit aéronef. Le dispositif selon l'invention peut ainsi être facilement intégré à un aéronef.

De façon avantageuse, ladite au moins une partie de la couche dudit support est un film chauffant de dégivrage ou de désembuage. Le dispositif selon l'invention peut ainsi utiliser ainsi une couche réflective existante.

Selon un mode de réalisation particulier, ladite au moins une antenne est insérée entre deux couches dudit support. Le dispositif selon l'invention est ainsi discret et résistant aux agressions externes.

Alternativement, ladite au moins une antenne est fixée sur l'une des surfaces externes dudit support. Il est ainsi possible de mettre en œuvre l'invention avec des vitrages existants. Toujours selon un mode de réalisation particulier, ladite au moins une antenne est placée entre ladite partie de la couche dudit support et la surface extérieure dudit dispositif. Le dispositif selon l'invention permet ainsi l'échange de données entre l'aéronef et un système extérieur à celui-ci.

Alternativement, ladite au moins une antenne est placée entre ladite partie de la couche dudit support et la surface intérieure dudit dispositif. Le dispositif selon l'invention permet ainsi l'échange de données entre plusieurs équipements situés à l'intérieur de l'aéronef.

Toujours selon un mode de réalisation particulier, ladite au moins une antenne, appelée première antenne, est positionnée entre ladite au moins une partie de la couche dudit support et une surface externe dudit dispositif, ledit dispositif comprenant en outre au moins une seconde antenne, ladite au moins une seconde antenne étant positionnée entre ladite au moins une partie de la couche dudit support et une autre surface externe dudit dispositif, opposée à ladite une surface externe. Le dispositif selon l'invention permet ainsi l'échange de données entre l'aéronef et un système extérieur à celui-ci et entre plusieurs équipements situés à l'intérieur de l'aéronef.

L'invention a également pour objet un aéronef comprenant au moins un dispositif tel que décrit précédemment.

Selon un mode de réalisation particulier, l'aéronef comprend au moins un second dispositif tel que décrit précédemment, lesdits au moins deux dispositifs formant au moins une partie de deux vitrages latéraux opposés dudit aéronef, pour augmenter l'angle de rayonnement global des antennes et profiter d'un effet de diversité qui, en fonction de la situation des points d'accès, permet de profiter du meilleur signal reçu par l'un ou l'autre desdits au moins deux dispositifs. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, au regard des dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 illustre schématiquement une vue aérienne d'un aéronef parqué à proximité d'une passerelle ; - la figure 2 représente une vue en coupe d'un vitrage utilisé comme vitrage frontal d'un aéronef ;

- la figure 3 illustre un premier mode de réalisation d'un dispositif de communication sans fil conforme à l'invention selon lequel une antenne est insérée dans le vitrage, entre la surface extérieure du vitrage et un film chauffant ;

- la figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de communication conforme à l'invention selon lequel une antenne est insérée dans le vitrage, entre sa surface intérieure et un film chauffant ;

- la figure 5 présente un exemple d'antenne en spirale équiangulaire pouvant être utilisée pour mettre en œuvre l'invention ;

- la figure 6 illustre un troisième mode de réalisation d'un dispositif de communication conforme à l'invention selon lequel une antenne est collée ou fixée sur un vitrage, sur une partie intérieure ou extérieure du vitrage ; et,

- la figure 7 illustre l'angle de rayonnement d'antennes disposées dans ou sur les vitrages d'un cockpit d'aéronef comprenant une couche réflective.

L'invention consiste notamment, dans un aéronef, à combiner une antenne classique, par exemple une antenne large bande de type WiFi, avec une couche réflective intégrée au support de l'antenne pour former un dispositif de communication sans fils permettant d'améliorer les caractéristiques de l'antenne. Selon un mode de réalisation particulier, une antenne classique est implantée dans ou sur un vitrage comportant une couche réflective, par exemple une couche chauffante, qui interagit avec l'antenne en se comportant comme un réflecteur. L'antenne classique peut être collée sur le vitrage d'un aéronef ou intégrée dans le vitrage lors de la fabrication de celui-ci. L'élément rayonnant de l'antenne est placé devant la couche réflective du vitrage pour optimiser le rayonnement. La position de l'élément rayonnant et la couche réflective permettent ainsi de réaliser une antenne quasi directionnelle et d'améliorer les performances intrinsèques de l'antenne.

Il est également possible de dissimuler cette antenne dans une partie sérigraphiée du vitrage.

Le vitrage comporte de préférence un connecteur relié à la masse et à l'antenne permettant ainsi de venir connecter un câble d'impédance définie sur le système de communication de l'aéronef. Il est également possible d'utiliser un câble de connexion dont la référence de masse n'est pas définie, par exemple un câble de haute impédance.

Ainsi, l'antenne pour aéronef selon l'invention permet une communication sans fil entre l'aéronef et une infrastructure au sol ou à l'intérieur de l'aéronef.

L'utilisation de la couche chauffante en tant que réflecteur permet de diriger les communications vers l'extérieur lorsque l'antenne est disposée du côté extérieur du vitrage par rapport à la couche chauffante. L'antenne permet alors des communications avec le sol, par exemple avec un point d'accès au sol ou un client réseau sans fil.

L'utilisation de la couche chauffante en tant que réflecteur permet de diriger les communications vers l'intérieur lorsque l'antenne est disposée du côté intérieur du vitrage par rapport à la couche chauffante. L'antenne permet

alors des communications avec l'intérieur de l'aéronef, par exemple avec un réseau sans fil à l'intérieur de l'aéronef.

Dans ces deux cas, le réflecteur permet d'atténuer les signaux dans un sens ou dans l'autre et, simultanément, de jouer le rôle de réflecteur pour améliorer le gain de l'antenne dans le sens opposé.

Il est également possible de monter deux antennes, placées de part et d'autre de la couche chauffante, pour permettre deux communications simultanées, l'une vers l'extérieur et l'autre vers l'intérieur de l'aéronef.

De façon préférée, l'antenne est utilisée en émission et en réception, couvrant des bandes de fréquences attribuées aux technologies sans fils.

Il est rappelé que les technologies de communication de type WiFi offrent au sol une couverture étendue. Il est donc possible, à l'aide d'antennes quasi-directives, de se connecter aisément sur un type de réseau correspondant. Des antennes de petites dimensions intégrées dans les vitrages du cockpit ou les hublots de cabine peuvent, par conséquent, être utilisées pour effectuer une connexion avec des points d'accès au sol. La présence de matériaux conducteurs à l'intérieur des vitrages permet à ces antennes d'être quasi-directives vers l'extérieur de l'appareil avec une faible probabilité d'interférer avec des équipements embarqués.

Il est également possible d'utiliser ces antennes, en fonction de la composition du vitrage, pour couvrir l'intérieur de l'avion avec des technologies sans fil. Ces antennes peuvent également être implantées dans les hublots ou les vitrages du cockpit. Ainsi, les dispositifs de communication selon l'invention permettent de suppléer ou de compléter une antenne de type WiFi existante.

Lorsque l'aéronef est au sol, à proximité d'une antenne de communication, la localisation du point d'accès n'est pas connue à l'avance. Il est donc possible, en particulier, d'utiliser le dispositif de communication selon l'invention pour compléter une antenne existante lorsque la station de base sol se trouve dans une zone à l'avant de l'aéronef, mal couverte par cette dernière.

La figure 1 illustre schématiquement une vue aérienne d'un aéronef parqué à proximité d'une passerelle. Comme représenté, l'aéronef 100 est en stationnement à proximité d'une infrastructure au sol, ici une passerelle 105, de telle sorte qu'une porte de l'aéronef 100 soit en regard du bout de la passerelle 105.

L'aéronef 100 comprend un système informatique embarqué (non représenté), par exemple au système de maintenance, pouvant échanger des données avec un système informatique au sol 110.

L'aéronef 100 comprend une antenne de type WiFi ou WiMax 115, intégrée ici au vitrage du cockpit. L'antenne 115 est reliée au système informatique de l'aéronef 100 à travers une interface de communication adaptée.

Une borne d'accès comprenant une antenne 120 est positionnée au sol, par exemple devant l'aéronef 100. Le module radio (non représenté) associé à l'antenne 120 est connecté au réseau 125 du terminal d'aéroport 130 par un lien 135, ici un lien filaire. Le réseau 125 est connecté, par exemple, au réseau local 140 de la compagnie aérienne via un réseau 145 de type Internet à travers des pare-feux 150 (appelés firewall en terminologie anglo-saxonne). De façon similaire, une antenne connectée au réseau de la compagnie locale peut être placée sur un élément de structure, mobile ou non, amovible ou non, d'un hangar de maintenance pour être positionnée à proximité de l'aéronef 100 comprenant l'antenne 115 lorsque l'aéronef est dans le hangar de maintenance. La figure 2 représente une vue en coupe d'un vitrage 200 utilisé comme vitrage frontal d'un aéronef.

Comme illustré, les vitrages comprennent une pluralité de couches de verre, en général trois, référencées ici 205-1 , 205-2 et 205-3. La couche de verre 205-3, destinée à être placée vers l'extérieur de l'aéronef, a souvent une épaisseur de trois millimètres. La couche de verre 205-1 , destinée à être placée vers l'intérieur de l'aéronef, ainsi que la couche de verre 205-2, interne, ont généralement une épaisseur de huit millimètres.

Les couches de verre sont séparées par les couches intercalaires 210 et 215 réalisées, par exemple, en Polyuréthane (PU) ou en PolyVinyl Butyral (PVB). La couche intercalaire 210, placée entre les couches de verre 205-1 et 205-2, peut avoir une épaisseur d'un millimètre. La couche intercalaire 215, placée entre les couches de verre 205-2 et 205-3, a, en général, une épaisseur d'environ huit millimètres.

La couche réflective, ici partielle, est réalisée avec le film chauffant 220 comprenant, par exemple, de l'oxyde d'indium dopé à l'étain, aussi appelé ITO. Le film chauffant 220 est positionné entre la couche intercalaire 215 et la couche de verre 205-3.

Par ailleurs, le bord du vitrage est formé par un profilé comprenant les éléments 225 et 230 généralement formé en caoutchouc polysulfide (PR) et en silicone, utilisés pour fixer le vitrage.

Le film chauffant peut être obtenu, par exemple, selon le procédé décrit dans le brevet FR 2 695 117.

Les vitrages utilisés pour former les vitrages latéraux (vitrages latéraux de cockpit ou hublots de cabine) sont similaires au vitrage 200. Cependant, les couches de verre utilisées, en particulier les couches de verre 205-1 et 205-2, ont des épaisseurs différentes, par exemple de six et cinq millimètres, respectivement. Par ailleurs, la couche chauffante 220 est généralement située entre la couche de verre 205-2 et la couche intercalaire 215 et non entre la couche intercalaire 215 et la couche de verre 205-3.

Le film chauffant est utilisé pour le dégivrage des vitrages frontaux et pour le désembuage des vitrages latéraux. L'antenne peut être directement implantée dans le vitrage lors de sa fabrication en profitant de sa constitution multicouche.

Cependant, il convient de remarquer qu'en raison de la superposition des couches formant les vitrages frontaux et de la position du film chauffant, il est difficile d'insérer une antenne entre le film chauffant et la surface extérieure de ces vitrages.

Néanmoins, l'insertion d'une antenne entre le film chauffant et la surface intérieure de ces vitrages permet une communication sans fil dans le

cockpit selon, par exemple, une architecture réseau de type WLAN (acronyme de Wireless Local Area Network en terminologie anglo-saxonne) ou WPAN (acronyme de Wireless Personal Area Network en terminologie anglo-saxonne).

Dans les vitrages latéraux, la distance entre la partie extérieure du vitrage et la partie chauffante est suffisante pour permettre l'implantation d'une antenne entre une couche de verre et une couche intercalaire en Polyuréthane. Cette antenne profite de la partie chauffante en tant que réflecteur pour améliorer le gain et la directivité de l'antenne tout en limitant les perturbations des équipements situés dans le cockpit. L'implantation d'une antenne dans chaque vitrage latéral permet de profiter d'un effet de diversité qui, en fonction de la situation des points d'accès, permet de profiter du meilleur signal reçu par l'une ou l'autre antenne.

Par ailleurs, la présence de la couche réflective dans le vitrage permet d'atténuer les rayonnements dans un sens ou dans l'autre. Il est ainsi possible de couvrir le cockpit seul ou de rayonner vers l'extérieur de l'appareil sans perturber l'enceinte du cockpit. Cette atténuation est plus ou moins efficace selon la bande de fréquence utilisée.

La figure 3 illustre un premier mode de réalisation d'un dispositif de communication sans fil conforme à l'invention selon lequel une antenne est insérée dans le vitrage, entre la surface extérieure du vitrage et un film chauffant.

Comme le vitrage illustré sur la figure 2, le vitrage 300 comprend trois couches de verre 305-1 à 305-3 séparée par des couches intercalaires 310 et 315. Le film chauffant 320 est ici inséré entre la couche de verre 305-2 et la couche intercalaire 320 (vitrage latéral).

Le bord du vitrage 300 est en outre formé par un profilé comprenant les éléments 325 et 330, permettant sa fixation.

Une antenne 335 est insérée entre la couche intercalaire 315 et la couche de verre 305-3. L'antenne 335 est ainsi positionnée entre le film chauffant et la surface extérieure du vitrage 300. L'antenne 335 est ici reliée à

un connecteur 340 permettant de la connecter à une masse 345 de l'aéronef ainsi qu'à un système de communication (non représenté) via la connexion 350.

L'antenne insérée peut être une antenne à bande étroite ou à large bande en polarisation verticale, horizontale ou circulaire. Cette antenne peut, en particulier, être une antenne en spirale équiangulaire telle que celle représentée sur la figure 5.

Le film chauffant utilisé pour le désembuage fait office de réflecteur. Le gain de l'antenne est ainsi augmenté et les perturbations subies à l'intérieur du cockpit sont diminuées. Alternativement, ou de façon complémentaire, l'antenne 335 peut être insérée entre la couche intercalaire 310 et la couche en verre 305-1 pour permettre une communication sans fils vers l'intérieur de l'aéronef.

La figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de communication conforme à l'invention selon lequel une antenne est insérée dans le vitrage, entre sa surface intérieure et un film chauffant.

Comme le vitrage illustré sur la figure 2, le vitrage 400 comprend trois couches de verre 405-1 à 405-3 séparées par des couches intercalaires 410 et 415.

Le film chauffant 420 est ici inséré entre la couche intercalaire 415 et la couche de verre 405-3 (vitrage frontal).

Le bord du vitrage 400 est en outre formé par un profilé comprenant les éléments 425 et 430, permettant sa fixation.

Une antenne 435 est insérée entre la couche de verre 405-1 et la couche intercalaire 410. L'antenne 435 est par conséquent positionnée entre le film chauffant et la surface intérieure du vitrage 400. De même qu'en ce qui concerne l'antenne 335 illustrée sur la figure 3, l'antenne 435 est ici reliée à un connecteur 440 permettant de la connecter à une masse 445 de l'aéronef ainsi qu'à un système de communication (non représenté) via la connexion 450.

A nouveau, l'antenne insérée peut être une antenne à bande étroite ou à large bande en polarisation verticale, horizontale ou circulaire. Cette antenne peut, en particulier, être une antenne en spirale équiangulaire telle que celle représentée sur la figure 5.

Le film chauffant utilisé pour le dégivrage fait office de réflecteur. Le gain de l'antenne est ainsi augmenté et les perturbations subies à l'intérieur du cockpit sont diminuées.

La figure 5 présente un exemple d'antenne en spirale équiangulaire pouvant être utilisée pour mettre en oeuvre l'invention. Il s'agit ici d'une antenne quasi directive ayant un gain de 9dB et une impédance de 59 ohms sur toute la bande, son rayon externe étant de 2,25cm et la longueur de ses bras étant de

6cm. Cette antenne permet de couvrir une large plage de fréquences avec un encombrement et une implantation réduits. La puissance maximale rayonnée par cette antenne est faible.

La figure 6 illustre un troisième mode de réalisation d'un dispositif de communication conforme à l'invention selon lequel une antenne est collée ou fixée sur un vitrage, sur une partie extérieure du vitrage. La présence du filtre chauffant jouant le rôle de réflecteur permet à l'antenne de rayonner vers l'extérieur de l'aéronef.

L'antenne est de préférence collée dans une zone sérigraphiée du vitrage.

La figure 6 représente une vue d'un vitrage frontal 600, vu du côté du cockpit. Le vitrage comprend ici une zone sérigraphiée 605 sur laquelle est collée ou fixée une antenne spirale large bande 610. L'antenne peut être collée ou fixée à l'intérieur et/ou à l'extérieur de l'aéronef.

De façon avantageuse, l'antenne 610 est collée ou fixée sur le vitrage avant le montage de celui-ci sur l'aéronef pour simplifier la connexion de l'antenne au système de communication correspondant. La connexion peut être réalisée par un simple film comprenant des pistes conductrices.

Alternativement, d'autres moyens de connexion standard peuvent être utilisés.

De même, une antenne peut être collée ou fixée sur un vitrage latéral ou sur un hublot, sur sa surface extérieure et/ou intérieure.

La figure 7 illustre la portée de communication d'antennes disposées dans ou sur les vitrages d'un cockpit d'aéronef comprenant une couche réflective. L'aéronef 700 comprend ici trois antennes supplémentaires, deux antennes intégrées dans deux vitrages latéraux opposés et une antenne collée

sur la surface d'un vitrage frontal. Ces antennes sont montées entre une surface externe des vitrages et un film chauffant. Les sections 705, 710 et 715 représentent l'angle de rayonnement de l'antenne disposée sur le vitrage frontal et des antennes intégrées dans les vitrages latéraux, respectivement. Il peut être remarqué que ces antennes étant montées sur le pourtour de l'aéronef, la zone d'ombre radio générée par l'aéronef est limitée.

Ces antennes permettent à l'aéronef de communiquer avec un moyen de communication sans fil positionné au sol sur les abords latéraux de l'avion. Ces antennes peuvent être des antennes larges bandes couvrant ainsi des besoins actuels voir des futurs besoin sur d'autres bandes de fréquences.

La combinaison d'antennes classiques avec une couche réflective du vitrage sur lequel elles sont montées offre de nombreux avantages parmi lesquels l'optimisation de la réception des données, l'amélioration de la directivité de l'antenne, la réalisation d'antennes large bande, la possibilité d'intégrer plusieurs types d'antennes sur un même vitrage, la réduction de la masse et de l'encombrement des antennes, le choix du rayonnement vers l'intérieur ou l'extérieur de l'aéronef et la suppression des traînées aérodynamiques.

Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne compétente dans le domaine de l'invention pourra appliquer des modifications dans la description précédente.