Brevet FR2041729A1 — publié le 19710205

La présente invention se rapporte à des antennes à large "bande et plus particulièrement à des antennes relativement légères destinées à recevoir simultanément des composantes de fréquences comprises dans une large•gamme suivant une carac-5 téristique pratiquement omnidirectionne-lle dans le plan horizontal mais avec un diagramme de rayonnement dans le plan vertical correspondant à un tore de section inclinée vers le haut. Dans des applications telles que la réception de signaux de navigation par satellite à fréquences multiples compor-10 tant des signaux dans la partie inférieure de la bande des ondes métriques ( pay exemple de l'ordre dé 150 mHz) et à des fréquences relativement élevée^ de la bande des ondes décimétriques (par exemple à 400 mHz), il est souhaitable, d'éviter la réception de signaux parasites réfléchis qui sont renvoyés à l'antenne sous 15 forme de signaux transmis à partir d'un satellite après réflexion par la terre. Dans ce "but,1e diagramme de rayonnement dans un plan vertical doit être incliné vers le haut, par exémple sous forme d'un tore de. section inclinée vers le haut, tandis que le diagramme de rayonnement horizontal doit permettre la réception 20 à partir de n'importe quelle direction. Bien qu'il soit difficile de réaliser pratiquement le même diagramme de rayonnement avec une seule structure à des fréquences aussi largement différentes, cependant,dans des conditions difficiles telles que la navigation, il est d'une importance vitale que les diagrammes de 25 rayonnement soient très voisins indépendamment des fréquences reçues. L'invention vise principalement la solution de ce problème . L'invention a-pour but : 30 - de fournir une antenne nouvelle et perfectionnée à large bande du type décrit précédemment, qui établit une discrimination de protection contre des signaux - parasites transmis par réflexion par la surface de la terre et qui présente pratiquement les mêmes diagrammes de rayonnement indépendamment de 35 la fréquence reçue, dans de larges limites. - de fournir une antenne nouvelle du type décrit qui, bien qu'elle soit particulièrement appropriée pour la réception, est aussi/pour la transmission et est susceptible d'applications plus générales tout aussi bien. 69 15733 2 2041729 En résumé, l'invention a pour objet, de préférence, une structure cylindrique conductrice coopérant avec un élément plan de masse et pourvuede moyens de suppression de courant de dimensions appropriées et dtun arrangement géométrique permettant l'ap-5 plication simultanée, à l'antenne, de courants de fréquences très différentes pour lesquels elle présente pratiquement/leaî On va se référer maintenant à cette figure qui est une vue isométrique schématique d'un exemple de réalisation préféré de l'invention : on voit que l'antenne selon l'invention comprend 20 un élément cylindrique conductëur ayant une première partie I de diamètre relativement grand qui se termine par une partie I*, plus courte, de plus petit diamètre, l'extrémité inférieure de l'élément I-I* est espacée, en en étant isolée en 3, d'un prolongement inférieur 5, annulaire et conducteur, sur lequel des conducteurs 25 7 et 7* de longueurs différentes sont orientés radialement à la manière du rayon d'une roue.de façon à définir un plan de masse commun. Conformément au mode d'exécution préféré de. l'invention , la longueur de l'élément oylindrique I-I* correspond à peu près 30 à la demi-longueur d'onde associée à une des fréquences voisines, de la limite inférieure de la large bande de fréquences dans laquelle l'antenne doit fonctionner simultanément. Les trajets diamétraux établis par les conducteurs de masse 7-7 sensiblement coplanaires, correspondent pratiquement à la même demi-longueur 35 d'onde, tandis que les trajets formés par les conducteurs plus courts 7'-7' correspondent pratiquement à la demi-longueur d'onde associée à l'une des fréquences supérieures voisines de la limite supérieure de la large bande de fréquences. Il a été trouvé que l'espacement, suivant des angles pratiquement égaux, des 40 conducteurs radiaux longs 7 et des conducteurs radiaux courts 7® 69 15733 2041729 dans une disposition alternée constitue un plan de masse se comportant d'une manière à peu près uniforme pour toutes les fréquences contenues dans la bande. L'élément cylindrique conducteur I-I' peut recevoir les 5 fréquences inférieures de la bande du fait qu*il est relié par la ligne coaxiale 2-2' de façon à se comporter comme une antenne à seul brin à onde progressive à laquelle des courants sont appliqués à travers la fente 3 laissée entre le plan de masse 7-7' et l'élément I-I'„ Toutefois, conformément à l'invention, seule la 10 portion inférieure du tronçon I du conducteur cylindrique I-Il peut être employée pareillement pour des fréquences voisines de la limite supérieure de la large bande. Ce résultat est atteint au moyen de tiges conductrices 4 de suppression de courants à haute fréquence, et de décalage de phase qui», d'après le dessin, 15 entourent suivant une surface conique la portion supérieure du tronçon I à une distance de l'extrémité inférieure de celui-ci qui correspond pratiquement à la moitié de la longueur d'onde associée à une fréquence voisine de la limite supérieure de la large bande» L'angle du cône peut être de l'ordre de 45° ou un peu 20 supérieur ou inférieur. Il a été trouvé que l'emploi de tels conducteurs 4, dans l'arrangement géométrique illustré et décrit, rend effectivement inactiv-é la partie supérieure du tronçon cylindrique I et son prolongement Ir, en ce qui concerne la propagation de courants à hautes fréquences, tout en n'entraînant pas 25 d'une manière appréciable la propagation des courants aux fréquences inférieures '.et*- en produisant pratiquement le même diagramme de rayonnement, dans le plan vertical,en forme d'une section inclinée vers le haut d'un tore, aux limites inférieures et supérieure de la bande et des diagrammes de rayonnement horizontaux omni-30 directionnels semblables. A titre d'exemple, on a utilisé avec succès, pour des transmissions par satellites à des bandes de fréquences allant de 150 mHz à 400 mHz,une antenne du type décrit ayant un tronçon cylindrique I d'un diamètre de l'ordre de 13,3 cm et d'une lon-35 gueur de l'ordre de 74 cm et un tronçon de prolongement I1 d'une longueur de l'ordre de 28 cm et d'un diamètre de 1 mm -, ces dimensions et longueurs relatives ayant donné une bonne.adaptation d*impédance avec une ligne coaxiale 2-2' de 50 ohms» Les éléments 4 de suppression de courant et de déphasage étaient disposés à 40 une distance dô l'ordre de 40 cm de l'extrémité inférieure de 69 15733 4 2041729 l'élément I, Il y a eu seulement une variation de l'ordre de 0,5 décibel du diagramme de rayonnement vertical en forme de section de tore inclinée vers le haut à 30° lorsque l'on passait de la limite inférieure de fréquence de 150 mHz Jà.limite supérieure 5 de fréquence de 400 mHzi Pour assurer la propagation voulue d'ondes progressives et l'adaptation d'impédance voulue,des tronçons d*arrêt sous forme de selfe ou transformateurs appropriés représentés schématique-ment en 6 ont été employés. Ces selfs d'arrêt peuvent être des 10 dispositifs caaxiaux ou des dispositifs à constantes localisées. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 15738 5 2041729 BEVBfPICAHIOHS 1 - Antenne à large bande présentant un diagramme de rayonnement horizontal pratiquement omnidirectionnel et un diagramme de rayonnement vertical sous forme de la section inclinée vers 5 le haut d'un tore, cette antenne étant caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen conducteur cylindrique d'une longueur correspondant sensiblement à la demi-longueur d'onde associée' à la fréquence limite inférieure de la bande large, un moyen formant plan de masse et comprenant une série de conducteurs sensible-10 ment coplanaires de longueurs différentes,établissant des trajets ayant des longueurs à peu près égales respectivement aux demi-longueur d-rondes associées respectivement aux fréquences limites inférieure et supérieure de la bande larg^et légèrement, espacée d'une première extrémité du moyen conducteur cylindrique, 15 de façon à délimiter une fente entre eux, un moyen de suppression de courant disposé le long du moyen conducteur cylindrique à une distance de la première extrémité qui correspond pratiquement à la demi longueur d'onde associée à-la"fréquence limite supérieure de la bande pour supprimer la propagation de courants à de telles 20 hautes fréquences au-delà de ladite distance, et un moyen pour appliquer simultanément des courants de fréquences différentes comprises à l'intérieur, de la bande, entre le plan de masse et ladite première extrémité du moyen conducteur cylindrique, à travers ladite fente; 25 2- Antenne à large bande selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conducteurs formant plan de masse comprennent des conducteurs radialement espacés. 3 - Antenne à large bande selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'antenne à large bande comprend une sé- 30 rie de conducteurs espacés situés sur une surface conique dirigée vers le hau"t, autour du moyen conducteur cylindrique. 4 -Antenne à large bande selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen .conducteur cylindrique comprend deux tronçons de cylindre de diamètres très différents, 35 le premier tronçon étant plus long que le second tronçon et présentant un diamètre plus grand»