Brevet FR2063105A1 — publié le 19710709

l'invention, rentrant dans le secteur des antennes, concerne un système rayonnant à large bande à polarisation verticale et à diagramme omnidirectionnel en azimut, et notamment un tel systè- me fonctionnant comme balise émettrice, pour liaison sol-air, et comme balise réceptrice pour liaison air-sol. I1 convient cependant de ne pas comprendre l'expression "verticale" au sens strict, car il est clair que dans certaines circonstances cette direction pourrait être autre ; on parlera néanmoins par la suite de polarisation ou de direction verticale, car c'est l'exemple le plus pratique. Blantenne ici considérée est d'un type déjà connu comportant une multiplicité d'éléments diptles rayonnants montés verticalement en prolongement mutuel qui sont alimentés sous certaines phases de façon à produire un diagramme de rayonnement omnidirectionnel dans le plan horizontal, qui est relevé légèrement en site en fonction de la fréquence. L'inconvénient des types connus de ce genre réside dans le fait qu'il est difficile d'éviter la présence, dans le diagramme vertical, de "trous" ou tout au moins de fortes atténuations de la valeur du champ en des sites localisés. Ces "trous" sont principalement dus à la présence de lobes secondaires, et ils risquent d'être très gênants lorsqu'il s'agit d'assurer une liaison permanente entre une balise au sol et un avion. L'invention vise à éliminer un tel inconvénient et à obtenir un diagramme de rayonnement en site qui soit suffisamment voisin, pour les besoins pratiques, du diagramme de rayonnement suivant une loi proportionnelle au carré de la cosécante de l'angle de site. On sait en effet qu'une telle loi assure en principe une liaison à puissance constante entre une balise rayonnante et un avion se déplaçant horizontalement à altitude constante. A cet effet, l'invention a pour objet de réaliser un sys thème rayonnant comportant une multiplicité d'eléments verticaux alimentés par des moyens permettant de leur appliquer une amplitude à loi dégressive du centre vers les extrémités et d'exciter par ailleurs ces éléments tous en phase, sauf au moins deux desdits éléments, symétriques par rapport au centre, qui sont excités avec des phases contraires (+ yet - y) respectivement en avance et en retard par rapport aux autres. L'invention a également pour objet un répartiteur associé à des distributions par cables coaxiaux permettant d'obtenir les alimentations suivant la loi d'amplitude voulue des éléments d'an tenne en vue de l'effet recherché. L'invention sera mieux expliquée et comnrise en se reportant à la description qui va suivre et aux dessins ci-annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, dessins parmi lesquels: - la figure i est une vue extérieure de la balise selon l'invention - la figure 2 est une vue d'une partie de laditè balise, échancrée de façon à en montrer l'intérieur - la figure 3 est un tableau schématisant l'excitation des différents éléments d'antenne - la figure 4 est une vue du développement à plat du répartiteur - la figure 5 est une coupe transversale, à petite échelle, du répartiteur une fois cintré - la figure 6 est un schéma simplifié du répartiteur - la figure 7 est un diagramme de rayonnement de l'ensem- ble des éléments d'antenne (sauf deux) excités en équiphase avec une amplitude décroissant du centre de l'ensemble aux extrémités - la figure 8 est un diagramme en site de deux éléments excités avec des phases égales et de signe opposé et à même amplitude, ces deux éléments étant pris ensemble à l'exclusion dcs autres; - et la figure 9 est le diagramme de rayonnement résultant de la composition des deux diagrammes des figures 7 et 8. Si l'on se reporte d'abord aux figures 1 et 2 montrant l'ensemble du système rayonnant melon l'invention, on voit que l'antenne qu'il comporte, destinée à fonctionner dans le cas présent à l'émission et à la réception dans la bande 225-400Hz, est constituée d'un réseau vertical comportant une multiplicité d'éléments rayonnants, par exemple au nombre de sept, montés en prolongement mutuel. Un tube, pouvant avoir une hauteur de 5,2 m environ et un diamètre de 0,27 m environ, en verre stratifié polyester incorpore au moulage les éléments rayonnants. les éléments d'excitation sont disposés à l'intérieur du tube et un socle 1 permet la fixation de l'antenne sans aucun haubanage. Chacun des éléments rayonnants comprend deux cylindres métalliques 2, 9, incorporés au tube support 4, un symétriseur transformant l'attaque asymétrique par coaxial pour exciter symdtri- cluement lesdits cylindres, une connexion de dipôle à cet effet et deux plateaux de centrageS, 6 en matériau stratifié. D'autre part, deux tubes métalliques 7, 8 traversent tous les éléments rayonnants, pour permettre le passage des câbles coaxiaux semi-rigides d'alimentation à leur intérieur. Ces cibles sont enroulés dans la partie inférieure du tube en verre en 9 puis se raccordent au répartiteur d'alimentation 10 Si l'on avait réalisé l'excitation de l'antenne à éléments multiples de la façon la plus simple qui se présente à l'esprit, c'est-à-dire en excitant en phase les sept éléments avec une amplitude constante, on aurait eu un diagramme de rayonnement en site présentant des lobes second daires non négligeables par rapport au lobe principal et comportant un trou entre lobe principal et lobe secondaire, c'est-à-dire un obstacle gelant dans une liaison, par exemple entre un avion en dé- placement et la balise. l'invention permet d'obvier à cette difficulté par une rie de mesures qui, en association, fournissent un diagramme quasirégulier et se rapprochant plus ou moins du diagramme à loi en carré de la cosécante de l'angle de site. A cet effet, on a porté cbte à côte sur la figure 3, suivant des colonnes verticales, successi- vement en partant de la gauche : la phase d'excitation, la source et la puissance d'excitation P; de plus la variation de cette puis- sance est illustrée sur le graphique en regard.On voit que dans le cas présent, les sources S1 à S7, verticalement disposées les unes au dessus des autres, sont excitées toutes avec la même phase, marquée 0, à l'exception des sources S3 et S5 excitées respective- ment avec des phases + # et - # . Les puissances d'excitation vont en croissant des extrémités au centre, la puissance n'étant que de 0,033 pour S1 et de 0,4 pour S4 pour revenir à 0,033 pour S7, ceci en proportion de la puissance totale prise égale à l'unité. Sur la figure 7 on voit déjà l'effet d'une amplitude dé- gressive pour alimenter en phase les différents éléments. Cependant, dans ce diagramme il convient d'admettre que les sources S3 et S5 ne sont pasexcitées. il subsiste encore des lobes secondaires ceux-ci sont déjà fort réduits, mais un trou existe encore entre le lobe secondaire 12 et le lobe principal l1, Sur la figure 8 on a choisi S = 30 et on a dessiné le diagramme de rayonnement en supposant que 11 antenne comprend seulement les éléments S3 et S5 alimentés avec même amplitude et avec des angles de phase respect tifs + 300 et -300. Si l'on totalise les effets représentés sur les figures 7 et 8 on obtient la figure 9 qui représente le résulq tat pour le diagramme de rayonnement d'une antenne selon 1'inven tion, Ce résultat est obtenu à l'aide d'un répartiteur approprié qui fournit les amplitudes voulues, tandis que les phases d'excitation convenables sont réalisées en dimensionnant correctement les longueurs des cibles coaxiaux partant des bornes de sortie de ce répartiteur. Le répartiteur d'alimentation est constitué par un système de conducteurs de distribution du genre stripline placé entre deux plaques métalliques de blindage, le tout étant cintré en forme générale de secteur cylindrique pour se loger dans l'intérieur du tube 4. Sur la figure 4 on voit le conducteur de distribution, réalisé par découpe dans une plaque, de façon classique (par exemple découpe chimique d'une ttle de cuivre d'épaisseur 12/10 mm).L'entrée est en E et les sorties reliées aux différentes sources S1 à S7 par l'intermédiaire de cibles coaxiaux ont été repérées par les références mimes des sources. le système de conducteurs intérieur lOi est maintenu entre les plaques de blindage lova, lOb par des entretoises il en-diélectrique et le tout est cintré cylindriquement comme on le voit sur la figure 5.La figure 6 est le schéma de principe du répartiteur, correspondant à la réalisation de la figure 4, sur laquelle on retrouve les mêmes références avec, en regard de chaque sortie, le pourcentage de puissance des bornes de sortie partant des points convenables du répartiteur (ces bornes ne sont pas représentées figure 4) et à partir de ces bornes des cibles coaxiaux de longueur identique vont alimenter les sept dipiles, à l'exception des éléments S3 et 55 de longueur respectivement plus longue et plus courte, correspondant à des déphasages de 300.Pour obtenir les lnngueurs convenables des coaxiaux, chacun de ceux-ci est enroulé suivant un nombre de spires suffisant en 9, figure 2, L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation exposé ; en particulier on peut prévoir un nombre plus grand d1élé- ments et plus de deux éléments peuvent titre alimentés avec des phases quelconques, de préférence opposées, le tout de façon bien entendu pour obtenir, de préférence, un diagramme de rayonnement encore plus satisfaisant. le système rayonnant selon l'invention peut se distinguer encore par certains détails constructifs spéciaux tels que le passage des cibles coaxiaux d'alimentation dans des gaines qui traversent tous les éléments rayonnants et qui peuvent servir acces soi- rement de descente de paratonnerre. A cet effet un collier relie les deu tubes à leur base, Une tresse métallique assure la liaison entre ce collier et la prise de mise à la terre située à la base de l'antenne. Suivant un autre détail de disposition, une résistance chauffante est disposée à la base de l'antenne en 12 et même un volume est réservé dans la partie inférieure de l'antenne pour ltinstallation éventuelle de cette résistance. On peut envisage également que la température interne de l'antenne soit stabilisée par thermostat, L'invention ne se limite pas à la seule application d'une antenne de télécommunication sol-air-sol, elle peut aussi s'envisager comme relais de télévision ou autre relais pour la diffusion omni-directionnelle et comme toute espèce d'antenne de radio télécommunication pour taxis, ambulances, la police, etc... REVENDICATIONS 1. Système rayonnant à large bande à polarisation dans une direction et omnidirectionnelle perpendiculairement à cette direc- tion, comportant une antenne constituée d'une multiplicité d'éléments dipôles rayonnants montés en prolongement mutuel, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant d'alimenter lesdits éléments avec une amplitude à loi dégressive du cendre de l'antenne vers ses extrémités et d'exciter par ailleurs ces éléments en équiphase, sauf au moins deux desdits éléments, symétriques par rapport audit centre, qui sont excités avec des phases contraires et égales en valeur absolue, respectivement en avance ct en retard par rapport aux autres éléments d'antenne. 2. Système rayonnant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne comprend sept éléments dipôles, dont les deux, situés de part et d'autre de l'élément central, sont excités avec des phases différant de celle des autres éléments. 3. Système rayonnant selon revendication 2, caractérisé en ce clue les déphasages de ces deux éléments sont de l'ordre de + 30 et - 30 par rapport aux autres. 4. Système rayonnant selon revendication 2, caractérisé en ce que les puissances des différents éléments, rapportées à la puissance totale appliquée, sont sensiblement de 0,033 pour l'élément le plus extérieur, puis respectivement pour les éléraents successifs en se rapprochant du centre, 0,0567 et 0,2 et de 0,4 pour l'élément central, 5. Système rayonnant selon revendication 1, caractérisé en ce que les puissances nécessaires sont obtenues grâce à un répartiteur monté à la base de l'antenne, dont les différentes sorties sont reliées aux élements dipôles par des cibles coaxiaux de lontueur choisie pour réaliser ,-s excitations sous les phases convenables. 6. Système rayonnant selon revendication 5, caractérisé en ce que ledit répartiteur est constitué, suivant une technique connue, par une distribution de conducteurs de largeurs et longueurs convenables, enfermés entre deux plaques de blindage, le tout étantcintré pour se loger dans le tube de matière isolante dans lequel les éléments dipôles, cylindriques, sont incorporés. 7. Système rayonnant selon revendication 5, caractérisé en ce que les cabres coaxiaux sont montés dans des Faines s'étendant sur toute la longueur du système rayonnant et formant en mtme temps paratonnerre, 8. Système rayonnant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffage à son intérieur. 9. Système rayonnant suivant revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de régulation automatique de la température à son intérieur.