Brevet FR2092676A1 — publié le 19720128

La présente invention concerne les antennes et plus préci-sément les antennes émettrices à plusieurs rangées utilisées dans les postes émetteurs de télévision et de radiodiffusion à ondes très courtes à modulation de fréquence. 5 On connaît des antennes émettrices à plusieurs rangées ; chaque étage contenant une rangée comporte n radiateurs alimentés en courant et disposés radialeme.it par rapport à la surface du support de l'antenne. . Dans les antennes mentionnées tous les radiateurs de chaque 10 étage sont divisés en deux groupes de façon que les radiateurs d'un groupe soient disposés entre les radiateurs de l'autre groupe et pour que dans chaque groupe ils soient alimentés en courants d'amplitude et de phase égales. Les phases des courants alimentant les groupes diffèrent de 90°. La création d'un rayon-15 nement non dirigé dans le plan horizontal est rendue difficile dans une telle antenne par suite du couplage réciproque entre les radiateurs voisins alimentés en courants déphasés ce qui fait que leur impédance d'entrée n'est pas identique. Gela conduit à un changement non prévu de la répartition de la puissance entre les 20 différents groupes de radiateurs, rend difficile la régulation de l'antenne et dégrade ses caractéristiques électriques par rapport aux caractéristiques théoriques. La présente invention vise à éliminer les défauts précités. Elle a pour objet une antenne émettrice à plusieurs rangées 25 avec une disposition et une alimentation des radiateurs assurant la compensation des forces électromotrices induites par les courants des radiateurs voisins dans un radiateur donné. Le problème posé est résolu du fait que, dans une antenne émettrice à plusieurs rangées dont chaque étage à une rangée 30 comporte n radiateurs alimentés en courant et orientés radiale-ment par rapport à la surface du support de l'antenne, selon l'invention, les radiateurs de chaque étage, alimentés en courants en phase sont équidistants les uns des autres et décalés en azimut par rapport aux radiateurs de chaque étage suivant 35 d'un angle ^ , où est l'angle entre les radiateurs voisins d'un étage, et les phases des courants alimentant les radiateurs sont décaléesde 90° d'un étage à l'autre. Lorsque l'antenne est montée sur des supports éloignés du sol, il faut que le centre de phase de l'antenne coïncide avec 40 son centre géométrique pour que la forme et l'irrégularité du 70 20885 2 2092676 diagramme de rayonnement azimutal de l'antenne ne changent pas pour différents angles de site. De plus, lors de l'utilisation de l'antenne comme antenne émettrice de télévision, il faut créer une composante distincte du champ émis caractérisée par un rayon-5 nement non directionnel dans le plan horizontal et un diagramme de rayonnement à lobe Unique dans le plan vertical, lorsqu'on introduit un certain déphasage entre le champ principal du rayonnement de l'antenne et cette composante du champ, on arrive à remplir les zéros dans le diagramme vertical à lobes multiples de 10 rayonnement de l'antenne à plusieurs étages, ce qui permet d'assurer une qualité satisfaisante de la réception dans la zone proche du poste d'émission. On peut répondre aux exigences citées en réalisant l'antenne proposée avec un nombre impair de rangées et la rangée centrale 15 doit alors comporter 4n radiateurs alimentés en courants en phase, alternant avec un déphasage de 90° après n radiateurs. Lors de l'installation de l'antenne dans une région montagneuse, à proximité du littoral, ainsi que pour diminuer le niveau des bruits lorsque les postes émetteurs fonctionnant sur la 20 même bande de fréquences ou sur des bandes de fréquences voisines se trouvent près l'un de l'autre, il faut eréer un diagramme directionnel de rayonnement émis essentiellement dans les limites du secteur déterminé. L'antenne proposée à rayonnement dirigé peut être réalisée 25 à condition que la disposition équidistante des radiateurs soit assurée dans les limites d'un secteur dont l'angle est inférieur à 360°. Dans certains cas, lorsque chaque étage de l'antenne comporte un nombre réduit des radiateurs, il faut corriger quelque peu 30 son diagramme partiel de rayonnement, afin de diminuer l'irrégularité du diagramme de rayonnement de l'antenne entière. A cette fin, dans chaque étage de l'antenne proposée, au voisinage immédiat des radiateurs, on monte des dipôles passifs selon le nombre de radiateurs. 35 ' Dans les modes de réalisation préférés de l'antenne selon l'invention, les f.é.m. induites dans un radiateur quelconque par les radiateurs proches des étages voisins sont compensées grâce au déphasage de 180° des courants qui les alimentent. Vu que les radiateurs se trouvent dans des conditions identiques, 40 ceci assure l'égalité de leur impépance d'entrée et par consé 70 20885 3 2092676 quent la répartition régulière de la puissance fournie à l'antenne entre ces radiateurs. L'invention sera mieux comprise à l'examen de la description d'exemples concrets de réalisation d'antennes émettrices de télé-5 vision, à rayonnement non directionnel et directionnel, et de radiodiffusion à modulation de fréquence à ondes très courtes,et des dessins annexés sur lesquels : la fig. 1 représente la vue d'ensemble de la partie médiane de l'antenne émettrice, à étages multiples, de télévision à rayon-10 nement non directionnel f la fig. 2 représente la disposition réciproque des radiateurs de la même antenne et les phases des courants d'alimentation (vue en plan des rangées) ; la fig. 3 représente la disposition réciproque et les phases 15 des courants d'alimentation des radiateurs de l'antenne proposée ayant un diagramme directionnel de rayonnement ( vue en plan des rangées) ; la fig. 4 représente la disposition réciproque des radiateurs et des dipôles passifs de l'antenne proposée pour la radiodiffu-20 sion à modulation de fréquence à ondes très courtes ( vue en plan des rangées) ; la fig. 5 représente le diagramme de rayonnement dans le plan horizontal d'une rangée de l'antenne selon les fig. 1 et 2 ; la fig. 6 représente le diagramme de rayonnement non direc-25 tionnel dans le plan horizontal de l'antenne selon les fig. 1 et 2 î la fig. 7 représente le diagramme de rayonnement dans le plan horizontal de l'antenne selon la fig. 3 » la fig. 8 représente le diagramme non directionnel de rayon-30 nement de l'antenne dans le plan horizontal selon la fig. 4* Comme exemple d'utilisation de l'antenne proposée pour les émissions de télévision à rayonnement non directionnel, on décrira une antenne de la chaîne de télévision III ( 174 à 23O MHz). Selon l'invention, l'antenne est placée sur le périmètre 35 d'un support cylindrique 1 ( fig. l) de diamètre 1,17X (X est la longueur d'onde de la fréquence moyenne de la gamme de travail) et comporte un nombre impair (17) d'étages 2-18 ( fig. 2) de radiateurs 19. Au besoin le support peut être réalisé sous la forme d'un prisme polyèdre. 40 Le nombre de radiateurs d'une rangée est déterminé dans 70 20885 4 2092676 chaque cas concret de réalisation de l'antenne en partant du périmètre de son support et des exigences concernant l'irrégularité du diagramme de rayonnement. En général la section du support peut être/éhoisie suffisam-5 meni^rande pour conférer une rigidité suffisante à l'ouvrage entier et pouvoir disposer, au besoin, tous les éléments du système d'alimentation de l'antenne, les escaliers et les dispositifs de levage, dans sa partie intérieure. La disposition des éléments et des ensembles de l'antenne à l'intérieur du support facilite considéra-10 blement son exploitation et augmente sa fiabilité. Chacun des étages 2-9 et 11-18 de l'antenne porte n (dans l1exemple considéré quatre) radiateurs actifs 19, orientés radia-lement par rapport à la surface du support 1, qui sont alimentés par des courants de même phase et équidistants les uns des autres J 1 5 sur le périmètre du support 1. Les radiateurs 19 de ces étages sont décalés en azimut par rapport aux radiateurs de l'étage-suivant d'un angle^ = 22,5° ou^f est l'angle entre les radiateurs voisins de 1*étage, qui dans le cas considéré est égal à 90°. Les phases d'alimentation des radiateurs 19 sont décalées de 20 90° en arrière de l'étage 2 à l'étage 3, de l'étage3 à l'étage 4,etc Notons que le sens de décalage des radiateurs de tous les étages ainsi que le signe du déphasage lors du passage d'un étage à l'autre peuvent être choisis de façon arbitraire. L'étage de la rangée centrale 10 de l'antenne, conformément 25 à l'invention, comporte 4 n radiateurs 19 ( en l'occurence 16) dont l'alimentation par les courants en phase est réalisée tous les n = 4 radiateurs 19. Les radiateurs 19 de l'étage central 10, ainsi que les radiateurs 19 des autres étages, sont équidistants les uns des autres sur le périmètre du support 1 avec des 30 intervalles deHb* = 22,5° et leurs phases d'alimentation se succèdent avec un^décalage de 90°, c'est-à-dire de 0% 90°, 180°, 270° et correspondant aux phases du courant d'alimentation de quatre étages quelconques consécutifs de l'antenne. On choisit la distance entre les étages 2 à 9, 11 à 18 selon 35 le diagramme de rayonnement requis de l'antenne dans un plan vertical, le diamètre du support 1 et le nombre de radiateurs 19 par étage. La distance entre l'étage central 10 et les étages voisins 9 et 11 peut être un peu augmentée. A titre d'exemple d'antenne à diagramme de rayonnement 40 directionnel, on discutera une antenne comportant quatre rangées 70 20885 5 2092676 (étages) 20 à 23 ( fig. 3) situées sur un support cylindrique 24 à diamètre de 1,17 A»* Chaque étage de l'antenne comporte n radiateurs ( dans l'exemple considéré il s'agit de trois radiateurs actifs 25) qui, 5 conformément à l'invention, sont équidistants les uns des autres dans les limites d'un secteur dont l'angle est inférieur à 360° et sont alimentés par des courants en phase. Pour l'antenne considérée, le secteur de répartition équidis-tante des radiateurs 25 est de 180°. l'angle de décalage des radia-10 teurs 25 en azimut lors du passage de l'étage supérieur à l'étage inférieur ^ = 22,5° et les courants d'alimentation sont déphasés en avance de 90° d'un étage à l'autre. l'exécution de l'antenne avec dipôles passifs à chaque étage est illustrée par l'exemple d'une antenne de radiodiffusion à modu-15 lation de fréquence à ondes très courtes dans la gamme de 88 à 108 MHz. l'antenne est montée sur un support cylindrique 26 (fig.4) de diamètre 0,14 A o et comprend huit rangées 27 à 34 de radiateurs actifs 35. Chaque rangée comporte n radiateurs 35 alimentés en 20 courant» Dans l'exemple examiné, chaque étage comprend n = 2 radiateurs 35 qui, conformément à l'invention, sont équidistants les uns des autres d'un angle 4/ = 180° et sont alimentés par des courants en phase. 25 Chaque étage de l'antenne comporte en plus deux ( selon le nombre de radiateurs) dipôles passifs 36 situés à proximité des radiateurs 35» qui sont également équidistants et décalés en azimut par rapport aux radiateurs 35 d'un angle de 45°» l'angle de décalage en azimut des radiateurs 35, lors du passage d'un 30 étage à l'autre, fait ^ =45° et les courants d'alimentation sont successivement déphasés de 90°. l'angle de décalage des dipôles passifs 36 par rapport aux radiateurs actifs 35 peut être différent et dépend en général du diamètre du. support 26. L'exemple considéré concerne une variante d'exécution d'anten-35 ne à diagramme de rayonnement non directionnel. Cependant, au besoin, les dipôles peuvent être également montés dans les étages des antennes à rayonnement directionnel. Pour examiner le principe de fonctionnement de l'antenne proposée représentée sur les fig. 1 et 2, on partira du diagram-40 me de rayonnement d'une rangée. 70 20885 6 2092676 Une rangée quelconque de l'antenne, sauf la rangée centrale, possède un diagramme de rayonnement à lobes multiples comportant 2 n lobes décrit par la fonction F ( ) = cos n ^ , ou est l'angle variable dans le plan azimutal. 5 Pour l'antenne comportant dans les étages 2 à 9 et 11 à 18 (fig. 2) quatre radiateurs 19» le diagramme de rayonnement 37 d'une rangée se présente comme indiqué sur la fig. 5. le décalage des radiatèurs 19 de l'étage voisin d'un angle ^ =22,5° correspond à une coïncidence des zéros et des maxima de 10 rayonnement de leur diagramme directionnel, ce qui en combinaison avec le déphasage de 90° du courant d'alimentation assure la formation d'un diagramme de rayonnement non directionnel des rangées de ces étages. En divisant conventionnellement toute l'antenne en paires 15 d'étages situés à côté, on remarquera que les champs émis par eux s'ajoutent en phase et le diagramme de rayonnement de l'antenne entière ne diffère pas du diagramme de rayonnement d'une paire d'étages. le diagramme ( fig. 6) de rayonnement 38 des étages 3, 4, 5» 20 6 de l'antenne selon la fig. 2 mesuré dans la partie médiane de la gamme présente une irrégularité de £ 1,2 dB; Dans la bande des fréquences de la chaîne de télévision III ( - 0,14 f0 ) l'irrégularité du diagramme de rayonnement ne dépasse pas i 1,8 dB. le principe de formation d'un diagramme de rayonnement non 25 directionnel de l'étage central 10 peut être expliqué de façon analogue. les radiateurs 19 à phases d'alimentation 0° et 180°, qui en font partie, forment des champs de forme et de phase identiques du diagramme de rayonnement décrit par la fonction F ( ) = cos n l? . 30 le diagramme de rayonnement des radiateurs 19 à phases du courant d'alimentation de 90° et 270° se trouve décalé dans l'espace d'un angle ^ = 22,5°• Vu le déphasage de 90° des champs émis par ces groupes de radiateurs 19» le diagramme total de rayonnement de l'étage 10 est également non directionnel. 35 Pour remplir les zéros de rayonnement d'un diagramme à lobes multiples de rayonnement de l'antenne dans le plan vertical, l'étage central 10 de l'antenne considérée est déphasé en plus de 30°. Un effet analogue peut être obtenu par un décalage correspondant en azimut de» radiateurs 19 de l'étage central 10 par rapport aux 40 radiateurs des autres étages. 70 20885 7 2092676 La distance entre les rangées 2 à 9 et 11 à 18 dans l'antenne considérée est de 0,45(fig* 2). Vu que la rangée de 1*étage central 10 de l'antenne comporte un nombre de radiateurs 19 quatre fois supérieur à celui des rangées de chaque étage, la distance 5 entre cette rangée et les rangées voisines a été augmentée jusqu'à 0,75 Xo . Dans l'antenne on a prévu, des moyens complémentaires de correction du diagramme de rayonnement dans le plan vertical. La fig. 2 montre que les rangées extrêmes 2 et 18, qui se rapportent au 10 groupe des rangées avec des radiateurs 19 à phase d'alimentation 0°, sont plus éloignées de la rangée de l'étage central 10 que celles des étages 3 et 17 appartenant au groupe à radiateurs 19 à phase d'alimentation 270° et 90°. Ce fait peut provoquer une certaine différence d'amplifica-15 tion de l'antenne dans les directions différant d'un angle de 22,5°» une non-coïncidence sous ces angles des directions du rayonnement zéro du diagramme dans le plan vertical et donc l'accroissement de l'irrégularité du diagramme de rayonnement en plan azi-nrutal sous les angles de site différant de la ligne d'horizon. 20 Les écarts indiqués des diagrammes de rayonnement de l'antenne pour différents angles d'azimut ont été éliminés par un décalage complémentaire des radiateurs 19 des étages 2, 9, 11 et 18 d'un angle A =4°. Les sens du décalage complémentaire des radiateurs 19 des étages'indiqués sont indiqués sur la fig.2. 25 Le principe de formation du diagramme de rayonnement direc tionnel de l'antenne représentée sur la fig.3 est le suivant : Les radiateurs 25 de chaque étage 20 à 23 sont équidistants les uns des autres dans les limites d'un secteur dont l'angle est de 180°o Le diagramme de rayonnement d'un étage n'est pas symé-30 trique. Le rayonnement résultant des deux étages voisins 20 et 21 a une faible directivité dans les limites d'un secteur dont l'angle est un peu inférieur à 180°. Le diagramme de rayonnement de deux autres étages 22 et 23 a une forme analogue mais par suite du décalage azimutal des radiateurs 25 il se trouve décalé selon 35 l'azimut d'un angle de 45°. L'addition des champs des deux paires d'étages 20, 21 et 22, 23 décalés de 45°, selon l'azimut, provoque la formation d'un diagramme de rayonnement directionnel 39 (fig.7) avec un secteur de travail un peu supérieur à Î80°. Le diagramme de rayonnement 39 de cette antenne, mesuré pour 40 la fréquence moyenne de la bande, a une irrégularité dans les limites du secteur de travail ne dépassant pas £ 1,5 dB et ne 70 20885 8 2092676 » x. £ dépassant pas - 2,2 dB dans la bande de fréquences de - 0,15*©. Le principe de formation d'un diagramme de rayonnement non directionnel de l'antenne de la figure 4 des radiateurs 35 alimentés en courant et des dipôles passifs 36 est analogue au principe 5 de formation du diagramme de rayonnement de l'antenne des fig.1 et 2, décrit plus haut. Le montage des dipôles passifs 36, équidistants les uns des autres à proximité des radiateurs 35 alimentés en courant, assure la suppression des zéros de rayonnement dans le diagramme 37 de la 10 rangée d'un étage. Dans ce cas, les maxima du diagramme de rayonnement des étages 27, 29» 31 et 33 coïncident non pas avec les zéros mais avec les minima du diagramme de rayonnement des étages 28, 30, 32 et 34. Le diagramme résultant du rayonnement d'une paire d'étagës quelconques de l'antenne dont les phases d'alimen-1 5 tation des radiateurs 35 diffèrent de 90° a une faible irrégularité même pour un nombre relativement réduit de radiateurs 35 dans un étage. L'addition consécutive des champs de rayonnement de toutes les paires d'étages de l'antenne a lieu selon les principes décrits 20 plus haut pour l'antenne des fig. 1 et 2. Le diagramme de rayonnement de l'antenne 40 ( fig, 8) mesuré pour la fréquence moyenne de la gamme a une irrégularité de £ 0,8 dB. Aux fréquences limitées de la bande - 0,1 fG,1*irrégularité du diagramme de rayonnement ne dépasse pas — 1,1 dB, 25 L'affaiblissement notable des couplages mutuels entre les dipôles grâce à la compensation des f.é.m. induites, ainsi que la construction du système d'alimentation de l'antenne proposée suivant un schéma à déphasage de 90°, assurent une adaptation élevée de l'entrée de l'antenne au feeder d'alimentation et garantit le 30 maintien des caractéristiques électriques élevées dans une large bande de fréquences, . En cas d'utilisation de l'antenne proposée pour une chaîne de télévision quelconque dans toute la bande des fréquences, le diagramme de rayonnement est caractérisé par une faible irrégularité, 35 Les radiateurs radiaux utilisés dans l'antenne ont une faible traînée, une construction simple et permettent d'assurer facilement la protection de leur entrée contre l'action des perturbations atmosphériques. L'utilisation de tubes cylindriques de grand diamètre pour le 40 support de l'antenne 9 permet lors de la construction des postes 70 20885 9 2092676 de télévision à plusieurs chaînes d'assurer la rigidité requise de l'ouvrage entier et de réduire les sollicitations dues au vent des éléments de support» La simplicité relative de la partie émettrice de l'antenne ainsi que la disposition de tous les éléments du système d'alimentation à l'intérieur du support assure leur "bonne protection contre les agents atmosphériques et crée de bonnes conditions pour leur exploitation, entretien et réparation et augmente considérablement la fiabilité de l'antenne. 70 20885 10 2092676 HKTBiminuTiniia 1. Antenne émettrice à plusieurs rangées dont chaque rangée comprend n radiateurs alimentés en courant et orientés radiale-ment par rapport à la surface du support de l'antenne , earacté- 5 risée en ce que les radiateurs de chaque rangée, alimentés par des courants en phase, sont équidistants les uns des autres et sont décalés suivant 1* azimut par rapport aux radiateurs de chaque rangée consécutive d'un angle ^ , ouf est l'angle entre les radiateurs voisins de l'étage, les phases des courants alimentant les 10 radiateurs variant de 90° en passant d'un étage à l'autre. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un nombre impair de rangées et que la rangée centrale comporte 4n radiateurs dont l'alimentation par courants en phase est alternée avec un déphasage de 90° tous les n radiateurs. 15 3. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que les radiateurs sont équidistants les uns des autres dans les limites d'un secteur dont l'angle est inférieur à 360°. 4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisée en ce qu'à proximité des radiateurs selon le nombre de ces 20 derniers à chaque rangée sont montés de dipôles passifs.