Brevet FR2067222A1 — publié le 19710820

La présente invention a pour objet des ante n nés radio-électriques, et plus particulièrement, mais non exclusivement, des antennes fouet . L'invention concerne une antenne dipôle pouvant fonctionner 5 dans une large bande de fréquences sans nécessiter d'accord continu manuel ou automatique . Une simple antenne dpôle présente habituellement l'inconvénient de ne pouvoir être utilisée que dans une bande de fréquences étroite. En dehors de cette bande, elle présente un impédance inacceptable pour l'équipement auquel 10 elle est reliée. Pour résoudre ce problème, on utilise habituellement une unité d'adaptation ou d'accord d1 antenne variable, qui transforme l'impédance de l'antenne en une valeur acceptable par l'équipement. Cette unité est généralement accordée par un opérateur, ce qui nécessite un certain temps et une certaine 15 compétence technique de la part de celui-ci. L'unité d'accord de l'antenne peut encore fonctionner automatiquement, d'où un prix de revient élevé, une certaine complexité et une diminution correspondante de la sécurité de fonctionnement. Même avec une unité d'accord d'antenne automatique, l'antenne ne peut être utilisés 20 que dans une bande de fréquences étroite: elle ne peut donc pas être utilisée pour la transmission ou la réception de signaux à large bande ni pour la transmission ou la réception simultanées d'un certain nombre de fréquences largement espacées. En conséquence, l'invention concerne un montage comprenant 25 une antenne dipôle ayant un réseau de réactance branché en série avec un élément du dijpôle, la caractéristique réactance-fréquence du réseau permettant l'adaptation de l'impédance au centre d'alimentation du dipôle, à une certaine valeur comprise dans une large gamme de fréquences . 30 Selon l'invention, l'utilisation d'un réseau de réactance permet au montage d'antenne de fonctionner dans une large gamme de fréquences sans accord manuel ou automatique, et de plus, permet au montage d'antenne d'être utilisé pour la transmission ou la réception de signaux à large bande ou de plusieurs fré-35 quences largement espacées simultanément. Lœ montagœ d'antenne fouet dipôles conformes à l'invention, seront maintenant décrits, uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 69 40807 2067222 Les figures 1 à 13 représentent chacune un schéma d'un mode de réalisation de l'invention et des divers branchements de son circuit. La figure 14 est un schéma de circuit d'un réseau de 5 réactance utilisé avec les montages d'antennes. Dans les diverses figures, les mêmes éléments portent le même numéro de référence „ L'antenne fouet dipôle de la figure 1 est constituée de deux éléments 5 et 6 dont le centre d'alimentation 8 reçoit •Sr 10 l'énergie à émettre, ou fournit l'énergie de radiation reçue par l'antenne, et l'élément inférieur 5 du dipôle est trancté à un plan harizmtaL9 à la n®sse par l'intermédiaire d'un réseau de réactance 10 à deux bornes, dont la réactance X (f) varie selon une certaine fonction de la fréquence. 15 L'impédance Zf, du centre d'alimentation 8 est fonction des longueurs 1^ et lg des deux éléments 5 et 6 du dipôle. Zf est réglé par 1^ et lg car ces longueurs déterminent la forme de variation de l'amplitude et de là phase du courant s'écoulant dans le.dipôle suivant sa longueur. Le réseau de réactance à 20 deux bornes 10 est tel que la réactance aux bornes varie avec la fréquence, de façon que l'impédance Zf se maintienne à une certaine valeur dans une large gamme de fréquences . De cette façon, 1'antenne de la figure 1 peut être utilisée dans une certaine gamme de fréquences sans nécessiter d'accord manuel ou 25 automatique, et la valeur de Zf est. automatiquement maintenue à une valeur acceptable par l'équipement auquel est branchée l'antenne. L'antenne peut ainsi être utilisée pour la transmission ou la réception de signaux à large bande ou de signaux apparaissant simultanément, ayant un nombre de fréquences 30 différentes largement espacées. La figure 2 représente la façon dont un branchement peut être réalisé au centre d'alimentation S, avec l'équipement associé non représenté. Dans la figure 2, l'élément inférieur 5 l'antenne est constitué d'un tube creux 12 relié électriquement à son extré-35 mité supérieure 14, avec le conducteur extérieur 16 d'un câble coaxial 18, le conducteur central étant branché à l'élément supérieur 6 de l'antenne. Le tube 12 est relié au plan horizontal 9 à travers le réseau de réactance à deux bornes 10. 69 40807 3 2067222 Par conséquent, le câble coaxial 18 branche le centre d'alimentation 8 du dipôle à l'équipement associé, non représenté» Dans la figure 2, l'espace annulaire entre le tube 12 et le conducteur extérieur 16 du câble coaxial agit comme un 5 tronçon de ligne de transmission court-circuité , et présente ainsi une réactanee en parallèle avec le réseau à deux bornes lo. Cette réactance en parallèle est prise en considération lorsque l'on désigne le réseau à deux bornes» L'impédance présentée à l'équipement associé, non repré-10 sentée par le câble coaxial 18 de la figure 2 n'est pas égale à l'impédance du centre d'alimentation Zf; le câble coaxial, d'impédance caractéristique Zo, transformera l'impédance du centre d'alimentation Zf en une nouvelle valeur Z » En donnant des dimensions convenables au câble coaxial 18, et en détermi-15 nanfc de façon correspondante l'impédance caractéristique Zo, l'impédance Zf peut être transformée en Z, de façon à réduire l'effet, sur l'impédance Z, des variations de Z(f) en fonction de la fréquence» Ainsi, la transformation de l'impédance du câble coaxial 18 augmente l'effet de la réactance 10, en augmentant la 20 gamme de fréquences de fonctionnement de l'antenne» La figure 3 représente une antenne dans laquelle l'effet produit par le câble coaxial 18 est encore augmenté. La disposition de la figure 3 est, de façon générale, semblable à celle de la figure 2, sauf que le diamètre du conducteur interne 20 25 du câble coaxiàl varie suivant sa longueur» Ainsi, le diamètre a une certaine valeur dans la longueur 1^, uneautre valeur dans la longueur 1^, et encore un autre dans la longueur 1^/ De cette façon, le câble coaxial agit comme trois transformateurs d'impédance branchés en série pour réduire la valeur de Z par rapport 30 à Z(f), et ainsi, réduire les variations Z résultant des variations Z(f). Dans le mode de réalisation de la figure 4, le conducteur extérieur 22 du câble coaxial 24 forme l'élément inférieur de l'antenne fouet dipôle, et, de manière analogue aux figures 35 précédentes, est branché au plan horizontal 9 à travers la réactance 10» Afin d'empêcher le câble coaxial de court-circuiter la réactance 10, il est lui-même bobiné dans une région 26, pour constituter un inducteur, ainsi qu'une isolation radio fréquence 69 40807 il 2067222 de la base du dipôle par rapport au plan horizontal 9° L'inductance de la région bobinée 26 du câble coaxial, et ses variations en fonction de la fréquence, doivent être prises en considération, lorsque l'on désigne la réactance 10» La région bobinée 26 5 du câble 24 du mode de réalisation de la figure 4, n'affecte pas la transformation de l'impédance du câble coaxial qui, comme dans le mode de réalisation des figures 2 et 3j augmente encore l'effet d'adaptation de l'impédance de la réactance 10; comme dans le cas de la figure 3 s cet effet peut être accentué en 10 faisant varier les dimensions relatives des deux conducteurs du câble suivant la longueur» La figure 5 représente une disposition correspondant à celle de la figure mais le réseau de réactance 10 et la région bobinée 26 du câble 24 se trouvent à l'intérieur d'un tube 15 blindé 28 relié au plan horizontal 9> au-dessous de celui-ci. Une telle disposition peut être utilisée sur les véhicules ou similaires, lorsqu'elle est utilisée dans des buts de sécurité» La réactance présentée à la base dù dipôle par le réseau 10 et la région 26 est transformée par la longueur de la ligne de 20 transmission formée entre le conducteur extérieur 22 du câble coaxial et le tube 28, et doit être prise en considération lorsque l'on désigne le réseau de réactance 10» Dans le mode de réalisation de la figure 6, l'appareillage externe est branché au ce rfcre d'alimentation 8 de l'antenne 25 dipôle au moyen d'une ligne de transmission 30 à deux câbles ou à deux bandes parallèles, dont un conducteur 32 constitue l'élément inférieur 5 du dipôle , et dont l'autre est branché à l'autre élément 6. Le conducteur 32 de la ligne de transmission 30 est relié au plan horizontal 9 à travers la réactance 10, 30 et la base du dipôle est isolée du plan horizontal S, aux radiofréquences, en enroulant les deux conducteurs de; -la ligne de transmission 30 dans une région 34, pour constituer un inducteur bifilaire» Le fonctionnement est similaire à celui décrit en référence aux figures précédentes, et là encore, 35 l'effet d'adaptation d'impédance de la réactance 10 est accentué par l'effet de transformation d'impédance de la ligne de transmission 30» De manière analogue à la figure 3, l'effet de transformation d'impédance de la ligne de transmission 30 de la figure 6 peut être encore accentué en faisant varier 69 40807 5 2067222 les tailles des deux conducteurs de la ligne de transmission, suivant leurs longueurs, comme représenté» La figure 7 représente un mode de réalisation analogue à celui de la figure 5, dans lequel la ligne de transmission 5 30 à deux câbles est placée à l'intérieur d'un tube blindé 28. Les figures 8 et 9 représentent des modes de réalisation de l'invention dans lesquels il n'y a pas de plan h±>izcntal 9 à la masse (comme sur le mât d'un bateau), La figure 8 correspond à la figure 4, et comprend deux dispositions d'antennes dipôles, 10 chacune d'elles étant semblable à celle de la figure 4, mais qui sont combinées ici pour constituer deux antennes compensées. Les câbles coaxiaux 24 de chacune des deux antennes de la figure 8 sont reliés à un câble commun 34, destiné à alimenter les deux antennes en phase, et à fournir le maximum de rayonnement 15 perpendiculairement à l'axe des antennes. La figure 9 représente une disposition analogue, à celle de la figure 8, dans laquelle chacune des deux antennes est semblable à celle représentée figure 6. La figure 10 représente un mode de réalisation de 20 l'invention constituant un assemblage directionnel à large bande. Il est constitué de deux antennes fouet dipôles 36 et 38, représentées symboliquement, mais qui peuvent être semblables à celles représentées sur vies figures 1 à . Les deux antennes 36 et 38 sont espacées d'une distance égale à un quart de la 25 longueur d'onde du milieu de la bande de fréquence. Elles sont branchées à un câble commun 40 par l'intermédiaire d'un circuit de déphasage 42 , de façon à obtenir un déphasage de 90° entre les signaux appliqués à chacune des deux antennes. La figure 11 représente un assemblage directionnel 30 comprenant deux antennes compensées 44 et 46, et deux autres antennes compensées 48 et 50. Les antennes 44 à 50 sont représentées symboliquement, mais chacune d'elles peut être semblable à celles représentées sur les figures 2, 3* ^ ou 6. Les antennes sont reliées à un câble commun 52 par un réseau 35 de déphasage 54, fournissant un déphasage de 90° entre les signaax appliqués aux antennes 44 et 46, et les signaux appliqués aux antennes 48 et 50» 69 40807 6 2067222 Chacune des dispositions des figures 10 ët 11 peut être modifiée en ajoutant plus de deux antennes, ou plus de quatre antennes, afin d'obtenir une directivité supérieure, et le déphasage entre les éléments adjacents ou les paires 5 d1éléments adjacents peut varier en fonction de la fréquence, de manière à maintenir la directivité presque constantedans une large bande de fréquences., Selon une variante, on peut construire, à la place des dispositions des figures 10 et 11, un réseau directionnel 10 à large bande à partir de plusieurs antennes dipôles, comme décrit ci-dessus, dans lequel une seule de ces antennes est réceptrice, et les autres sont à couplage par rayonnement- La figure 12 représente une telle disposition dans laquelle une antenne dipôle 56, représentée symboliquement, mais qui peut être 15 semblable à celles décrites dans l'une des figures 1 à 7, est entraînée par l'intermédiaire d'un câble 56, tandis qu'une autre antenne 60, qui peut également être semblable à l'une de celles décrites dans les figures 1 à 7, est une antenne à couplage par rayonnement, dont les bornes du câble sont court-circuitées. La 20 figure 13 représente une disposition comprenant deux antennes dipôles compensées 62 et 64 destinées à être entraînées par un câble commun 66, et deux autres antennes 68 et 70 à couplage par rayonnement dont les bornes du câble sont à connexion croisée „ Chacune des antennes 62, 64, 68, 70 est représentée 25 de-façon symbolique, mais peut être semblable à l'une de celles décrites dans les figures 2, 3, 4 et 6. Il est bien entendu que chacune des antennes représentées symboliquement dans les figures 10 à 13 comprend un réseau respectif 10. 30 Dans la disposition des figures 12 et 13, la directivité du réseau peut être modifiée par variation des caractéristiques réactance/fréquence des deux réseaux de réactance 10 associés aux éléments passifs des réseaux. -La façon de définir le réseau de réactance 10, tel 35 qu'utilisé dans les modes de réalisation décrits, est tout d'abord de calculer ou de mesurer la valeur de la réactance pour chaque fréquence. Dans un exemple particulier d'une antenne fouet excitée au centre, avec une gamme de fréquences 69 40807 7 2067222 d'un octave approximativement, la réactance nécessaire est inductive à la plus basse fréquence» La réactance diminue lorsque la fréquence augmente, jusqu'à devenir nulle, c'est-à-dire en court-circuit au milieu de la bande. Pour des fré-5 quences supérieures, la réactance devient capacitive, et augmente en permanence jusqu'à la fréquence supérieure„ Cette variation de la réactance est comparable à la réactance d'un circuit résonnant série„La pente étant négative, elle ne peut pas être -réalisée par un réseau passif'» Elle peut cependant 10 résulter d'un circuit résonnant série, par l'intermédiaire d'un convertisseur d'impédance „ Un exemple particulier d'un convertisseur d'impédance qui peut être utilisé est représenté figure 14, et consiste en un amplificateur à large bande 70 dont le gain de tension est de +2, ayant une grande impédance 15 d'entrée et une basse impédance de sortie. Si une impédance Z est branchée en réaction entre la sortie et l'entrée, l'impé-4'entrée dance'est -Z. Ainsi, un circuit resonnant série 72 est branché en réaction, de façon que l'impédance d'entrée de l'amplificateur présente la variation de réactance souhaitable. 20 Le réseau de réactance ainsi constitué peut produire la propriété de large bande en annulant la réactance de l'antenne. A cette fin, il doit alimenter l'énergie réactive associée à cette réactance. Par conséquent un dispositif actif , ou la conversion d'énergie est nécessaire. 25 II est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. A titre d'exemple, on peut noter que la disposition de la figure 1 peut être modifiée en branchant le réseau de réactance 10 au centre d'alimentation 8, et en excitant 30 1'antenne entre 1'extrémité inférieure de 1'élément 5 et le plan horizontal. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites, et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications sans pour autant sortir de son cadre. 69 40807 8 2067222 REVENDICATIONS 1. Antenne dipôle, caractérisée en ce qu'elle comprend un réseau de réactance branché en série avec un élément du dipôle, la caractéristique réactanee/fréquence cte ce réseau permettant 1 ' adaptation de 1 ' impédance du centre d ' al.imentat.ion du dipôle à une certaine valeur comprise dans une large bande de fréquence „ 2. Antenne dipôle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réseau de réactrnce est branché en série entre la masse et un élément du dipôle, 3„ Antenne dipôle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est montée avec une autre antenne, formant ainsi deux antennes compensées., chaque antenne ayant un réseau de réactance branché en série avec un élément du dipôle, les deux antennes dipôles étant en phase l'une avec 1'autre„ 4. Antenne dipôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les branchements de l'une ou de chaque antenne dipôle au centre d'alimentation sont réalisés par un câble d'alimentation de ligne de transmission à deux conducteurs, l'un de ces conducteurs étant branché à un élément du dipôle, et l'autre étant branché à un tube creux constituant l'autre élément du dipôle. 5. Antenne dipôle selon la revendication 4, caractérisée en ce que le câble d'alimentation de la ligne de transmission est un câble coaxial. 6. Antenne dipôle selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que l'espace entre les deux conducteurs du câble d'alimentation varie suivant leur longueur, de manière à accroître l'effet de transformation d'impédance de la ligne de transmission. 7„ Antenne dipôle fouet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les branchements de l'antenne au centre d'alimentation sont réalisés au moyen d'une ligne de transmission à deux conducteurs, l'un de ces 69 40807 9 2067222 conducteurs étant branché à un élément du dipôle, et l'autre constituant l'autre élément du dipôle, le conducteur de la ligne de transmission constituant l'autre élément du dipôle étant branché à un point de référence par 11 intermédiaire 5 du réseau à deux bornes, mais cet autre élément dudit pôle étant isolé du point de référence aux radiofréquences. 8. Antenne selon la revendication 7.» caractérisée en ce que l'autre élément du dipôle est isolé aux radio-fréquences par enroulement des deux conducteurs de la ligne 10 de transmission sur une certaine partie, de manière à obtenir une réactance inductive. 9„ Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que lajpartie enroulée de la ligne de transmission et le réseau à deux bornes sont .Montés dans un tube blindé situé 15 en dessous d'un plan à la masse qui constitue le potentiel de référence et reliés à celui-ci. « 10. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est reliée à d'autres antennes, pour obtenir un réseau directionnel.