Brevet FR2123120A1 — publié le 19720908

La présente invention concerne d'une façon générale les antennes de radio et, en particulier, les antennes de véhicule utilisées dans les systèmes radio de transmission et de commande par câble coaxial à fentes de fllite destinés à établir une liaison entre un poste fixe et des véhicules en mouvement. Dans les systèmes de liaison de ce type, antenne montée sur chacun des véhicules est en général une antenne dipôle classique. Une telle antenne est capable de capter tonde électromagnétique émise par un câble coaxial à fentes de fuite, mais capte aussi cette onde après sa réflexion sur les obstacles avoisinants et les bruits radio extérieurs en provenanee d'autres systèmes de communication et de mécanismes divers. Il s'ensuit que la réception par une telle antenne peut Atre brouillée par des ondes électromagnétiques parasites, ce qui est inacceptable dans un système de communication avec des véhicules en mouvement qui doit assurer une transmission de haute qualité des signaux de liaison. La présente invention a pour objet une antenne de véhicule constituée par une ligne coaxiale dont le conducteur extérieur porte des fentes régulièrement disposées sur sa longueur. Le rapport entre la longueur de 1'onde qui se propage dans le guide d'ondes constitué par cette ligne et celle de cette onde dans le vide ainsi que la disposition des fentes sur 11 antenne sont choisis en accord avec ceux du capable coaxial à fentes de fuite utilisé dans le système de liaison. Par conséquent, les caractéristiques de radiation de l'antenne de l'invention sont identiques à celles du câble coaxial à fentes de fuite qui constitue la ligne de transmission et satisfont ainsi aux conditions fondamentales exigées pour une antenne de véhicule utilisée dans un système de liaison par cible coaxial à fentes de fuite. L'antenne de l'invention peut entre constituée par une ligne coaxiale à conducteurs cylindriques, rectangulaires ou en forme de ruban. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif et avec référence aux dessins Joints dans lesquels La figure 1 montre schématiquement la directivité requise pour une antenne du type décrit utilisée dans une liaison radio par câble coaxial à fentes de fuite. Les figures 2a et 2b représentent un câble coaxial à fentes de fuite disposées en zigzag. La figure 3a représente une antenne conforme à l'inven- tion. La figure 3b représente un connecteur d'extrémité utilisable sur l'antienne de la figure 3a. La figure 4a représente un deuxième mode de réalisation de l'antenne de l'invention. La figure 4b représente un connecteur d'extrémité utilisable sur l'antenne de la figure 4. La figure 5 représente un troisième mode de réalisation de l'antenne de l'invention, et La figure 6 montre la position relative de l'antenne de l'Invention et du capable de transmission coaxial à fentes de fuite du système de liaison. La figure 1 montre la directivité requise pour une antenne de véhicule utilisée dans un système de liaison par câble coa xial à fentes de fuite et la direction de propagation de l'onde émise par ce câble. Sur cette figure, la référence 1 désigne un cable coaxial à fentes de fuite, la référence 2 la direction de propagation de l'onde de fuite émise par ce câble, la référence 3 une antenne montée à bord d'un véhicule et la référence 4 le lobe de directivité de cette antenne. Ce lobe de directivité 4 de l'antenne du véhicule doit essentiellement correspondre à la direction de propagation de l'onde émise par le câble de transmission à fentes de fuite, et ceci dans toute la bande des fréquences utilisées, puisque l'on désire réaliser un couplage serré entre l'ine ne et le câble de transmission.De plus, il est de première importance que les pertes au couplage, dont la valeur est donnée par le rapport entre la puissance transmise à l'intérieur du câble et la puissance captée par l'antenne du véhicule, soient aussi faibles que possible. D'autre part, il est nécessaire que l antenne du véhicule soit de construction aussi simple que possible et d'un entretien facile puisqu'elle est destinée à être montée sur un véhicule. il est actuellement reconnu qu'un capable coaxial à rentes de fuite constitue l'un des meilleurs moyens de transmission pour l'établissement d'une liaison avec des véhicules en mouvement et particulièrement de véhicules circulant dans un tunnel ou un souterrain, du fait qu'un tel-cible assure une répartition uniforme sur toute sa longueur de l'onde électromagnétique qui fuit par les fentes de son conducteur extérieur. La figure 2 représente un exemple typique de disposition des fentes du conducteur extérieur d'un tel câble. Sur cette ri- gure, les références 51 52 ... désignent les fentes du conducteur extérieur 6 du câble. Ces fentes sont caractérisées en ce qu'elles sont en forme de courbe plane et disposées en zigzag sur le conducteur extérieur du câble. Ces fentes sont disposées suivant une périodicité de pas p choisi approximativement égal à la longueur de l'onde transmise par le guide constitué par le cabale, ceci pour qu'une onde principale de fuite soit radiée extérieurement le long du câble.Si l'on branche sur un émetteur l'extrémi- té de gauche du câble de la figure 2 dont les fentes sont disposées suivant la périodicité indiquée, la direction de propagation de l'onde de fuite est celle indiquée par l'angle e de cette figure.Il existe entre l'angle e que fait avec l'axe du câble la direction de propagation de l'onde de fuite, le rapport 9 entre la longueur de l'onde propagée à l'intérieur du cAable et la longueur de l'onde de fuite qui se propage dans l'air environnant, c' est-à-dire pratiquement dans le vide pour une onde électroma.gné- tique, le pas p des fentes et la longueur d'onde X utilisée,la relation théorique suivante e = arc cos ( V - n x ) (1) dans laquelle n est un nombre entier.D'après cette relation, la valeur de l'angle e ne dépend que du rapport V caractéristique du guide d'ondes formé par le câble coaxial, du pas p de la périodicité des fentes et de la longueur d'onde t utilisée pour la transmission. En d'autres termes, si les valeurs due et et de p d'une antenne à fentes sont les mêmes que celles du câble de transmission, la directivité de cette antenne est la même que celle dudit câble dans toute la largeur de la bande de fréquences utilisée. La figure 3 représente un premier mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, la référence 7 désigne un conducteur intérieur, la référence 8 un conducteur extérieur et la référence 9 un isolant. Dans le conducteur extérieur 8 sont taillées des fentes rectilignes 101, 102, ... disposées en zigzag et suivant une certaine périodicité sur toute la longeur du câble, la forme et le pas de ces fentes étant exactement les mimes que ceux des fentes du câble coaxial de transmission. La disposition en zigzag des fentes de l'antenne de la figure 3 n'est qu'un exemple de disposition de ces fentes.Dans l'antenne de l'invention, le pas p de la périodicité des fentes et le rapport p des longueurs de l'onde qui se propage dans l'antenne et de l'onde de fuite qui se propage dans l'air sont exactement égaux à ceux du câble coaxial 9 fentes de fuite utilisé comme ligne de transmission. Dans ces conditions, et d'après la relation (1), les caractéristiques de la directivité de l'antenne sont exactement les mêmes que celles de la directivité du câble coaxial à fentes de fuite utilisé comme ligne de transmission. Le rapport X de la longueur de l'onde qui se propage dans l'antenne à celle de l'onde de fuite est réglé de fa çon qu'il soit le même que dans le câble de transmission en donnant l'épaisseur qui convient à l'isolant 9 qui sépare le conducteur extérieur 8 du conducteur intérieur 7. L'antenne de l'invention se présente sous la forme simple d'une ligne coaxiale dont le conducteur extérieur porte sur sa longueur une succession de fentes convenablement disposées, et peut être aisément alimentée en énergie par l'une de ses extrémités. En particulier, cette antenne peut être parfaitement accordée avec un cible coaxial à fentes de fuite disposé parallèlement. De plus, cette antenne a un gain élevé et permet de réaliser une liaison stable par réduction des fluctuations des pertes au couplage du fait qu'elle peut couvrir une vaste région de radiation du cabale ae transmission puisque l'on peut lui donner aisément une grande longueur.Des expériences faites sur une antenne de 6 m de longueur et conforme à l'invention ont montré un accroissement du gain de 10 dB par rapport à une antenne bipale classique, et que les fluctuations de l'intensité du couplage avec le câble étaient d'environ - 0,5 dD. Ceci constitue une amélioration importante si l'on compare ces fluctuations avec celles pouvant atteindre et dépasser + 2,5 dB que 1 on constate dans la réception des signaux par une antenne bipale classique. La figure 4 représente un autre mode de réalisation de l'antenne de l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'antenne de la figure 3 précédemment décrite et dont la section droite est circulaire est remplacée par une ligne coaxiale à section droite rectangulaire. Sur la figure 4, la référence 7 désigne un conducteur intérieur constitué par une bande conductrice étroite; la référence 8 un conducteur extérieur creux à section droite rectangulaire et la référence 9 un isolant dont l'épaisseur détermine le rapport de contraction de la longueur de l'onde qui se propage dans l'antenne et qui, simultanément, constitue un support pour le con ducteur intérieur 7. En général, il convient que le conducteur extérieur 8 soit plat, large et se présente face au cAable coaxial de transmission. Il n'est pas nécessaire que sa section droite soit rectangulaire. Il convient aussi que ce conducteur extérieur déborde latéralement de chaque côté de l'antenne coînme on le voit en 12 sur la figure 4a. Les références 101, 102, ... désignent des fentes portées par le conducteur extérieur plan qui fait face au câble coaxial à fentes de fuite qui constitue la ligne de transmission. A titre d'exemple, ces fentes peuvent être disposées en zigzag comme représenté sur la figure 4a et comme le sont celles du câble coaxial de transmission. De m"eme que danse mode de réalisation de la figure 3, la disposition des fentes de l'antenne doit Atre conforme à celle des fentes du câble coaxial de transmissIon utilisé. Il n'est pas toujours nécessaire que ces fentes soient disposées en zigzag. Dans son ensemble, l'antenne du mode de réalisation de la figure 4 dont la section droite est rectangulaire possède les mêmes caractéristiques particulières que l'pantenne des modes de réalisation précédents. En effet, tout ce qui a été fait remarquer avec référence à la construction de l'antenne des modes de réalisation précédents est applicable à celle de l'antenne de la figure 4a. Outre les caractéristiques précitées, l'antenne de l'invention conforme au-mode de réaliàtion de la figure 4a possède une autre caractéristique qui consiste encre que l'onde électromagnétique radiée est empêchée de se propager sur l'arrière, c'està-dire sur le ctté non fendu, de-l'antenne du fait que cette onde est captée par les fentes portées par le conducteur extérieur large et plat de l'antenne à section droite rectangulaire de la figure 4a. Par suite, il n'est pas nécessaire de munir cette antenne d'un réflecteur. De plus, la construction de cette antenne se réduit à un montage de pièces planes, ce qui la rend très facile. D'autre part, sa forme rend plus facile son installation à bord d'un véhicule. On voit donc que l'antenne de la figure 4a présente d'excellentes caractéristiques. La figure 4b représénte à titre d'exemple un connecteur d'accouplement qui peut être placé sur chacune des extrémités de l'antenne de la figure 4a. Ce connecteur peut être utilise soit pour brancher l'antenne sur un-émetteur-récepteur, soit pour constituer sur cette antenne une extrémité non r6flectrice. La figure 5 représente un troisième mode de réalisation de l'antenne de l'invention qui constitue un perfectionnement important de l'antenne de la figure 4a. L'antenne de la figure 5, qui est parfaitement plane, est constituée par la réunion en une seule et terme bande de rubans métalliques conducteurs 13 et 14 et d'un ruban métallique conducteur plus étroit-15 avec interposition de pellicules thermoplastiques isolantes 16. Bien que cette an terme ait la forme générale d'une bande, elle constitue en fait un étable coaxial dont les conducteurs extérieurs sont formés par les rubans 13 et 14 et dont le conducteur intérieur est formé par le ruban 15.Le conducteur extérieur 13 tourné vers le câble coaxIal à fentes de fuite utilisé pour la transmission porte des fentes 101' 102, ... dont la forme et la disposition sont déterminées par les mêmes considérations que pour les modes de réalisation des fi tires t et A t tomme dans ces modes de réalisation précédents, le rapport de contraction de l'onde qui se propage dans l'antenne est réglé de façon qu'il soit égal au rapport de contraction de l'onde C'ti se propage dans le câble coaxial de transmission par un réglage approprié du rapport des épaisseurs des pellicules isolantes 16 et de la section droite de l'antenne. Du. poInt de vue électrique, l'antenne de la figure 5 ne diffère pas de celles précédemment décrites. Par conséquent, elle possède toutes les caractéristiques des antennes de ces autres modes de réalisation. De plus, elle peut être fabriquée sous forme d'une bande et avoir ainsi une flexibilité que ne peuvent avoir les antennes Frécédemment décrites. C'est là un avantage très important en ce qui concerne la facilité de sa mise en place et de son entretien. La figure 6 montre la position relative de l'antenne de l'Invention et du câble coaxial à fentes de fuite qui constitue la ligne de transmission. Sur cette figure, la référence 1 désigne le câble coaxial de transmission, la référence 17 un émetteur ou un récepteur, la référence 18 une antenne conforme d l'invention, la référence 19 un récepteur ou un émetteur placé à bord d'un véhicule et la référence 20 une charge fictive. Une liaison stable s'établit entre un véhicule qui se déplace le long du cible I et qui porte l'antenne 18 branchée sur l'émetteur ou le récepteur 19 et le récepteur ou l'émetteur 17 placé à un poste fixe par couplage de l'antenne 18 et du câble 1 par l'intermédiaire de l'onde de fuite 2. Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, l'antenne de l'invention présente d'excellentes caractéristiques en ce que sa construction et son dispositif d'excitation sont très simples du fait qu'il y est employé le principe de l'excitation par onde de fuite d'un câble coaxial; en ce que les faisceaux rayonnés par l'antenne et par le cble coaxial à fentes de fuite coincident pour toutes les fréquences désirées puisque la disposition des fentes de l'antenne et le rapport de contraction de la longueur d'onde dans l'antenne sont les mêmes que ceux du câble coaxial à fentes de fuite utilisé comme ligne de transmission, ce qui assure l'obtention d'une liaison très stable; et en ce que sa mise en place et son entretien sont faciles. De plus, si l'on désire modirier la longueur de l'antenne de l'invention, par exemple, si l'on désire augmenter cette longueur pour diminuer les pertes au couplage, une antenne conforme à l'un des modes de réalisation des figures 3, 4 et 5 peut être construite en longueurs déterminées, ce qui permet d'obtenir le résultat désiré en réunissant bout à bout un nombre convenable de ces longueurs. On voit donc que l'antenne de l'invention est susceptible d'une très large variété d'applications. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Antenne coaxiale destinée à être couplée avec un ble coaxial à fentes de fuite, caractérisée en ce qu'elle comprend: un conducteur intérieur; un conducteur extérieur porteur sur toute sa longueur d'une succession de fentes dont la disposition et la périodicité sont les mêmes que celles des fentes dudit câble coaxial; et un isolant interposé entre le conducteur extérieur et le conducteur intérieur et dont l'épaisseur est choisie de façon que la contraction de l'onde qui se propage dans l'antenne soit égale à la contraction de l'onde qui se propage dans ledit câble. 2 - Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que son conducteur extérieur est constitué par un ruban plat porteur d'une succession de fentes et faisant face audit câble coaxial à fentes de fuite, la disposition de ces fentes et leur périodicité étant les mêmes que celles dudit câble coaxial et la contraction de l'onde propagée dans l'antenne étant la même que celle de l'onde propagée dans ledit câble. 3 - Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que son conducteur intérieur est constitué par un ruban métallique et en ce que son conducteur extérieur a une section droite de forme générale rectangulaire, l'une des faces les plus larges du conducteur extérieur étant tournée race audit câble coaxial à fentes de fuite et portant ladite succession de fentes, la disposition et la périodicité de ces fentes et la contraction de l'onde propagée dans l'antenne étant sensiblement les mêmes que celles dudit cible coaxial à fentes de fuite; et en ce que l'isolant qu'elle comporte supporte et maintient en position son conducteur intérieur. 4 - Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que son conducteur intérieur est constitué par un ruban métallique; son conducteur extérieur est double et est constitué par deux bandes métalliques, ce ruban et ces bandes étant mutuellement accolés avec interposition d'un ruban thermoplastique entre le conducteur intérieur et chacun des conducteurs extérieurs, l'un de ces conducteurs extérieurs étant tourné vers ledit câble coaxial à fentes de fuite et portant une succession de fentes dont la disposition et la périodicité sont essentiellement les mêmes que celles des fentes dudit capable coaxial, et la contraction de l'onde qui se propage dans l'antenne étant la même que celle de l'onde qui se propage dans ledit câble coaxial.