Brevet FR2245097A1 — publié le 19750418

La présente invention concerne les antennes de réception ou d'émission des signaux radioélectriques à ondes très courtes et plus spécialement des antennes omnidirectionnelles en polarisation horizontale. Les communications radioélectriques en ondes très courtes, particulièrement celles qui sont destinées à la radiodiffusion de la télévision ou de programmes sonores utilisant la modulation de fréquence, rayonnent le plus fréquemment une énergie électromagnétique dont le champ électrique est dirigé horizontalement. Les antennes de réception connues utilisent généralement dans ce cas un ou plusieurs monopoles horizontaux en quart d'onde ou un ou plusieurs diptles horizontaux en demionde, éventuellement combinés de diverses façons. Les monopoles horizontaux en quart d'ondé, particulièrement utilisés sur les postes mobiles ou portatifs, présentent alors des inconvénients propres à détourner l'usager d'utiliser ses récepteurs dans ses déplacements : ces aériens sont, en effet, encombrants, et leur effet directif a pour résultat qu'on ne peut souvent pas disposer les récepteurs dans les meilleures conditions de fonctionnement ou de confort pour ltusager, et que ltutilisation correcte devient méme impossible quand ce dernier se déplace par ses propres moyens ou à bord dtun véhiculez Dans ce dernier cas, en particulier, antenne étant souvent également utilisée pour les ondes longues et moyennes, qui sont polarisées verticalement, on est amené à l'incliner pour réaliser un compromis qui détériore encore les conditions dans tous les cas. Les dipôles horizontaux, prétérés sur les stations fixes, présentent également ltinconvénient être très encombrants, et leur directivité n'est pas toujours un avantage : c'est le cas lorsqu'on veut pouvoir recevoir plusieurs émissions provenant de directions différentes, ce qui se présente fréquemment, par exemple dans les régions frontalières. L'invention a pour objet de procurer des antennes qui éliminent les inconvénients cités précédemment, en conservant une caractéristique identique suivant tous les azimuts en polarisation horizontale, et en présentant un encombrement très réduit tout en restant d'un prix de revient peu élev4 Suivant l'invention, une antenne démission ou de réception en ondes courtes du genre cadre1 dont le plan défini par les spires est horizontal pour une polarisation horizontale du champ électrique de l'onde rayonnée, est caractérisée en ce qu'elle comprend, en combinaison, un cadre d'au moins une spire dont la longueur développée reste inférieure sensiblement au quart de la longueur d'onde précitée et un segment de ligne de transmission, à basse impédance caractéristique, dont la longueur électrique équivalente est sensiblement égale ou inférieure à un nombre impair de quarts de la longueur d'onde précitée et qui connecte, par au moins deux conducteurs, les extrémités du cadre aux bornes d'entrée du récepteur, ou de sortie de l'émetteur, pour adapter au moins approximativement l'impédance propre de l'antenne à l'impédance du récepteur, ou de l'émetteur. Le doublet magnétique, constitué par le cadre, présente une relation, entre le champ magnétique rayonné et le courant dans l'enroulement du cadre, qui reste sensiblement constante en fonction de 1'azimut de la direction de propagation du champ rayonné quand ce dernier a une composante électrique polarisée horizontalement et si l'axe de ltenroulement est vertical. Ainsi, même dans le cas de déplacements rapides, il n'y aura pratiquement pas de variations de la relation entre le champ rayonné et le courant.En outre, étant donné que le segment de ligne de transmission n'est pas necessaire pour le couplage à l'onde rayonnée, il peut Autre replié de différentes façons, et l'en semble présente un encombrement global beaucoup réduit que les monopoles et les dipôles, tout en restant économique Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'antenne comporte en outre au moins un élément résistif connecté entre l'une des extrémités du conducteur formant le cadre précité et l'un des conducteurs de la ligne de transmission précitée pour élargir l'adaptation approximative de l'antenne au: récepteur ou i itmetieur sur une gamme d'ondes relativement grande désirée. Le cadre pouvant comporter 1 à 10 spires d'un diamètre variant entre 1/12 et 1/250 de la longueur d'onde, il est possible, bien que cela ait semblé impraticable jusqutici, de combiner les différents paramètres de dimensions relatives à la longueur d'onde,d'impédance caractéristique du segment de ligne de trans mission et de valeur de l'élément résistif, pour obtenir des résultats appropriés aux conditions particulières de chaque application, avec une bonne latitude. On obtient ainsi, par exemple, une antenne dont les dimensions permettent de la disposer à l'intérieur d'un récepteur de radiodiffusion à fréquence modulée, ou de l'ajouter à un tel récepteur déjà existant en la connectant à une prise fixée sur une face latérale ou supérieure de l'appareil récepteur. Dans les applications où ltencombrement vertical ne pose pas de problème, le segment de ligne de transmission peut s'étendrff longitudinalement suivant l'axe de ltenroulement du cadre. I1 peut alors être utilisé pour la réception des ondes longues ou moyennes à bord des véhicules. L'antenne combinée ainsi constituée présente le double avantage d'être omnidirectionnelle horizontalement pour chaque type de polarisation des ondes utilisées en ondes longues, moyennes et courtes d'une part, et en ondes modulées en fréquence d'autre part en conservant un axe favorablement vertical, ce qui est particulièrement avantageux à bord des véhicules routiers, ferroviaires, fluviaux, marins, ou autres. En station fixe, où l'encombrement en hauteur est le moins gênant, les mimes genres d'avantages que ceux du paragraphe précédent peuvent entre obtenus. En associant plusieurs antennes suivant l'invention, superposées de façon qui la distance entre les plans de deux cadres voisins soit sensiblement égale à une demi-longueur d'onde, on bénéficie en outre d'7an gain concentrant l'énergie à l'intérieur d'angles de site plus ou moins proches de l'horizontale. Les propriétés et avantages précédents, ainsi que d'autres, pourront entre mieux compris à l'aide de la description suivante, donnée à titre drexemples de réalisation non limitatifs. Aux dessins annexés, la figure 1 représente une vue en pers pective d'une réalisation d'une antenne suivant l'invention. Les figures 2 à 4 représentent différentes dispositions, à l'intérieur ou à c8té d'un poste, de réalisations d'antennes suivant l'invention. La figure 5 est une vue schématique d'une variante d'antenne suivant l'invention utilisable notamment sur un véhicule. La figure 6 est une vue schématique d'une variante d'antenne suivant l'invention, utilisable notamment en station fixe. En référence à la figure I, une antenne suivant l'invention comprend un cadre 1 d'axe sensiblement vertical, connecté par ses deux ext-mites 11-12 à une ligne de transmission 2 comportant au moins deux conducteurs 21 et 22 qui sont connectés à leurs extrb- mités inférieures aux bornes d'entrée 31-32 d'un poste 3 récepteurs par exemple. Un élément résistant 4 relie l'une des extrémités 11 du cadre 1 à une extrémité 21 du segment de ligne de transmission 2, Suivant les applications, cet élément peut être constitué totalement ou en partie par la résistance propre de l'enroulement, ou par une résistance quelconque, telle qu'unie jonction d'un composant à semi-conducteurs, devant la valeur de laquelle la résistance propre de l'enroulement sera généralement négligeable. Dans une réalisation préférée de l'invention, destinée à la réception des ondes de radiodiffusion modulées en fréquence, dans la gamme de 88 à 100 MHz, par exemple, le cadre 1 est constitué par un enroulement de 4 spires telles que 13, de diamètre d'environ 6 cm et de hauteur totale d'environ 4 cm, par exemple en fil de laiton ou d'acier inoxydable d'un diamètre de 1 mm environ. La valeur de l'élément résistif est de l'ordre de 1/100 dlohm, et l'impédance caractéristique du segment quart d'onde de ligne de transmission 2 est de tordre de 1 ohm.Bien que des câbles présentant une impédance caractéristique de cet ordre de grandeur ne soient pas courants, il est facile d'en fabriquer des unités d'aussi faible longueur que celle qui est nécessaire (50 à 60 cm) en utilisant des éléments de câbles courants. L'é- cartement entre les conducteurs est facilEment maintenu par une feuille de diélectrique 24 d'épaisseur calibrée. La réalisation préférée comporte une ligne 2 bifilaire blindée, mais on peut également utiliser une ligne bifilaire non blindée ou une ligne coaxiale. La composante horizontale électrique du champ rayonné fait autre un courant dans chaque spire du cadre 1 d'une manière pratiquement indépendante de la direction de propagation du champ rayonné* Le transformateur constitué par le segment de ligne de transmission 2 en quart d'onde adapte l'impédance présentée par le cadre 2 et l'élément résistant 4 à une valeur proche de l'im- pédance d'entrée du poste 3. En appliquant les règles connues des personnes expérimentées dans l'art, on peut choisir pour l'élément 4 une valeur de résistance qui procure un compromis entre le rendement de l'ensemble et le fonctionnement avec un taux d'ondes stationnaires convenable dans une bande de fréquence déterminée.Pour cela, on peut choisir, pour l'enroulement du cadre 1, un fil d'une matière présentant une certaine résis tivité, et en calculer le diamètre pour obtenir la valeur de résistance désirée en tenant compte de l'effet de peau.Cette manière manquant de souplesse, il est préférable de constituer l'élément résistant 4 d'une résistance localisée éventuellement réglable, cette résistance étant, par exemple, constituée par la jonction entre deux électrodes d'un composant à semi-conducteurs, tel qu'un transistor, ce qui permet alors d'obtenir le meilleur compromis possible. Dans tous les cas, et malgré la faiblesse de la résistance de rayonnement du cadre qui pourrait en faire paraître l'emploi impraticable, on obtient des résultats comparables à ceux que procure un monopole courant, dans la zône de propagation optique autour d'un émetteur à laquelle la portée pratique se hittite d'ailleurs dans la majorité des cas. La réception est donc independante de la direction de l'émetteur, et comme le segment de ligne 2 ne participe pas directe- ment à la réception, on peut l'enrouler ou le replier d'une manière quelconque. L'encombrement de l'ensemble permet alors de l'incorporer à l'intérieur d'un récepteur (figure 2) ou de l'adapter, à ltextérieur d'un récepteur déjà existant, soit sur un cté (figure 3) en utilisant, par exemple, une prise déjà prévue pour une antenne auxiliaire, soit sur le dessus du poste, en l'adaptant, par exemple, sur une antenne télescopiqie rentrée, ou à la place de celle-ci (figure 4)-. L'antenne ainsi ajoutée peut éventuellement entre protégée par un bottier en matière plastique, par exemple. En référence à la figure 5, une autre réalisation d'une antenne suivant 1'invention comporte un segment de ligne de transmission 2 allongé suivant l'ase de l'enroulement du cadre 1. L'ensemble peut être constitué par un fil dtun métal suffisamment rigide et d'un diamètre suffisan7Uqure l'ensemble de 1'antenne soit autoporteur, après mise en forme par une techni- que de pliage à froid ou à chaud. L'ensemble peut également comporter du fil non rigide et être soutenu par une structure verticale telle qu'une tige en matériau non conducteur, une résine armée de fibres de verre par exemple. Le fonctionnement est le même que pour l'antenne de la figue re 1, mais cette réalisation permet de dégager le cadre 1 des infrastructures dans les cas où ltencombrement vertical ,I'est pae limité. En outre, si lion utilise pour le segment de ligne 2 une ligne bifilaire sans blindage, cette antenne peut jonction ner en antenne combinée pour la réception des ondes à amplitude modulée et à fréquence modulée (AM-FM). En effet, les ondes à amplitude modulée étant émises en polarisation verticale du champ électrique rayonné, le segment de ligne 2 surmonté du cadre fonctionne comme un dipôle replié pour ces ondes.La présen- ce du cadre 1 ne perturbe pas beaucoup le fonctionnement, en raison de la capacité répartie qu'il présente, pour ces ondes de plus grande longueur. La forme du dipôle replié améliore la réception des ondes à amplitude modulée par rapport à un simple fouet vertical, et du fait que l'antenne est reliée à la terre par l'un des conducteurs du segment de ligne 2, elle est protégée automatiquement contre les décharges atmosphériques et les bruits de précipitation. Cette réalisation est particulièrement avantageuse sur des véhicules qui peuvent changer d'orientation sans perturber la réception en amplitude modulée, comme en fréquence modulée.Elle est également utilisable en station fixe, pour la réception des deux genres de modulation à partir d'émetteurs situés dans des directions différentesJ Une autre réalisation d'antenne suivant l'invention est constituée, en référence à la figure 6 par la superposition de plue sieurs cadres 31, 32, écartés d'ure distance verticale multiple d'une demi-longueur d'onde.Dans une réalisation préférée pour la gamme de radiodiffusion à fréquence modulée de 88 à 100 MHz, les deux cadres 31-, 32 comportent chacun une spire unique den- viron 24 cm de diamètre et sont reliés par une ligne bifilaire 33 d'impédance caractéristique quelconque d'environ 1,50 m de longueur, la ligne bifilaire inferieure 34, d'impédance caract4- ristique de l'ordre de 25 ohms, ayant une longueur électrique équivalente de 0t75 m environ0 Une telle antenne, avantageuse pour les stations fixes, est évidemment plus encombrante en hauteur que les réalisations précédentes.Elle présente les memes avantages que 11 antenne de la figure 5, avec en outre un gain concentrant 1 ' énergie dans les angles de site voisins de l'horizontale. Sa hauteur augmentée améliore la réception des ondes à amplitude modulée. L'encombrement latéral et la prise au vent sont plus faibles qu'avec les antennes courantes comparables. Suivant une variante possible de chacune des réalisations précédentes, chacun des cadres peut être muni intérieurement d'au moins un noyau 35, d'axe parallèle à l'axe du cadre, en ferrite ou autre matière à perméabilité magnétique supérieure à celle de l'air et présentant des pertes acceptables aux fréquences de fonctionnement. I1 est clair que d'autres modifications ou associations, dé pendant d'applications différentes envisagées, sont possibles sans sortir du champ de l'invention. R E V.E N D 1 O A T 1 0 N S 1. Antenne de réception ou d'émission en ondes très courtes formée d'au moins un cadre composé de spires dont l'axe commun est vertical pour une polarisation horizontale du champ électrique de l'onde rayonnée, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison, au moins un cadre constitué par un conducteur électrique formant au moins une spire dont la longueur développée reste inférieure sensiblement au quart de la longueur d'onde précitée, et un segment de ligne de transmission, à basse impédance caractéristique, dont la longueur électrique équivalente est sensiblement égale ou inférieure à un nombre impair de quarts de la longueur d'onde précitée et qui connecte, par au moins deux conducteurs, les extrémités du cadre aux bornes d'entrée du récepteur, ou de sortie de l'émetteur, pour adapter au moins approximativement ltimpédance propre de l'antenne à l'impédance du récepteur, ou de l'émetteur. t. Antenne suivant la revendication 1, caractérisée en ce qutelle comprend,en outre, au moins un élément résistif connecté en série ou en parallèle avec le cadre précité et le segment de ligne de transmission précité, pour élargir l'adaptation appro wiffiative de l'antenne au récepteur ou à l'émetteur sur une gamme d'ondes relativement grande désirée. 3. Antenne suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le cadre précité comporte un nombre de spires compris entre 1 et 10, le diamètre de ces spires étant compris entre 1/12 et 1/250 environ de la longueur d'onde, et la hauteur de l'enroulement étant comprise entre 1/1000 et 1/10 environ de la longueur d'onde, e eten ce que le segment de ligne de transmission précité a une impédance caractéristique comprise entre environ 1/10 d'ohms et 100 ohms. 4. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que ltélément résistif précité est constitué par la résistance répartie de l'enroulement, dont la matière et le diamètre du fil sont choisis de façon prédéterminée en fonction des caractéristiques désirées pour la bande de fréquence de fonctionnement. 5. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l'élément résistif précité est constitué par une jonction de composant à semi-conducteurs, permettant le réglage de la bande de fréquence de fonctionnement. 6. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le segment de ligne de transmission précitée s'étend longitudinalement suivant l'axe de l'enroulement du cadre. 7. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6; caractérisée en ce que le cadre comporte à l'intérieur au moins un noyau de ferrite ou autre matière à perméabilité magnétique supérieure à celle de l'air. 8. Antenne caractérisée en ce qu'elle est constituée par l'asso- ciation de plusieurs antennes suivant -l'une quelconque des revendications 1 à 7, les cenres-de deux cadres voisins étant distants d'environ une demielongueur d'onde. 9. Poste récepteur, ou émetteur, d'ondes radioélectriques, caractérisé en ce qu'il est équipé d'une antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, ladite antenne étant disposée soit à l'intérieur du poste, soit à l'extérieur de celui-ci.