Brevet FR2263614A1 — publié le 19751003

L'invention, due à Walter THURL, Rudolf FRIEDL, Hans SELMAYR, Heinrich GRUBER et Hans NARGREITER, concerne une antenne logarithmique-périodique, notamment une antenne de télévision, comportant des éléments de dipôles raccordés à une ligne double, pour au moins deux gammes de fréquences espacées l'une de l'autre. Les antennes de télévision destinées à recevoir des émissions dans les gammes 174 - 230 MHz (bande III de télévision) et 470 862 MHz (bandes IV et V), ne sont généralement dimensionnées que pour une seule de ces deux gammes. Les antennes, réalisées par exemple sous forme d'antenne Yagi ou logarithmiques-périodiques, sont munies en principe de leurs propres dispositifs de fixation et éventuellement de leurs propres amplificateurs. L'assemblage de telles antennes de télévision en une antenne convenant aux deux gammes de fréquences fournit des ensembles de construction instable et de dimensions extérieures relativement grandes. De pareilles antennes ne conviennent notamment pas dans les installations mobiles où l'antenne doit être fréquemment montée et démontée à chaque changement d'emplacement de réception.Les conditions atmosphériques, notamment le givrage, agissent sur les propriétés électriques, notamment des antennes logarithmiques-périodiques, car le bon fonctionnement de telles antennes dépend de la constance de la vitesse de phase de la ligne double. On connaît des antennes à dipôles destinées à deux bandes différentes de fréquences. Le modèle d'utilité allemand n" 1 892 273 décrit une antenne logarithmique-périodique dépourvue des dipôles accordés sur la gamme de fréquences inutile, située entre les deux bandes reçues, ce qui raccourcit l'antenne. Cependant, la longueur d'une antenne logarithmique-périodique pour les gammes de fréquences de télévision précitées est dans tous les cas considérable. On sait encore (demande de brevet allemand publiée avant examen sous le nO 2 146 182) loger dans un boîtier isolant commun plusieurs dipôles de faibles dimensions intégrés à des amplificateurs, pour constituer des antennes actives. Les dipEks sont formés selon la technique des circuits imprimés sur un support isolant. Des supports, ou des matériaux isolants revêtus d'un placage conducteur, de la grandeur nécessaire, sont cependant relativement coûteux, notamment lorsqu'ils doivent présenter une constante diélectrique uniforme; L'invention a donc pour but de réaliser une antenne bon marché, susceptible d'être fabriquée en grandes séries, et d'une bonne stabilité mécanique pour au moins deux gammes de fréquences différentes. Cette antenne doit en particulier convenir à la réception d'une bande V H F et des bandes U H F. Pour résoudre ce problème, conformément à l'invention, à partir de l'antenne logarithmique-périodique du genre décrit au préambule, les éléments de dipôles de la gamme de fréquences supérieure sont disposés à l'intérieur d'un boîtier de matériau isolant et ceux de la gamme de fréquences inferieure sont fixés, extérieurement, sur le boitier. Le boîtier, d'une part, protège complètement la ligne double, sujette à des fluctuations de vitesse de phase dues aux conditions atmosphériques, de l'antenne logarithmique-périodique, et d'autre part, permet une fixation stable des éléments de dipôles de la gamme de fréquences inférieure. Les dipôles de la gamme inférieure peuvent dans ce cas reposer sur une large surface du boîtier. Un mode de réalisation particulièrement avantageux prévoit que les conducteurs de la ligne double et les élements de dipôles de la gamme de fréquences supérieure, qui leur sont raccordés, sont constitués chacun d'une seule pièce de tôle découpée par estampage, et que le boîtier comporte des nervures intérieures opposées qui font saillie jusqu'aux éléments de dipôles. Ce mode de réalisation permet pratiquement d'éviter de prévoir des diélectriques aussi bien entre les éléments de dip6- les qu'entre les conducteurs de la ligne double. Dans ces conditions, d'une part, on obtient une plus grande régularité de la vitesse de phase sur la ligne double et d'autre part les pièces de tôle estampées se prêtent avantageusement à une production en grande série. Ces pièces peuvent être réalisées en tôle mince, car les éléments de dipôles sont soutenus par les nervures du boîtier. I1 s'est révélé avantageuK que les nervures s'appliquent contre les extrémités, opposées à la ligne double, des éléments de dipôles. Pour améliorer leur rigidité, les éléments de dipôles de la gamme de fréquences supérieure peuvent présenter des rainures longitudinales. Les éléments de dipôles de la gamme de fréquences inférieure sont réalisés de préférence sous for-me de radiateurs agissant par leurs surfaces. Aux propriétés électriques avantageuses de tels radiateurs s'ajoutent des avantages mécaniques lorsque les radiateurs agissant par leur surface présentent la forme d'un U et que leurs extrémités libres sont vissées à des pièces entretoises de métal qui dépassent des conducteurs de la ligne double. Ces entretoises sont respectivement reliées électriquement à chacun des conducteurs de la ligne double et sont accessibles de l'extérieur à travers des ouvertures du boîtier. Les extrémités libres des radiateurs agissant par leur surface peuvent alors être vissées sur les extrémités des entretoises.L'avantage réside d'une part, dans la sûreté et la résistance à la corrosion des contacts électriques et d'autre part, dans la facilité de montage et de démontage des radiateurs agissant suivant leur surface, par exemple lorsque l'antenne logarithmique-périodique est utilisée dans une installation mobile. Un autre mode de réalisation particulièrement avantageux est caractérisé en ce qu'entre les deux conducteurs de la ligne double sont prévues des pièces entretoises isolantes, que ces pièces entretoises isolantes présentent des appendices qui traversent des ouvertures ménagées dans les conducteurs et en font saillie, et que lue boîtier comporte des trous dans lesquels stemboitent exactement ces appendices. Ce mode de réalisation,d'une part, assure que, même dans le cas de manipulations brutales, l'espacement des conducteurs de la ligne double demeure constant et, d'autre part, permet de fixer la ligne double dans le boîtier d'une manière simple, et cependant stable. D'une manière avantageuse, le boîtier se compose de deux coquilles de matière synthétique, à peu près en forme de poire aplatie. Pour fixer le boitier à un mât ou à un support analogue, on peut prévoir des organes de fixation au mat, par exemple des colliers ou des organes analogues t en un emplacement situé en arrière (par rapport à la direction de rayonnement) de l'antenne logarithmique-périodique, du boîtier. Un avantage particulier de l'antenne logarithmiquepériodique décrite ci-dessus est que tous les éléments de dipiles sont raccordés à une ligne double commune et peuvent donc être raccordés à un câble de descente commun. On peut ainsi utiliser, d'une manière avantageuse, des amplificateurs d'antennes soit à large bande, soit accordés sélectivement sur plusieurs bandes de fréquences. Un tel amplificateur peut avantageusement être monté sur l'un des conducteurs de la ligne double. L'invention est expliquée plus en détail ci-après dans l'un de ses modes de réalisation considéré à titre illustratif mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: -la figure 1 est une vue en perspective d'une antenne logarithmique périodique réalisée conformément à l'invention, -la figure 2 représente l'antenne de la figure 1,dont le boîtier a été partiellement arraché; -la figure 3 est une vue latérale éclatée en coupe partelle, du boîtier et des éléments de l'antenne correspondant à la gamme supérieure de fréquences; -la figure 4 est une vue en plan, de dessus, du boîtier dont la coquille supérieure a été enlevée; et -la figure 5 est une coupe suivant la ligne I-I de la figure 3. La figure 1 représente un mode de réalisation d'une antenne logarithmique-périodique, conforme à l'invention,1, qui est destinée à la réception de deux gammes de fréquences espacées l'une de l'autre, à savoir la bande F III (174 - 230 MHz) d'une part, et les bandes F IV (470 - 606MHz) et F V ( 606 - 862 MHz) d'autre part. L'antenne 1 se compose d'un boîtier 15 de protecticncontre les intempéries, formé de deux demi-coquilles 2,3 de matériau isolant, en forme générale de fer de lance à extrémité arrondie, assemblées avec interposition d'un profilé d'étanchéité en matière synthétique 4. Sur les demi-coquilles inférieure 2 et supérieure 3 sont prévus des supports 5, destinés à guider les éléments de dipôles, constitués par deux étriers 6,7 en forme de U, destinés à la réception de la bande F III. Ces étriers 6,7 sont fixés à l'aide de quatre vis à tête moletée 8 et sont reliés électriquement aux conducteurs 23, 24, situés à l'intérieur du boitier 15, de la ligne symétrique double d'une antenne logarithmique-périodique 20 destinée aux bandés F IV et F V. Les deux demi-coquilles 2,3 sont maintenues assemblées d'une part, par un élément 9, fixé au boîtier par des vis 10, d'un collier de fixation à un mât-support, d'autre part, à l'aide dun certain nombre d'emplacements de collage. Le colliger de fixation comporte un autre élément il fixé au premier 9 par des boulons 12 a' écrous à oreilles 13 et peut ainsi s'adapter au diamètre dtun mat tubulaire 14. La figure 2 représente en perspective l'antenne de la figure 1, dont on a découpé une partie de la demi-coquille supérieure 3 du boîtier 15. L'antenne 20, du genre logarithmiquepériodique, prévue pour la gamme de fréquences supérieure, et disposée à l'intérieur du boîtier 15, comporte deux groupes de demi-dipôles constitués par des pièces de tôle découpées par estampage, dont les éléments de dipôles 21, 22, d'une manière connues se présentent chacun sous la forme d'un peigne et sont décalés l'un par rapport à l'autre d'un demi-espace interdentaire. Chacun des deux groupes de demi-dipôles est constitué par une seule pièce de tôle, c'est-à-dire que chaque conducteur 23 ou 24 de la ligne double et les éléments de dipôles 22 ou 21 qui leur sont respectivement raccordés, forment une seule piece découpée par estampage dans une tôle. Ces deux pièces sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire de douilles-entretoises 31 en matière isolante. Sur le conducteur supérieur 23 de la ligne double peut titre fixé, par exemple à peu près en son milieu, un amplificateur 25 qui est relié, d'une part, par une ligne coaxiale 26 aux extrémités 27 des conducteurs 23,24 et dont la sortie 28, d'autre part, est reliée par un cable coaxial 29 à une prise coaxiale 47 (représentée sur la figure 3 mais non visible sur la figure 2) le long de la demi-coquille inférieure 2.Du fait que les deux groupes de demi-dipôles ne présentent pas en soi une rigidité suffisante pour servir-d'éléments de construction porteurs, ils sont soutenus par le boîtier 15. Les extrémités 30, opposées à la ligne double, des éléments de dipâles 21,22 sont tenues entre des nervures 33 des demi-coquilles 2,3 et sont préservées ainsi de toute flexion. D'autre part, les douilles-entretoises 31 s'engagent sur des tétons formés sur les demi-coquilles 2,3 ce qui empêche tout déplacement axial de l'antenne 20 prévoepour la gamme de fréquences supérieure. Le boitier 15 est également muni de nervures 32, dirigées vers l'élément de collier 9, qui lui.assurent une bonne rigidité. On va exposer maintenant, en se référant à la vue éclatée, en élévation latérale, de la figure 3, l'assemblage de 1,ensemble de l'antenne 20 destinée à la gamme de fréquences supérieure et du boîtier 15. Lors de cet assemblage, le profilé d'étanchéité 4 est inséré entre les demi-coquilles 2 et 3, à l'intérieur d'une rainure 41, pour assurer ltétanchéité du boi- tier 15 et empêcher toute pénétration d'eau. Les douillesentretoises isolantes 31 et des rondelles 42 maintiennent les deux conducteurs 23, 24 de la ligne double et s'adaptent à la diminution d'espacement des deux demi-coquilles 2,3 au fur et à mesure qu'on se rapproche de leur extrémité 27.Les douillesentretoises isolantes-31 sont munies d'appendices 43 qui,ainsi qu'on l'a indiqué par des lignes médianes en trait mixte, sten- gagent dans des trous 44 et maintiennent ainsi en place l'antenne 20 à l'intérieur du boîtier 15. De l'amplificateur 25 part le câble coaxial 29 qui va à la prise coaxiale 47 montée sur une patte de tôle 45. Pour la fixation de cette patte de tôle 45, la demi-coquille inférieure 2 est munie de becs en matière synthétique 46 qui,lors de l'assemblage traversent des ouvertures de la patte de tôle 45 et sont ensuite fondus. Ainsi fixée , la prise coaxiale 47 sort par un trou 48 de la demi-coquille inférieure 2, et un câble de descente peut ainsi être raccordé à l'ensemble de l'antenne 1 au moyen de cette prise 47. Les nervures 33 opposées des demi-coquilies 2,3 sont suffisamment rapprochées l'une de l'autre pour maintenir sans jeu les extrémités 30 des éléments de dipôles 21,22 et les empêcher de fléchir sous l'action de chocs ou d'autres actions mécaniques extérieures. Evidemment, les nervures 33, conjointement avec les nervures 32, améliorent considérablement la stabilité mécanique de l'ensemble de l'antenne. A l'autre extrémité de chacun des conducteurs 23,24 de la ligne double est fixée une douille-entretoise de métal 49, reliée électriquement au conducteur correspondant. Ces douillesentretoises 49 présentent des trous filetés dans lesquels sont engagées les vis à tête moletée 8 destinées à la fixation des étriers 6,7 en forme de U de l'antenne 1. Les deux demi-coquilles 2,3 sont à cet effet munies d'ouvertures 50 de diamètres un peu supérieurs à celui du filetage des vis à tête moletée 8. Une fois l'antenne 20 mise en place, les deux demicoquilles 2,3 sont fixées l'une à l'autre par collage. Pour cela, on introduit des chevilles de matière synthétique 52,enduite de colle, dans les trous 51 de dimensions correspondantes, et on maintient serrées l'une contre l'autre les deux demicoquilles 2,3 jusqu'à ce que la colle sèche. La figure 4 montre, vu en plan de dessus, le boîtier 15 débarrassé de la demi-coquille supérieure 3. On distingue la structure de l'antenne 20 qui est dimensionnée selon les règles usuelles de construction d'antennes logarithmiques-périodiques. L'espacement 6lentreles étriers 6,7 en forme de U de l'antenne destinée à la gamme de fréquences inférieure et l'antenne 20 destinée à la gamme de fréquences supérieure ne satisfait plus, cependant, aux règles de dimensionnement des antennes logarithmiques -périodiques. Alors que la longueur des étriers 6,7 (figure 1) est dimensionnéé pour la fréquence moyenne de la gamme de fréquences inférieure, l'espacement 61 est considérablement plus petit, ce qui permet de construire l'antenne sous une forme particulièrement courte.On peut voir aussi sur la figure 4 que les demi-dipôles en forme de barres 62 sont munis de rainures longitudinales 63 destinées à accroître leur rigidité. Pour le raccordement du câble coaxial 26 à la ligne double, l'extrémité 27 du conducteur 24 est repliée (voir aussi figure 3). Le conducteur extérieur du câble coaxial 26 est raccordé au conducteur 23 de la ligne double, et son conducteur intérieur à l'extrémité repliée 27 du conducteur 24. La figure 5 montre, en coupe suivant la ligne I-I de la figure 3, les raccordements électriques des étriers 6,7 aux conducteurs 23,24 de la ligne double. Les conducteurs 23,24 sont reliés électriquement aux douilles-entretoises métalliques 49 et ceci de telle manière que chacun des étriers 6 ou 7 soit en contact avec un conducteur 23 ou 24. Cette connexion est assurée par les vis a' tête moletée 8 qui s'engagent dans les trous filetés de douilles-entretoises métalliques 49. L'antenne logarithmique-périodique 1 peut être équipée ou non d'un amplificateur. Dans un mode de réalisation destiné aux bandes de télévision F III et F IV/V on a obtenu les caractéristiques électriques suivantes: Bande Gain sans Gain avec amplificateur amplificateur F III O d B 21 - 24 d B F IV/V 7 - 6,5 d B 27 - 22 d B Pour obtenir un gain aussi régulier que possible, on peut augmenter le gain de l'amplificateur dans la bande F III. Mais dans la plupart des cas,de tels amplificateurs présentent de toutes manières une chute de gain aux fréquences élevées, ce qui fournit du fait du gain supérieur de l'antenne logarithmique-périodique composée de plusieurs dipôles, une allure avantageuse, ctest-à-dire à peu près régulière, du gain. On n'a pas représenté en détail un troisième mode de réalisation qui comporte une troisième antenne, par exemple munie d'autres éléments d'antenne, avec laquelle on peut recevoir la bande F I ( 47 - 68 MHz) ou la bande UHF. Cette troisième antenne est également dimensionnée en antenne logarithmiquepériodique en ce qui concerne la longueur et le nombre des demidipôles et est placée le plus près possible des autres antennes afin de ne pas augmenter la longueur de l'ensemble d'antennes. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contsaire,toutes les variantes. -REVENDICATICNS- 1.- Antenne logarithmique-périodique, notamment une antenne de télévision, comportant des éléments de dipôles raccordés à une ligne double, pour au moins deux gammes de fréquences espacées l'une de l'autre,laquelle antenne est caractérisée en ce que les éléments de dipôles (21,22)de la gamme de fréquences supérieure sont disposés à l'intérieur d'un boîtier(15) de matériau isolant et ceux (6,7) de la ou des gammes de fréquences inférieures sont fixés, extérieurement, sur le boîtier (15). 2.- Antenne selon 1à revendication 1, caractérisée en ce que les conducteurs (23,24) de la ligne double et les éléments de dipôles(21,22) de la gamme de fréquences supérieure, qui leur sont raccordés sont constitués chacun d'une seule pièce de tôle découpée par estampage, et que le boîtier (15) comporte des nervures intérieures opposées (33) qui font saillie jusqu'aux éléments de dipôles (21,22), 3.- Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que les nervures (33) s'appliquent contre les extrémités (30),opposées à la ligne double, des éléments de dipôles (21,22). 4.- Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments de dipôles (21,22) de la gamme de fréquences supérieure présentent des rainures longitudinales (63). 5.- Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments de dipôles (6,7) de la gamme de fréquences inférieure sont réalisés sous forme de radiateurs agissant par leur surface, Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que les radiateurs agissant par leur surface présentent la forme d'un U et que leurs extrémités libres sont vissées à des pièces entretoises de métal (49) qui dépassent des conducteurs (23,24) de la ligne double. 7.- Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractériséeen ce qut entre les deux conducteurs (23, 24) de la ligne doublé sont prévues des pièces entretoises isolantes (31),que ces pièces entretoises isolantes (31) présentent des appendices (43) qui traversent des ouvertures ménagées dans les conducteurs (23,24) et en font saillie, et que le boîtier (15) comporte des trous (44) dans lesquels s'emboîtent exactement ces appendices (43). 8.- Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le boîtier (15) se compose de deux coquilles de matière synthétique (2,3), à peu près en forme de poire aplatie. 9.- Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que sur les coquilles de matière synthétique (2,3) sont formés des trous (51) disposés en face l'un de l'autres qui sont fixés l'un à l'autre au moyen de chevilles (52) enduites de colle. 10.- Antenne munie d'un amplificateur d'antenne, caractérisé en ce que l'amplificateur d'antenne (25) est monté sur l'un des conducteurs de la ligne double.