Brevet FR2312864A1 — publié le 19761224

La présent. invention concerne une antenne, ou aérien, radioélectrique composite, en général du type autoporteur, spécialement appropriée pour l'émission d'ondes électromagnétiques, qui présente, par rapport aux antennes connues de ce genre, des propriétés mécaniques et radioélectriques considérablement amé- loirées. Les premières antennes autoportantes confies destiné on i des véhicules ont été réalisées en métal, en général sous forme de tubes ventuellesent télescopiques. Pour éviter la corrosion ou améliorer leurs qualités aérodamsmiques, par exemple pour les antennes dites "sabre" des avions, on a proposé de les protéger par un capot isolant dit parfois "radome" Pour des antennes de véhicules, nécessairement Xgèress, la résistance mécanique est ainsi celle de leur capot ou celle de leur métal mince; elle est donc en général médiocre.De plus, en raison de l'effet pelliculaire; et des pertes dans le diOlec- trique du capot, le rendement électrique de telles antennes n'est pas très satisfaisant. On a proposé ensuite des antennes dont la partie active est métallique tandis que la résistance mécanique est assurée par un enrobage du métal par de la matière plastique armée de fibres de verre en général orientées longitudinalement par rapport à ce métal. Si la résistance mécanique de telles antennes est satisfaisante, leur fonctionnement électrique à l'émission est aédio- cre principalement en raison des pertes qui se produisent par dispersion d'énergie dans le diélectrique constitué par les fibres de verre et la résine. En conséquence, la vitesse de propagation des ondes dans l'antenne est diminuée et la puissance admissible limitée par l'échauffement. Enfin, pour les antennes de forme complexe, 1 'in- clusion de conducteurs métalliques dans le produit composite de fibres de verre et de résine présente parfois de grandes difficultés. L'invention remédie à ces inconvénients. Une antepne radioélectrique selon l'invention comprend au moins un groupe de fibres de carbone de diamètre inférieur & 10 P essentiellement parallèles et agglomérées par une résine synthétique et un élément conducteur métallique en contact avec cet agglomérat, qui est étendu dans la direction générale des fibres sur une partie au moins de leur longueur de nmière à être capacitivement relié auxdites fibres. Dans une telle réalisation, chacune des fibres de carbone est un conducteur recevant, dans le cas d'une antenne d'émission, le courant à fréquence élevée de l'élément conducteur métallique relié & l'émetteur. Or, la résistance ohaique des fibres de carbone est relativement élevée mais leur impédance est cependant très faible du fait que la section de chacune étant très produite, l'effet pelliculaire disparaît presque complètement.Comme les fibres sont très nombreuses et très rapprochées (tout en étant séparées par de très fines couches de résine diélectrique), toute la section de l'antenne peut être considérée comme effectivement conductrice, de sorte que, non seulement les pertes dans le diéleotrique sont pratiquement évitées, mais l'antenne peut être considérée comme un conducteur parfait dans lequel la propagation des ondes se produit sensiblement i la vitesse de la lu sire. Comme les fibres de carbone sont en outre mécaniquement r*- sistantes avec un module d'élasticité supérieur à celui du verre, les structures composites d'antennes sont mécaniquement très rO- sistantes et peuvent être autoportantes.Enfin, l'enrobage de résine des fibres peut dispenser de revêtement protecteur extérieur. De préférence, l'étendue de l'élément métallique n'est qu'une fraction qui peut être inférieure à un demi de la longueur des fibres. Le groupe des fibres de carbone peut constituer un faisceau parallèle à l'élément conducteur; celui-ci peut être intérieur au faisceau et être filaire; il peut aussi être extérieur, par exem- ple,sous forme d'un revêtement métallique obtenu par métallisation. Les fibres peuvent aussi être réparties en nappes,éventuellement croisées ou tissées, enveloppant un conducteur plat massif ou tressé ou des boucles de fils raccordées, par leurs deux exode trématés, à un conducteur de courant. Enfin, certaines fibres peuvent avoir une fonction 9 prédominance mécanique et constituer par exemple des enroulements cir conférentiels. Les dessins annexés montrent des exemples de mise en oeuvre de l'invention. - la figure 1 est l'élévation d'une antenne-fouet selon l'invention - les figures 2 et 3 sont des vues en perspective de portions d'une antenne telle que montrée par la figure 1 - la figure 4 montre en perspective un exemple de réalisation d'antenne tubulaire - la figure 5 est une élévation d'une antenne "sabre" selon l'invention - la figure 6 est une coupe suivant VI-VI de la figure 5 - les figures 7 et 8 sont des élévations d'antennes dites ZvolumeS - la figure 9 est une élévation d'une antenne à gain. L'antenne fouet 1 montrée sur la figure 1 est essentiellement constituée par des fibres de carbone très fines et paral lèles dont le diamètre est, de préférence, de 3 & qui sont enrobées par une résine polymérisable par exemple du type "épo- xy* ou polyester. Cette antenne est excitée par voie capacitive au moyen d'un élément métallique 2 dont la longueur 1 est une fraction de la longueur L de l'antenne. L'élément 2 peut être, comme montré en 2a sur la figure 2, une tige ou un fil métallique relié à un émetteur ou un ré ces teur radioélectrique; ce peut être aussi une métallisation Zb de la surface externe de la base de l'antenne gu'une bague 3 permet de relier électriquement à cet émetteur ou récepteur. De préférence, s1il s'agit d'une antenne d'émission fonctisonnant en régime d'ondes stationnaires, la base de l'antenne correspond à un ventre d'intensité et à un noeud de tension tandis que 1'extrémité libre correspond à un ventre de tension, ce qui concorde avec la forme effilée d'une antenne-fouet. Si l'antenne 1 est du type quart d'onde, sa longueur pourra correspondre exactement, en raison de ses propriétés radioélectriques très favorables, au quart de la longueur d'onde rayonnée # tandis que, par exemple pour une fréquence de 100 MEz, la 4 longueur optimale d'une antenne renforcée par des fibres de verre n'est que de 0,88 X . En effet, quoique la résistance ohmique des fibres de carbone soit relativement élevée (environ 500 x 10 #/cm) l'ex treAle finesse des fibres de carbone supprime dans celle-ci tout effet pelliculaire et répartit uniformément, avec l'impédance minimale, le nuage électronique dans la totalité de l'antenne. On constate ainsi, par exemple, que la portée d'émission d'une antenne selon l'invention recevant 2 watts est égale i celle d'une antenne dite en fibres de verre de caractéristique analogue recevant 6 watts. D'une manière générale, l'énergie rayonnée par une antenne selon l'invention est, pour la même adaptation aux caractéristiques de l'émetteur, environ quatre fois plus grande pour une antenne selon l'invention que pour une antenne en cuivre protégée et renforcée par de la fibre de verre. Dans la réalisation montrée par la figure 4, l'antenne tubulaire 4 est formée de nappes de fibres de carbone 5 éventuellement croisées ou tissées qui sont enrobées de résine poléri- sable et conformées en tube par enroulement sur un mandrin lisse, puis cuisson sur ce mandrin. Les fibres de carbone de ces nappes sont capacitivement excitées par des boucles 6 de conducteur électrique alimentées en phase par la bague 7 laquelle leurs extrémités sont soudées comme indiqué en 8. Les boucles 6 peuvent être collées à l'intérieur ou à l'extérieur du tube-antenne 4 ou incorporées dans l'épaisseur de celui-ci. Le conducteur 6 peut être un fil, un ruban ou, de préférence, une tresse. Dans la réalisa-tion d'antenne "sabre" montrée par les figures 5 et 6 applicable notamment aux aérodynes pour la navigation en système ORIN, une lame 9 (ou une tresse plate) est enrobée dans une masse de fibres de carbone agglomérées par de la résine et conformée en *sabre" 10 de profil aérodynamique. Les fibres de carbone sont sensiblement parallèles à la longueur de la lame, laquelle pourrait s'étendre comme indiqué en 9a sur une longueur plus grande de L'antennes Une telle antennesabre résiste aux intempéries et ne nécessite pas de radome. Les antennes "volume" montrées par les figures 7 et 8 sont constituées par des cônes creux 71 formés de nappes du de tissus en fibres de carbone imprégnées de résine. Chaque monopole constitué par un cône est excité par de courts éléments conducteurs 12 alimentés en parallèle et orientés suivant les génératrices du cône. Le monopole montré sur la figure 7 convient pour des liaisons sol-air et le dipole de la figure 8 pour des liaisons sol-sol. L'antenne à gain montrée par la figure 9 est constituée par un faisceau effilé 13 de fibres de carbone agglomérées, faisceau dans lequel sont noyés des tronçons de conducteur métallique 14. De manière connue, les tronçons peuvent avoir une longueur égale au quart de la longueur d'onde à rayonner et être sépa rés par une distance égale à leur longueur. Dans les réalisations connues de telles antennes, les tronçons sont reliés entre eux par une ligne coaxiale. Une telle ligne est inutile dans la réalisation d'antenne selon l'invention. Pour la confection de l'antenne illustrée par la figure 9, les tronçons conducteurs 14 sont assemblés par des tronçons isolants 15 en substance compatible avec la résine d'aggloméra- tion des fibres de carbone. Si les tronçons 14 sont des tiges pleines, les tronçons 15 sont tubulaires et si les tronçons 14 eux-mêmes sont des tubes, les tronçons isolants 15 peuvent être des tiges engagées dans les extrémités de ces tubes. L'ensemble 14-15 est ensuite engagé dans l'axe d'une mèche de fibres de carbone imprégnées qui est tirée à l'intérieur d'un tube métallique lisse, constituant le moule de cuisson de la résine. En raison de leur conductivité très élevée et très uniforme, les antennes ou aériens ainsi réalisés sont électriquement très stables même pour les formes d'antenne qui usuellement manquent de stabilité mis l'émission. De plus, la surtension de ces antennes est considérablement dimizéa. L'invention s'applique aux aériens d'émission ou de réception, spécialement à ceux qui sont destinés 9 l'équipement des véhicules. RVEXDICÂTIONS 1.- Antenne radioélectrique composite comprenant un élément conducteur métallique et des fibres agglomérées par une résine, caractérisée par le fait qu'un groupe au moins de fibres de carbone de diamètre inférieur à 10 , essentiellement parallèles et agglomérées par la résine, est en contact, dans le sens de son extension, avec ledit élément conducteur de manière à assurer une liaison électrique capacitive entre ces fibres et cet élément. 2.- Antenne selon la revendication 1, dans laquelle l'étendue de l'élément métallique n'est qu'une fraction de la longueur des fibres. 3.- Antenne selon la revendication 2, dans laquelle la fraction est inférieure à un demi. 4.- Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le groupe de fibres forme un faisceau parallèle i l'élément conducteur. 5.- Antenne selon la revendication 4, dans laquelle 1'* ment conducteur est filaire. 6.- Antenne selon la revendication 4, dans laquelle l'él*- ment conducteur est plat. 7.- Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le groupe de fibres forme au moins une nappe 8.- Antenne selon la revendication 1, dans laquelle les fibres de la nappe sont tissées. 9.- Antenne selon l'une des revendications 1 t 8, dans laquelle les fibres agglomArFess forment un tube dont une extrémité est en contact avec une couronne d'éléments conducteurs en parallèle et étendus suivant les génératrices de ce tube. 10.- Antenne selon l'une des revendications 1 i 9, qui comprend au moins un monopole conique et creux formé de nappes de fibres de carbone agglomérées et dont le sommet comprend une pluralité d'éléments conducteurs en parallèle orientés suivant les génératrices du cône. 11.- Antenne selon l'une des revendications 1 i 10, qui comprend , dans un faisceau rigide de fibres de carbone agglomérées, une succession de tronçons égaux de conducteurs métalliques séparés par des intervalles égaux & leur longueur. 12.- Application d'une antenne selon l'une des revendica tions 1 å 11 Il & 'équipement radioélectrique de véhicules ter- restres, maritimes ou aériens.