Brevet FR2472281A1 — publié le 19810626

I La présente invention concerne une antenne de forme ramasse, simple et performante, dont le domaine d'application est étendu au spectre des fréquences HF A UDF utilisées en télécommunications. Une hauteur importante d'antenne est un inconvénient majeur qui limite l'utilisation dans bon nombre d'applications. Les utilisateurs recherchent pour des raisons de discrétion, de robustesse (prise au vent), de cott d'installation et de commodité des maintenances, des antennes à hauteur limitée dont les caractéristiques de transmission restent comparables & celles des antennes de hauteur supérieure ou égale au quart de la longueur d'onde de travail)o. Certaines réalisations effectuées en ce sens utilisent une charge d'extremité capacitive formée par une surface métallique qui, en modifiant la distribution des courants radioélectriques, permet de réduire la hauteur des antennes. Ce procédé restreint le champs d'application car la surface métallique de dimensions non négligeables, rend aléatoire une réalisation en ondes décamétriques; d'autre part cette charge capacitive exclu, de par son comportement radioélectrique, la possibilité de noyer l'antenne dans un milieu diélectrique d'indices très différents de l'air. Ainsi le brevet français Né 71 46 209 fait appel & une charge dtextremité formée par un disque plan métallique circulaire ou profilé qui limite ses appli- cations et interdit le fonctionnement de l'antenne dans un milieu diélectrique de permittivité relative importante. Le but de l'invention est d'obtenir une antenne de hauteur réduite et de forme ramassée qui soit directement adaptée à la source d'alimentation radio&- lectrique et dont la technologie de construction, nécessairement filaire, lui permette de fonctionner dans des milieux diélectriques isotropes de permittivité relative égale ou supérieure à 1 (air ou diélectrique solide). Ce but a pu être atteint en imaginant de faire rayonner un conducteur filaire replié en forme d'épingle double et alimenté de façon & ce qu'il soit formé de part et d'autre du point d'alimentation radioélectrique deux tronçons de lignes de transmissions complémentaires équivalents à des éléments localisés respectivement selfique et capacitif; la résultante faisant apparaitre A la fréquence pour laquelle l'épingle double est & la résonance, une composante purement résistive de valeur proche de celle de la source d'alimentation en sorte que l'adaptation soit réalisée. Une antenne conforme à l'invention va Stre décrite en faisant appel aux schémas situés en annexe. Les figures 1, 2 et 3 représentent différentes vues d'une antenne conforme & l'invention et plongée dans un milieu diélectrique de caractéristiques E, quelconques. La figure 4 montre 1'614éent rayonnant filaire en forme d'épingle double. Les figures 5, 6 et 7 représentent les schéas équivalents. La figure 8 représente une antenne conforme & l'invention fonctionnant en ondes décam6triques. Les figures 9 et 10 représentent une réalisation d'antenne UHF conforme - l'invention et noyée dans un diélectrique de permittivité Er = 2,5. La figure 11 représente l'association de deux antennes conformes & l'invention formant un élément rayonnant du type dipole dei-onde. Sur les figures 1, 2 et 3 sont montrés les conducteurs filaires (2) et (3) de la ligne d'alimentation située & la verticale du plan de terre (1), l'extreité inférieure (8) du conducteur 3 6tant raccordée au plan de terre (1) pour établir un contact électrique tandis que l'textreité Inférieure (4) du conducteur (2) reçoit oeu collecte l'tnergie haute fréquence. L'exrité supérieure du conducteur (2) est soudée dans le logement (7) du conducteur replié (5) et l'extroeité suprieure du conducteur (3) est soudée dans le logement (6) du conducteur replié (5). Le dimensionnement des éléents de l'antenne selon les games de fonction- nement peut 8tre facilement caleulé à partir des valeurs des paramtres expriMé ci-aprs en fonction de la longueur d'onde de travail >o et basés sur un xlieu diélectrique de caraotéristiques E r = 2,5;; =V et tg = o-4 L = 0,140 A. 1 = 0,03 Ao h = 0,08 A. D= o0,007 X d = 0,003 A- l= 0,065 Ä'v Ces quantités doivent 8tre augmentées de 15 % environ lorsque l'antenne fonctionne dans l'air. METO ME G ALCUL - le schéa de la figure 6 montre que le gaénérateur de f. e.m. t voit deux admittances Y1 et Y2 équivalentes aux éléments localisés de de la figure 7. Le trençon court circuité de longueur 11 est équivalent & la self La et le tronçon ouvrert de longueur 12 est équivalent & la capacité C a. a est la résistance parallèle équivalente ramenée par la résistance de rayonnement de l'antenne. Si Yc est l'adittance caractéristique de la ligne repliée en épingle on peut écrire s Ayec c Y. ( =stt y côat en I2 = yc 12 = 'rc e17J j Avec = o 2 42472281 Et,1 = longueur électrique du tronçon de ligne 11 e 2 = longueur électrique du tronçon de ligne 12 A la résonance c'est à dire à la fréquence pour laquelle Fo = 1/2 La -a il y a annulation des termes réactifs, l'impédance vue par le générateur est purement résistive. L'adaptation optimum est réalisée par ajustement de la longueur des tronçons de ligne 11 et 12. Il se produit le phénomène de surintensité qui entrafne une augmentation de la hauteur effective de l'antenne. EXEMPLE - en prenant pour simplifier e 1 = (E 2 = 45* il vient: Y = admittance vue par le générateur = Y1 + Y2 = Yc [ - J d + Yc t 4 Y r- - Le circuit La, C est à la résonance aa = u-(36e; o& L jt L. au second ordre près T LI ou R1, 01 et L1 sont les constantes linéiques de l'épingle Y 2 1=2 YcRa / LLL c cî ou R = = résistance propre de rayonnement de l'antenne a -Ttm = Du fait de sa technologie de construction filaire, l'antenne peut fonctionner en ondes décamétriques comme montré sur la figure 8; elle est alors supportée par des isolateurs (9) fixés sur des pyl8nes auto porteurs (10). Les figures 9 et 10 représentent les différentes vues d'une réalisation effectuée en UHF. L'immense intérêt du procédé est de permettre le noyage des élém- ents dans la masse d'un diélectrique qui protège l'antenne contre les agressions du milieu extérieur (eau, chocs, neige...) et apporte un facteur de réduction supplémentaire des dimensions géométriques. 0E obtient alors une antenne de forme très ramassée, d'une grande robustesse et pouvant tre immergée sous plusieurs centaines de mètres d'eau sans qu'il y ait détérioration(applications civils et mi- litaires, véhicules tous terrains, chars, sous marin...). Les éléments d'antenne 2,3 et 5 sont noyés dans la masse d'un diélectrique 16 qui les maintient en place et les protège. L'alimentation 4 de l'antenne est raccordée au connecteur coaxial 11 fixé sur la contreplaque en acier inoxydable 17 servant de support aux vis de fixation 14. La coupelle 13 attenante aux vis de fixation 14 renforce la cohésion mécanique de l'ensemble. Le connecteur coaxial 11 est bloqué sur la contreplaque 17 à l'aide des écrous 12. Le joint néoprène 15 assure l'étanchéité au niveau de la fixation. La figure 11 représente un groupement de deux antennes conformes à l'inven- tion décrite et associée de façon A former un élément rayonnant du type dipole demi-onde. 4 - 2472281 Les caractéristiques radioélectriques mesurées d'une antenne conforme à l'invention sont très performantes puisque la bande passante pour un rapport d'ondes stationnaires inférieur à 2 est de 10 % de la fréquence de travail Fo tandis que le gain exprimé par rapport à l'isotrope est de 6 A 7 dB. 2472281 REVENDICATIONS 1/ Antenne pour l'témission ou la réception des champs électromagnétiques de hauteur inférieure au 1/10 de la longueur d'onde de travail ?. et remarquable en ce que l'élément rayonnant est un conducteur filaire replié en forme d'épingle double de façon à former deux bras parallèles de longueur égale ou inférieure au 1/8 de Xo excités radioélectriquement en deux points symétriques par une très courte ligne d'alimentation bifilaire perpendiculaire au bras et de longueur inférieure au 1/10 de o en sorte qu'A la résonance du circuit constitué par l'épingle double il y ait adaptation directe de l'impédance de l'antenne ainsi formée. 2/ Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'une des extrémités de la ligne bifilaire d'alimentation est reliée électriquement à la masse d'un plan conducteur formant plan de sol tandis que l'autre extrémité est reliée à une traversée coaxiale permettant une excitation asymétrique de l'antenne. 3/ Groupement de deux antennes selon la revendication 1 de façon à former un élément rayonnant du type dipole demi-onde. 4/ Antenne selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que les éléments sont noyés dans la masse d'un diélectrique de permittivité supérieure A 1 de façon A obtenir leur protection mécanique et un coefficient de réduction plus important. 5/ Groupement d'antennes selon l'une des revendications 1 à 4 associées et alimentées de façon à former une antenne à large bande. - 6/ Groupement d'antennes selon l'une des revendications 1 à 4 associées et alimentées de façon à former une antenne directive A gain élevé. 7/ Antenne selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que l'élément replié en épingle double est formé par l'association de plusieurs fils conducteurs espacés et maintenus parallèles entre eux de façon à former un élément de diaméète plus important.