Brevet FR2478380A1 — publié le 19810918

DISPOSITIF DE DECOUPLAGE D'ANTENNES D'EMISSION ET DE RECEPTION MONTEES SUR UN MEME PYLONE. La présente invention concerne des antennes d'émission et de réception dans la gamme 150.-220 MHz montées sur un m4me pylône à des hauteurs différentes et, plus particulièrement, des moyens de dé- couplage de deux telles antennes. La coexistence d'une antenne d'émission et d'une antenne de ré- ception dans un espace restreint se traduit par un couplage entre elles. La grande disparité6 des ordres de grandeur dcl puissances mises en jeu à l'émission et à la réception montre la difficulté du problème du décou- plage. L'écart est de 160 dB entre le signal d'un 4metteur de 20 watts et un signal de 1JU V aux bornes de 50 ohms. Il est connu que le niveau d'un signal de perturbation recueilli dans une voie d'un récepteur peut s'exprimer en dBm à partir de la formule suivante: N = P-(D+C+I) (1) o N désigne le niveau de perturbation en dBm, P la puissance d'émission d'une voie en dBm, D le couplage entre les antennes d'émis- sion et de r6ception en dB que l'invention charche à minimiser, C un coefficient traduisant la linéarité des At ages d'émission en dB et I l'atténuation des isolateurs (cinculateurs) et les pertes d'insertion des différents circuits en régime linéaire. Des valeurs typiques pour P et I sont respectivement 43 dBm (20 watts) et 60 dB. La sensibilité des récepteurs (rapport du signal au bruit) peut êtire estimée à 0 dBà 0,1 p V soit - 127 dBm sur 50 ohms. Le niveau maximal N du perturbateur pour éviter une désensibilisation du récepteur est donc de - 127 dBm et l'équation (1) s'écrit alors D +C= 110dB (2) Le paramètre C caractéristique des étages d'émission varie de dB pour des amplificateurs fonctionnant en classes B et C à 50 dB pour des amplificateurs munis de linéariseurs et fonctionnant en classe A. On peut donc poser C = 10 + X o X représente la valeur ajoutée par le linéariseur et la classe de fonctionnement des étages d'émission et varie entre 0 et 40 dB. L'équa- tion (2) s'écrit alors D +X = 100 dB (3) et compte tenu des variations de X 60dB SD 4100 dB Un objet de l'invention est d'obtenir un coefficient de découplage entre antenne d'émission et antenne de réception montées sur un seul et même pylône qui soit au moins égal à 70 dB et puisse atteindre 80 dB. Utiliser le même pylône-support pour des antennes fonctionnant à l'émission et à la réception revient nécessairement à introduire un élément facilitant le couplage par les courants de conduction. L'aérien émet un rayonnement à forte puissance (20 W): tout objet métallique situé dans son environnement proche, donc le pylône, capte cette énergie et la re-rayonne. L'énergie transmise au niveau du support fait naître des courants de conduction se propageant en ondes stationnaires. L'an- tenne de réception capte d'autant mieux cette énergie qu'elle est située sur le même support. Des éléments de découplage doivent donc être montés sur le pylône Le calcul de la puissance transmise le long du pylône nécessite la connaissance de beaucoup de facteurs relatifs à la forme du pylône, à son matériau constitutif, à son haubannage,.. ainsi que la position des lignes de champ au voisinage du pylône et des antennes. Une telle appro- che nécessite une étude analytique d'une grande complexité. Pour simpli- fier, on assimilera le pylône à une ligne de transmission reliant l'antenne d'émission considérée comme générateur à l'antenne de réception consi- dérée comme charge et ayant une constante de propagation + =o+. En se référant à la Fig. 1, le coefficient de réflexion à l'entrée de la ligne (niveau de l'antenne d'émission), est re o /:; e-2 Y L o / est le coefficient de réflexion sur la charge et o L est la distance o entre les antennes. La puissance P transmise à l'entrée de la ligne e est P Pasiso l e 4 L et la puissance Pr transmise à la charge est P = Pi'[ fI 2l r l o P. et P! sont les puissances totales respectivement appliquée et % % réfléchie à l'entrée de la ligne et reçue et réfléchie aux bornes de la charge; elles sont reliées par la relation P!= P.' -2o( L R'P=P. e 1 1 Par suite P Pi 1 - | 1| k= = e l l 0 1 -2 le découplage ne dépasse pas 60 dB. Conformément à l'invention, on interpose entre les antennes d'émis- sion et de réception montées sur un seul et même pylône un disque con- ducteur formant piège à ondes, dont le rayon est égal à un quart de lon- gueur d'onde et dont la position par rapport aux antennes sera discutée plus loin. Conformément à une variante de l'invention, le piège à ondes est constitué de deux disques conducteurs dont les rayons sont égaux au quart de la longueur d'onde et dont l'écartement est aussi égal à un quart de longueur d'onde. L'invention va être maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 représente une ligne de transmission équivalente au pylSne et a été décrite dans l'entrée en matière; - la Fig. 2 est une courbe donnant le découplage en fonction de la dis- tance entre les antennes quand aucun piège à ondes n'est interposé entre elles; elle a été décrite dans l'entrée en matière; - les Figs.3A,3B S0 représentent les antennes d'émission et de réception; - les Figs. 4 et 5 représentent le diagramme de directivité des antennes des Figs. 3A, 3B et 30 respectivement dans le plan horizontal et dans le plan vertical; - la Fig. 6 représente deux antennes montées sur le même pylône avec un piège à ondes de découplage; - la Fig. 7 représente le disque conducteur servant de piège à ondes; - la Fig. 8 représente deux disques conducteurs servant de piège à ondes; - la Fig. 9 représente sous la forme d'un schéma la disposition de l'antenne basse par rapport au pied de pylône et au piège à ondes; et - la Fig. 10 est une courbe montrant la variation du découplage en fonction de la hauteur de l'antenne basse. En se référant d'abord à la Fig.6, on a représenté un pyl8rye 1 dont la base est mise à la terre et qui est maintenue par des haubans 2. Ce pylône a one hauteur de 31 mètres et une base triangulaire équilaté- rale de 20 cm de c6té. Le pyline est baubanné tous les six mètres. Une antenne d'émission 10, une antenne de réception 20 et un dispositif de découplage 30 en forme de disque sont fixés au pylône à des hauteurs respectives hi, h23 h8. Les antennes 10 et 20 (Figs. aA, 33 et 80) sont des dipoles demi-onde à écran réflecteur. Chaque antenne comprend deux écrans réfléchis- sansts parallèles et cbdDs à dos 11 et 12 ou 21 et 22 devant chacun desquels est situé un dipole demi-onde vertical' respectivement 13 et 14, 23 et 24. La distance entre dipole et écran est substantiellement égale à A/4. Les écrans d'une antenne sont écartés d'une quantité variable selon le diagramme de directivité désiré. La Fig. 4 représente pour une fréquence porteuse de f = 159 MHz le diagramme de directivité des antennes 10 et 20 dans le plan horizontal. Ce diagramme est sensiblement omnidi- rectionnel et il est représenté en trait plein pour une distance entre écrans de 0,25a = 480 mm, en trait tireté pour une distance entre écrans de 0,36 R =680 mm, et en trait - point pour une distance entre écrans de 0,47)= 880mm avec x 1,90 m. La Fig. 5 représente le diagramme de directivité des antennes et 20 dans le plan vertical. L'angle d'ouverture à 6 dB est de 100 . Le piège à onde 30 (Figs. 6 et 7) est un disque 300 ayant un rayon égal à /4, soit un rayon de 47,5 cm pour A = 1,90. Le disque se comporte comme une cavité en réflexion. Il est connu que le coefficient de réflexion d'une cavité autour de la résonance peut s'écrire: =1 - 2 o T 1_ 1 +2 Q f/f 1. o o = o 1I+ Z/R avec Z = 377 ohms; f = 160 MHz; Lf écart de fréquence par rapport O O à la résonance; R résistance du disque. Pour Af/f ' O et R= 10 ohms, ontrouve o j =_ 4 x10 -2 et la réflexion est presque totale.' Dans la Fig. 8, le piège à ondes 30 se compose de deux disques 301 et302 accordés en /'/4 et distants de I?./4. Dans le cas o /& = 160 MHz, on prendra deux disques de 47,5 cm de rayon et écartés de 47,5 cm. L'épaisseur des disques 300, 301, 302 est d'environ 4 mm. L'emplacement du piège à ondes 30 est en un ventre de tension de l'onde stationnaire développée dans le pyl8ne. Pour des raisons de symétrie, il est préférable de placer le piège à ondes à mi-distance des antennes, c'est-à-dire à la hauteur (h1 + h2) / 2. On va maintenant montrer que la distance h2 de l'antenne de récep- tion au dessus du sol n'est pas indifférente. La disposition la plus favorable (Fig.9) est celle pour laquelle l'image de l'antenne de réception par rapport au sol et l'image de l'antenne de réception par rapport au disque conducteur sont également éloignées de l'antenne de réception. Ceci correspond au cas h8 =2h2=(h1 +h2) /2 On prendra par exemple: h1 = 30 m. h2 = 10 m. h = 20 m. La Fig. 10 montre le découplage entre antennes er, dB en fonction de h2. On voit qu'on obtient un découplage légèrement supérieur à 80 dB pour h2 = 10 m. et que le découplage varie fortement en fonction de h2. La présence du disque piège à ondes modifie la directivité de l'antenne basse. En effet dans le cas de la Fig. 9, il y a un réseau N = 3 antennes, , 201 et 202 (201 conthcide avec 10), les deux images 201 et 202 de t'an- tenne de réception 20 sont à la distance relative n = 20/ 1,9 = 10,5 de cette antenne de réception et les deux images sont en opposition de phase (p= 1/2) avec l'antenne elle-même. Le facteur de directivité est donc: Gsn() G3 10 sin3(TY/2 -10,51-ccos) P 1/2 sin (It/2 -10,5 'Mcosg) et tend vers 3 quand, tend vers 0. La directivité est donc augmentée de 9,4 dB par la présence du disque 30. 247838 0 -7- Revendications. 1 - Dispositif d'antennes d'émission et de réception dans la gamme 150220 MHz comprenant une antenne d'émission montée sur un pylône, une antenne de réception montée sur le même pylône identique à l'antenne d'émission et réglées sur une même longueur d'onde À, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un disque conducteur ayant un rayon substantiellement égal au quart de la longueur d'onde montée sur ledit pylône entre les deux antennes. 2 - Dispositif d'antennes conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que deux disques conducteurs coaxiaux ayant tous deux un rayon substantiellement égal au quart de la longueur d'onde et séparés par une distance substantiel- lement égale au quart de la longueur d'onde sont montés sur ledit pylône entre les deux antennes. 3 - Dispositif d'antennes conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que le disque conducteur est à mi-distance des antennes. 4 - Dispositif d'antennes conforme à la revendication 2 caractérisé en ce que les deux disques conducteurs sont à mi-distance des antennes. - 5 - Dispositif d'antennes conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'antenne la plus basse sur le pylône est à égale distance du pied du pylône et du disque ou des disques conducteurs.