Brevet FR2523771A1 — publié le 19830923

DISPOSITIF SYMETRIQUE DE CONTACT TOURNANT -POUR ALIMENTATION D'ANTENNES ROTATIVES L'invention a pour objet un dispositif de contact tournant symétrique pour alimentation d'antennes rotatives utilisées couramment en télécommunications et radiodiffusion en ondes décamétriques (bande de fréquences allant de 3 à 30 MHz). Dans cette gamme de fréquences, les antennes utilisées sont constituées, le plus souvent, de réseaux plans de doublets rayonnants horizontaux disposés: - soit verticalement pour donner des antennes du type "rideau", - soit dans un plan incliné au-dessus du sol pour former des antennes du type "log-périodique". Ces antennes sont en général suspendues à des pyl8nes supports fixes autostables ou haubanés mais peuvent aussi être montés sur des supports rotatifs. C'est à ce dernier type d'antenne que s'applique l'invention. Ces antennes ont les caractéristiques cothmunes suivantes: - elles sont alimentées au moyen de lignes symétriques, - elles sont large bande : de 6 à 26 MHz le plus souvent, - elles sont associées à des émetteurs dont la puissance va de quelques kW à 500 kW. Le problème à résoudre est l'alimentation en puissance d'une antenne rotative. Elle peut se faire au moyen d'une ligne coaxiale 50 n associmà un symétriseur large bande ou au moyen d'une ligne symétrique d'impédance élevée, généralement 300 n. Le premier mode de transport est très coûteux et peu utilisé du fait: - du transport de l'énergie par câble coaxial préssurisé; - de la nécessité d'un joint tournant coaxial 50 n dimensionné pour des courants importants, - de l'utilisation entre le joint tournant et l'entrée de l'antenne d'un symétriseur-transformateur,50-300 n par exemple, large bande et de grandes dimensions. Le second mode de transport de l'énergie est le plus répandu car le plus économique. Par exemple quatre conducteurs de diamètre 13 mm suivant un profil de 380 x 120 mm forment une ligne symétrique mécaniquement et radioélectriquement qui peut transporter 500 kW sur plusieurs kilomètres depuis le batiment émetteur jusqu'à une antenne rotative par exemple. 1l est donc utile de concevoir un dispositif de contact tournant symétrique permettant de mettre en contact, en permanence, les deux conducteurs identiques d'une ligne bifilaire d'arrivée d'énergie aux deux conducteurs identiques d'une ligne bifilaire de distribution d'énergie dans une antenne rotative, l'impédance caractéristique de ces deux lignes restant parfaitement la meme. L'invention a pour objet un contact tournant qui puisse être premièrement en permanence symétrique, deuxièmement efficient dans toutes les positions de l'antenne rotative. L'invention consiste en un dispositif symétrique de contact tournant destiné à relier les extrémités des deux brins d'une première ligne bifilaire respectivement aux extrémités des deux brins d'une deuxième ligne bifilaire, ces lignes ayant un axe de symétrie commun autour duquel l'une des lignes peut tourner par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte un équipage mobile pouvant tourner autour de cet axe, deux pièces de contact symétriques portées par cet équipage et ayant la forme de deux portions d'une même couronne centrée sur cet axe de symétrie, les extrémités des brins de la première ligne formant des contacts glissant sur respectivement les deux pièces de contact et les extrémités des brins de la deuxième ligne formant des contacts glissant sur respectivement les deux pièces de contact. L'invention s'applique à deux lignes bifilaires placées bout à bout sur un axe qui leur est commun. Les extrémités des brins de la deuxième ligne bifilaire qui peut tourner autour de cet axe, décrivent un cercle dont le centre est situé sur Paxe. Selon l'invention, deux arcs de cercle symétriques, de même longueur angulaire, positionnés sur ce cercle et ayant une longueur suffisante peuvent jouer le rôle de connecteur entre les extrémités des brins de la première ligne bifilaire et les extrémités des brins de la deuxième ligne bifilaire sous réserve que celle ait été tournée d'un angle inférieur à la longueur angulaire décrite par les arcs.Si cette deuxième ligne bifilaire est tournée d'un angle supérieur à la longueur angulaire décrite par les arcs, une caractéristique de l'invention consiste à faire tourner l'ensemble des deux arcs d'un quart de tour de manière à assurer la connexion des extrémités des brins de la deuxième ligne bifilaire avec les extrémités inversées des brins de la première ligne bifilaire. L'invention sera mieux comprise par la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les six figures qui l'accompagnent. Sur ces différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. Ces figures représentent: - figure 1: une vue en perspective d'une antenne rotative de type rideau; - figure 2: une vue en perspective d'une antenne rotative de type logpériodique; - figure 3: une vue en perspective du dispositif selon l'invention; - figures 4, 5 et 6: des vues de détail des pièces de contact utilisées dans l'invention. a figure 1 représente une antenne rotative 4 de type rideau. Cette antenne peut avoir des dimensions de 80 m de largeur et de 80 m de hauteur. Elle comporte en particulier deux ensembles de dipôles rayonnants 7 et 71 disposés dans un plan vertical de part et d'autre de l'antenne 4 à la manière de rideaux, d'où le nom du type de l'antenne. On distingue en particulier sur la figure I la colonne tournante 5 de l'antenne rotative 4 et le piedestal fixe 6 de cette antenne. Les diverses parties de cette antenne : la colonne tournante 5, le piedestal fixe 6 ainsi que les poutres de soutien 51 et S2, sont réalisés en une structure métallique de type treillis. L'alimentation en énergie radioélectrique des différents dipôles rayonnants 7 et 71 s'effectue par l'intermédiaire d'une ligne bifilaire de distribution située à l'intérieur de la colonne tournante 5 de cette antenne rotative 4. II est donc nécessaire de réaliser un contact tournant entre cette ligne bifilaire de distribution et la ligne bifilaire d'amenée de l'énergie en provenance de l'organe émetteur. Ce contact tournant se situe au même niveau que la couronne rotative placée au sommet du piédestal 6. La figure 2 représente une antenne rotative d'un type logpériodique. On distingue en particulier sur cette figure 2, de la même façon que dans la figure 1, une colonne tournante S, un piedestal fixe 6, une poutre supérieure 53 et des dipôles rayonnants 8. La figure 3 représente en perspective le dispositif de contact tournant de l'invention. On distingue sur celui-ci en particulier deux pièces de contact circulaires 16 et 17, reliées à un axe de rotation 20 par deux entretoises 21 en matériau isolant. En particulier ces entretoises peuvent être réalisées en stéatite. En faisant tourner l'axe de rotation 20 on constate que les pièces de contact symétriques 16 et 17 glissent respectivement sur les extrémités supérieures des brins 12 et 13 d'une première ligne bifilaire fixe et d'autre part glissent sur les extrémités inférieures respectivement des brins 121 et 131 d'une deuxième ligne bifilaire solidaire de la partie de la structure qui est en mouvement. Le contact électrique entre le brin 12 et le brin 121 est alors assuré par la pièce conductrice 16 et le contact électrique entre le brin 13 et le brin 131 est alors assuré par la pièce de contact 17. La première ligne bifilaire 12-13, arrivant par le bas, pourra être assimilée à une ligne bifilaire d'amenée de l'énergie électrique à une antenne rotative et la deuxième ligne bifilaire 121-131 partant vers le haut, pourra être assimilée à la ligne bifilaire de distribution de cette antenne rotative. Ces pièces de contact 16 et 17 ont la forme de portions d'une couronne dont le diamètre intérieur est égal à la longueur des entretoises 21. La longueur de ces entretoises 21 est légèrement inférieure à la distance D séparant les brins d'une même ligne bifilaire. Cette distance D est la même pour la première ligne bifilaire que pour la deuxième ligne bifilaire de façon à ce qu'il n'y ait pas de rupture d'impédance caractéristique. La largeur des pièces de contact 16 et 17 est telle qu'elle garantit la "non rupture d'impédance" lorsque les extrémités des brins 12 et 121 d'une part et 13 et 131 d'autre part sont éloignées l'une de l'autre. Ces pièces de contact 16 et 17 sont en métal, la plupart du temps en bronze. Sous l'axe de rotation 20, et solidaire de celui-ci, on distingue un socle 19. Sur ce socle 19 en forme de disque sont disposées en forme de croix grecque des réglettes 26. Ces réglettes 26 sont solidaires du socle 19 et constituent des protubérances sur ce socle 19. Un moteur de positionnement 23 actionne une came d'entrainement 18. Chaque fois que le moteur de positionnement 23 tourne d'un tour, la came d'entraînement 18 vient au contact d'une des réglettes 26 et lors de son passage entraîne le déplacement en rotation du socle 19 et en conséquence de la totalité de l'équipage mobile constitué par le socle 19, I'axe de rotation 20, les entretoises 21 et les pièces de contact 16 et 17. Par une disposition appropriée des réglettes 26 sur la surface supérieure du socle 19 on peut obtenir que l'équipage mobile tourne à chaque fois d'environ un quart de tour. En effet, par exemple, les réglettes 26, au nombre de quatre, peuvent être placées sur le socle 19 circulaire suivant deux diamètres disposés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre sur ce socle 19. A chaque passage de la came d'entraînement 18 cette came s'appuiera sur une des réglettes et fera tourner l'équipage mobile d'un quart de tour. Au passage suivant de la came d'entrainement 18 celle-ci s'appuiera sur la réglette 26 suivante et l'équipage mobile tournera a nouveau d'un quart de tour. II est évident que comme il y a quatre réglettes l'amplitude de la rotation élémentaire de l'équipage mobile est d'un quart de tour. Ainsi, dans la position représentée sur la figure 3, si le moteur de positionnement tourne d'un tour sur lui-même, l'équipage mobile tournera d'un quart de tour. La pièce de contact 16 viendra alors au contact par son extrémité droite avec le brin 13 de la première ligne bifilaire et par son extrémité gauche avec l'extrémité du brin 121 de ia deuxième ligne bifilaire. De la même façon la pièce de contact 17 viendra par son extrémité droite au contact de l'extrémité du brin 131 de la deuxième ligne bifilaire et par son extrémité gauche au contact de l'extrémité du brin 12 de la première ligne bifilaire. Si le moteur 23 effectue un autre tour sur lui-même, L'équipage mobile tournera à nouveau d'un quart de tour, reprenant cette fois une position symétrique et identique à celle représentée par la figure 3 la pièce de contact 16 prenant la place de la pièce de contact 17 et vice versa.On remarquera par ailleurs que le frottement des extrémités des brins des lignes bifilaires sur les pièces de contact est suffisant pour empêcher que l'équipage mobile, entraîné par son élan, ne tourne d'un angle aléatoire. L'aspect général de ce dispositif est symétrique. Il est donc adapté pour acheminer d'une manière symétrique l'énergie électrique d'une ligne bifilaire à une autre ligne bifilaire. En 22 sont représentées les connexions des brins 12 et 13 de la première ligne bifilaire. Ces connexions sont mécaniquement solidaires de moyens de fixation 24. D'une manière préférée ces moyens de fixation 24 sont constitués par des pivots en un matériau isolant, en particulier ce matériau pourra être de la stéatite. Ces moyens de fixation 24 sont solidaires d'un bâti 25 non caractéristique en lui-même de l'invention auquel la carcasse du moteur de positionnement 23 est également fixée. Ce bâti 25 comporte par contre un trou 34 permettant le passage de l'axe de rotation 20 de l'équipage mobile. Un manchon 29 solidaire de l'axe de rotation 20 est fixé au-dessus de sa base; plus large que le trou 34 effectué dans le bâti 25, il permet le maintien vertical de l'équipage mobile. On peut constater en conséquence que si la deuxième ligne bifilaire constituée par les brins 121 et 131 tourne sur elle-même autour d'un axe colinéaire à l'axe 20, il sera possible à l'aide du moteur d'entraînement 23 et de la came 18 de trouver une position du jeu des pièces de contact 16 et 17 telle que les brins de cette deuxième ligne bifilaire soit respectivement au contact des deux autres brins de la première ligne bifilaire. En effet selon les dispositions décrites précédemment si le contact n'est pas établi entre les deux lignes bifilaires, il suffira de faire tourner le moteur de positionnement de un tour. L'équipage mobile tournera alors d'un quart de tour et établira le contact entre les deux lignes bifilaires. Si on considère que la deuxième ligne bifilaire, dont les brins sont 121-131, est solidaire de la colonne tournante 5 d'une antenne rotative 4, ces brins peuvent tourner sur eux-mêmes autour de l'axe de rotation de la colonne tournante. Il suffit pour que le dispositif de contact selon l'invention fonctionne de disposer ce dispositif de manière que l'axe 20 soit colinéaire de l'axe de rotation de l'antenne rotative 4. Le bâti 25 du dispositif de contact tournant selon l'invention sera en particulier rendu solidaire du piédestal fixe 6 d'une antenne rotative. Dans ces conditions lorsque l'antenne rotative aura été orientés selon un azimut prédéterminé et y sera rnaintenue, il conviendra de rechercher à l'aide du moteur d'entraînement 23 et de la came d'entraînement 18 la position adéquate du jeu des pièces de contact 16 et 17. Par ailleurs cette recherche peut être faite automatiquement. En effet un dispositif, non représenté sur la figure 3, peut mesurer l'angle dont ont été tournées l'antenne ainsi que la deuxième ligne bifilaire. Ce dispositif peut déterminer à partir de l'angle de rotation de l'antenne, s'il faut faire tourner le moteur et dans quel sens. On constate que le dispositif symétrique de contact selon l'invention a une forme entièrement symétrique; des mesures effectuées dans la bande de fréquences des ondes décamétriques ont montré que le défaut de "réactance parasite" présenté par les deux quarts de couronne en regard est très faible et se corrige facilement. Par ailleurs il est utile de constater que l'allongement de la ligne symétrique ne sera au maximum qu'un quart de cercle à l'horizontale. Ceci dans le cas où-l'antenne sera orientée de telle façon que les premières lignes bifilaires constituées par les brins 12 et 13 et les deuxièmes lignes bifilaires constituées par les brins 121-131 seront disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre. Dans tous les autres cas, la rotation d'une ligne bifilaire par rapport à l'autre sera inférieure à un angle de 900. Dans ces cas l'onde électrique ne parcourra qu'une petite portion des pièces de contact symétriques 16 et 17. Les connexions 22 assurant la liaison de la première ligne bifilaire au dispositif selon l'invention sont disposées symétriquement par rapport à l'axe 20 de l'équipage mobile. Leur forme et leur position l'une -par rapport à l'autre sont identiques à celles de la partie courante de chacune des deux lignes bifilaires. L'extrémité des brins de la première ligne bifilaire est fixée sur ces connexions 22 de préférence par vissage. La constitution du dispositif, minimisant la taille des pièces de contact 16 et 17 en regard, entraîne que le défaut créé sur la ligne est très faible. Les figures 4, 5 et 6 représentent différentes formes possibles de la section d'une pièce de contact 16 ou 17 du dispositif symétrique de contact tournant selon l'invention. La figure 4 représente en coupe prise dans l'axe des entretoises 21, la forme de la section de la pièce de contact symétrique 16 telle qu'elle est représentée sur la figure 3. Cette forme est celle d'un rectangle dont le grand côté est disposé horizontalement. Sur la face inférieure de cette pièce de contact 16, on distingue un couple de patins 27 fixés à l'extrémité du brin 12 de la première ligne bifilaire. De la même façon, sur la face supérieure de la pièce de contact 16 on distingue un couple de patins 27 fixés à l'extrémité du brin 121 de la deuxième ligne bifilaire. La pièce de contact symétrique 16 étant en un matériau conducteur de l'électricité on constate qu'il y a continuité électrique entre le brin 12 de la première ligne bifilaire et le brin 121 de la deuxième ligne bifilaire. Sur la gauche de cette pièce de contact 16 figurent une partie des entretoises 21.Ces entretoises 21 sont fixées à la pièce de contact 16 par tous moyens connus et non caractéristiques de l'invention. Cette disposition particulière des patins glissants 27 est particulièrement adaptée à la transmission de signaux radioélectriques au travers du contact tournant quand la puissance est inférieure à 100 kilowatts environ. Pour les puissances supérieures et bien que cela ne soit pas une condition restrictive de l'invention, la forme décrite à la figure 5 est plus adaptée. On distingue sur cette figure 5 la pièce de contact 16 notée plus particulièrement 161. La section de cette pièce de contact a la forme d'une lettre C. Elle est constituée de deux parties horizontales reliées entre elles par une partie verticale située à l'extrémité gauche des parties horizontales. Les entretoises 21 sont fixées de la même façon que dans le cas de la figure 4 par tous moyens de l'art connu, à la partie verticale de la pièce de contact 161. Un jeu de patins 30 perpendiculaire au brin 12 est fixé à l'extrémité du brin 12 de la première ligne bifilaire par l'intermédiaire d'une pièce d'écart 28. Le r81e de cette pièce d'écart 28 est d'imposer un écartement déterminé entre les deux patins 30. Ces deux patins 30 glissent de part et d'autre de la partie horizontale inférieure de la pièce de contact 161.Ils sont maintenus au contact de cette pièce de contact 161 par leur élasticité propre. De la même façon un jeu de patins 31 perpendiculaire au brin 121 est fixé à l'extrémité du brin 121 de la deuxième ligne bifilaire par l'intermédiaire d'une deuxième pièce d'écart 28 jouant le même rôle que la première, de telle façon que les deux patins 31 glissent de part et d'autre de la partie horizontale supérieure de la pièce de contact 161. Cette pièce de contact 161 étant en un matériau conducteur de l'électricité, on constate qu'il y a continuité électrique entre le brin 12 de la première ligne bifilaire et le brin 121 de la deuxième ligne bifilaire. Cette forme de pièce de contact 161 est particulèrement adaptee à la transmission de puissance électrique supérieure à 100 kilowatts. Pour les puissances électriques de l'ordre de 500 kilowatts ou même supérieures à cette valeur, la forme représentée à la figure 6 de la pièce de contact 16, notée 162, est particulièrement intéressante. La section de cette pièce de contact 162 a sur la figure 6 la forme d'un H possédant deux parties verticales reliées en leur milieu par une partie horizontale. On distingue de même que dans les cas précédents, un jeu de patins 32 maintenus par une pièce d'écart 28 et fixés à l'extrémité du brin 12 de la première ligne bifilaire parallèlement à ce brin. De la même façon on distingue un jeu de patins 33, maintenus par une pièce d'écart 28, fixés à l'extrémité du brin 121 de la deuxième ligne bifilaire, parallèlement à ce brin.Les couples de patins 32 et 33 glissent à l'intérieur des parties verticales de la pièce de contact 162. Les deux pièces d'écart 28 les maintiennent dans un écartement tel que par leur élasticité ils s'appuient sur les faces intérieures de ces parties verticales. La pièce de contact 162 est en un matériau conducteur de l'électricité, on constate qu'il y a continuité électrique entre le brin 12 de la première ligne bifilaire et le brin 121 de la deuxième ligne bifilaire. Sur la gauche de cette pièce de contact 162 on distingue l'amorce des entretoises 21 fixées par tout moyen de l'art connu à la partie verticale de gauche de cette pièce de contact 162. Pour le bon fonctionnement de l'invention, ces pièces de contact 16, 161, 162, décrites respectivement par les figures 4, 5 et 6, présentent à leurs extrémités des parties chanfreinées parallèles aux jeux de patins 27, 30, 31, 32 ou 33 de telle manière que lors de la rotation de la deuxième ligne bifilaire ou lors de la rotation des pièces de contact 16, 161 ou 162, la rencontre de ces patins et de ces pièces de contact se fasse progressivement. Les formes décrites pour la pièce de contact 16 sont bien entendu les mêmes que celles retenues pour la pièce de contact 17. il est possible d'imaginer d'autres formes de ces pièces de contact 16 ou 17. Un tel dispositif symétrique de contact tournant est particulièrement adapté à l'alimentation électrique d'antennes rotatives alimentées par des lignes bifilaires à des puissances élevées. REVENDICATIONS 1. Dispositif symétrique de contact tournant, destiné à relier les extrémités de deux brins d'une ligne bifilaire (12,13) aux extrémités de deux brins d'une autre ligne bifilaire (121,131), ces lignes ayant un axe de symétrie commun autour duquel l'une des lignes peut tourner par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend: - un équipage mobile pouvant tourner autour de cetaxe; - des moyens pour faire tourner l'équipage mobile; 4 - deux pièces de contact symétriques (16,17), portées par cet équipage, et ayant la forme de deux portions d'une couronne centrée sur cet axe de symétrie; les extrémités des brins de l'une des lignes formant des contacts glissant sur respectivement les deux pièces de contact et les extrémités des brins de l'autre ligne formant des contacts glissant sur respectivement les deux pièces de contact. 2. Dispositif symétrique de contact selon la revendication I, caractérisé en ce que l'angle d'ouverture représenté par les portions de couronnes est sensiblement de 100 degrés. 3. Dispositif symétrique de contact selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la section des deux pièces de contact symétriques (16,17) est un rectangle; le contact électrique entre les deux lignes bifilaires étant assuré par le déplacement de patins (28) de part et d'autre de ces pièces de contact (16,17), les patins (28) étant fixés aux extrémités des brins des deux lignes bifilaires. 4. Dispositif symétrique de contact selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la section (161) des deux pièces de contact symétriques (16,17)comporte deux parties horizontales reliées à leurs extrémités par une partie verticale; le contact électrique entre les deux lignes bifilaires étant assuré par le déplacement de patins (30,31) sur les parties horizontales, les patins (30, 31) étant fixés aux extrémités des brins des deux lignes bifilaires. 5. Dispositif symétrique de contact selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la section (162) des deux pièces de contact symétriques (16, 17) comporte deux parties verticales reliées en leur milieu par une partie horizontale; le contact électrique entre les deux lignes bifilaires étant assuré par le déplacement de patins (32, 33) sur les parties verticales, les patins (32, 33) étant fixés aux extrémités des deux lignes bifilaires. 6. Dispositif de contact tournant selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que l'équipage mobile comporte des moyens pour prendre quatre positions tournées de 90 degrés l'une par rapport aux autres. 7. Dispositif de contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la rotation de l'équipage mobile est assurée par l'action d'une came d'entraînement (18) sur une des réglettes (26) d'une croix grecque solidaire du socle de l'équipage mobile. 8. Dispositif symétrique de contact selon Pune quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que l'écartement entre les deux brins d'une ligne bifilaire est le même que l'écartement entre les deux brins de l'autre ligne bifilaire et que cet écartement est sensiblement égal au diamètre intérieur de la couronne.