Brevet FR2539557A1 — publié le 19840720

L'invention se rapporte à une antenne à large bande et, plus particulièrement mais non exclusivement, à une antenne, à plan de sol, pour station fixe ou semi-mobile, couvrant une bande de fréquences supérieure à une octave pour un taux d'ondes stationnaires au plus égal à trois. Elle s'applique notamment aux stations travaillant dans les ancienne et nouvelle bandes des très hautes fréquences à usages militaires, s'étendant respectivement de vingt six à soixante seize mégahertz et de trente à quatre vingt huit mégahertz. On connait déjà des antennes à plan de sol artificiel comprenant un brin rayonnant ou "fouet" ayant, par rapport à l'onde de la fréquence utile, une longueur de l'ordre du quart d'onde, de manière qu'en combinaison avec son image réfléchie par le sol artificiel et qui forme un brin rayonnant fictif, elle réalise une antenne équivalente à une demi-onde classique. Cette antenne, déjà appréciée du fait qu'elle n'est pas directive, est également intéressante en ce qu'elle est favorable aux liaisons lointaines du fait qu'elle rayonne suivant un angle voisin de l'horizontale. Dans ces antennes à sol artificiel, ce sol artificiel est constitué actuellement de trois ou quatre conducteurs horizon- taux ou inclinés reliés entre eux au pied du fouet vers lequel ils convergent. Pour respecter une certaine symétrie, ces conducteurs eux-mêmes communément dénommés brins "contre-poids" - d'une part, ont bien sûr tous une même longueur, et d'autre part, sont régulièrement répartis autour du fouet. Souvent égale à celle du fouet, cette longueur des contre-poids est toutefois en elle-même unanimement considérée par les hommes de l'art comme n'étant nullement critique. Travaillant comme une antenne dipôle démie-onde classique et donc à deux brins rayonnants symétriques, comme ces antennes dipôles, les antennes à plan-de sol connues à ce jour présentent pour une longueur donnée une variation d'impédance très importante lors de la modification de la fréquence d'utilisation et donc du nombre d'ondes que représente cette longueur (figure 2). En effet, pour une variation du nombre d'ondes de onze dixièmes à trente trois dixièmes d'ondes, entre la résistance au rayonnement maximum qui est de sept cent cinquante ohms et la résistance au rayonnement minimum qui est de quinze ohms, le rapport est de cinquante. Aussi, avec les antennes connues à ce jour, pour pouvoir couvrir une bande de fréquences de plus d'une octave, il faut: soit, coupler deux dipôles disposés dans le prolonge- ment l'un de l'autre, mais ces antennes dites "colinéaires" sont très encombrantes et peu adaptées à des montages-démontages rapides et fréquents, soit, équiper l'antenne -ou d'une boîte d'accord ou de charges résistives, ce qui, malheureusement, dans le cas de la boîte d'accord, nécessite un cable de télécommande qui est lui-même peu pratique, et, dans le cas, des charges résistives, réduit le rendement de l'antenne. Un résultat que l'invention vise à obtenir est une anten- ne du type cité plus haut, présentant des qualités radioélec- triques optimisées dans toute la large bande des fréquences o elle est destinée à fonctionner sans pour autant être encom- brante et sans nécessiter ni une boîte d'accord, ni des charges résistives. A cet effet, elle a pour objet une telle antenne notam- ment caractérisée en ce que l'un des brins rayonnants de l'an- tenne a une longueur qui est comprise entre cent quarante et cent quatre vingts pour cent de la longueur de l'autre brin. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ciannexé-qui représente: figure 1: une antenne à plan de sol vue de face, figures 2 et 3: des diagrammes d'impédance. En se reportant à la figure 1, on voit que l'antenne 1 comprend un brin rayonnant ou "fouet" 2, ayant une longueur L égale, environ, au quart de la longueur d'onde de la fréquence médiane de la bande utile. Sur le support 3 de ce fouet 2 sont montés des brins "contre-poids" 4, 5, 6 qui, afin de constituer un sol 3 253955 T artificiel ont tous une même longueur KL, font tous un même angle çZ avec le fouet au pied duquel ils convergent et, présentent entre eux des écarts angulaires égaux. Les contre-poids 4, 5, 6 comme le fouet 2 peuvent être de tout type connu et notamment être démontables et/ou être réalisés en un seul ou plusieurs tronçons 7, 8, 9 de faible longueur pour faciliter le transport. A sa ligne de transmission (non représentée), cette antenne 1 est couplée directement ou par l'intermédiaire de tout moyen connu, tel un système 10 transformateur d'impédance dans un rapport déterminé, afin d'adapter l'impédance caractéristique de l'antenne 1 à celle de la dite ligne de transmission ou tel un coupleur large bande (non représenté) de type apte à constituer un réseau présentant un diagramme défini. De manière connue, cette antenne travaille comme un di- pôle à deux brins rayonnants, l'un réel constitué par le fouet l'autre fictif constitué par son image réfléchie par plan de sol. Aussi, bien que décrite par référence à une antenne à plan de sol, la présente invention trouve également application dans les antennes dipôl es à large bande composées de deux brins rayonnants. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, qu'il soit réel ou fictif, l'un des brins rayonnants de l'anten- ne a une longueur qui est comprise entre cent quarante et cent quatre vingts -pour cent de la longueur de l'autre brin rayonnant. Dans l'application aux antennes à contre-poids, ce sont les contre-poids 4, 5, 6 qui ont une longueur KL comprise entre cent quarante et cent quatre vingts pour cent de la longueur du fouet 2 et de préférence, égale à cent soixante pour cent de cette longueur du fouet. Par exemple, pour les applications dans les bandes des très hautes fréquences à usages militaires, les fouets et con- tre-poids auront respectivement mille huit cent et deux mille neuf cent millimètres de long dans l'ancienne bande (vingt six à 4 253955 ? soixante seize mégahertz) ou de mille six cent et deux mille cinq cent millimètres dans la nouvelle bande (trente à quatre vingt huit mégahertz). Selon une caractéristique secondaire de l'invention, au lieu d'être horizontaux, les contre-poids 4, 5, 6 forment chacun avec le fouet 2 un angle de l'ordre de cent trente cinq degrés Selon une autre caractéristique annexe de l'invention les contre-poids sont au nombre de trois. Les inventeurs ont en effet constaté qu'avec une tel-le antenne asymétrique dans de telles proportions, -la variation de la résistance au rayonnement est nettement plus faible qu'avec un dipôle symétrique ou une antenne à plan de sol classique dont les contre-poids ont des longueurs égales à celle du fouet. En effet, avec cette proportion d'asymétrie entre les brins rayonnants, toujours pour une variation du nombre d'ondes- comprise entre onze dixièmes et trente trois dixièmes d'ondes entre la résistance au rayonnement maximum qui est de quatre cents ohms et la résistance au rayonnement minimum qui est de cinquante ohms, le rapport est maintenant de huit au lieu de cinquante. Ce résultat démontre que l'antenne asymétrique dans le rapport caractéristique précité est, pour un taux d'ondes stationnaires inférieur à trois, directement adaptée, dans une bande de fréquences de plus d'une octave, à une ligne de transmission d'impédance caractéristique de cent trente cinq ohms. A travers le système 10 de transformation d'impédance à large bande, cette antenne peut bien sûr être adaptée à n'im- porte quelle autre impédance caractéristique de la ligne. L'antenne ainsi obtenue peut évidemment être combinée à au moins une autre antenne par un coupleur. En résumé, comme caractéristiques radio-électriques optimisées dans la bande de fréquences o elle est destinée à être utilisée, cette antenne présente donc (figure 3): un taux d'ondes stationnaires inférieur à trois, un diagramme de rayonnement avec un dépointage minimum, un bon découplage avec la ligne de transmission, un rendement élevé. 2539557 Contrairement à ce qu'elle était unanimement considérée par les hommes de l'art, la longueur des contre-poids offre donc une valeur critique 6 2539557 REVENDICATIONS 1 Antenne ( 1) à large bande à deux brins rayonnants, que ces deux brins soient tous deux réels ou que l'un d'eux soit fictif et constitué par l'image que l'autre réfléchit par effet de sol, cette antenne (l) étant CARACTERISEE en ce que l'un des brins rayonnants de l'antenne a une longueur (KL) qui est comprise entre cent quarante et cent quatre vingts pour cent de la longueur (L) de l'autre brin ( 2). 2 Antenne à large bande de type "dipôle" à deux brins rayonnant caractérisée en ce que l'un des brins rayonnant de l'antenne a une longueur (KL) qui est comprise entre cent qua- rante et cent quatre vingt pour cent de la longueur (L) de l'autre brin ( 2). 3 Antenne à large bande à plan de sol couvrant une bande de fréquence dans un rapport voisin de trois entre les -fréquences extrêmes et comprenant, d'une part, un brin rayonnant ou "fouet" ( 2) ayant une certaine longueur (L) et, d'autre part, des brins "contre-poids" ( 4, 5, 6) qui, afin de créer un plan de sol, présentent tous une même longueur (KL), font tous un même angle (d) avec le fouet ( 2) vers le pied duquel ils convergent et forment tous entre eux des angles égaux, cette antenne étant caractérisée en ce que les contre-poids ( 4, 5,, 6) ont una longueur (KL) comprise entre cent quarante et cent quatre vingts pour cent de la longueur (L) du fouet ( 2). 4 Antenne selon l'une quelconque des revendications l à 3 caractérisée en ce que la longueur (KL) est égale à cent soixante pour cent de la longueur (L). Antenne selon la revendication 3 ou 4 caractérisée en ce que l'angle (o) que forment les contre-poids ( 4, 5, 6) avec le fouet ( 2) est de l'ordre de cent trente cinq degrés. 6 Antenne selon l'une quelconque des revendications 3 à , caractérisée en ce que les brins contre-poids sont au nombre de trois. 7 Antenne selon l'une quelconque des revendications l à 6 caractérisée en ce que la longueur (L) du plus petit brin ( 2) est de l'ordre du quart d'onde à la fréquence médiane de la bande des fréquences dans laquelle on veut utiliser l'antenne. 8 Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'elle est combinée à un transformateur d'impédance de rapport déterminé à large bande transformant l'impédance caractéristique de l'antenne pour l'amener à l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation. 9 Antenne caractérisée selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 8 en ce qu'elle est combinée à au moins une autre de ces antennes par un coupleur large bande pour consti- tuer un réseau présentant un diagramme défini.