Brevet FR2552274A1 — publié le 19850322

La présente invention concerne un réseau d'antennes piloté en phase comprenant plusieurs antennes, chacune d'entre elles étant raccordée à une borne distincte d'un réseau d'interconnexion déphaseur comprenant au moins deux autres bornes. Ce type de système est bien connu et permet par exemple d'obtenir différents types de radiation à partir d'un même systeme d'antennes - par exemple des dipôles verticaux disposés en cercle - en agissant sur la phase des signaux transmis aux diverses antennes. On peut au choix obtenir une directivité appropriée ou une caractéristique de radiation omnidirectionnelle. Pour certaines applications, il est souhaitable de prévoir un système d'antennes aussi polyvalent que possible. Cette exigence se manifeste en particulier dans le domaine de la radiotéléphonie mobile où il est souhaitable que les différents transmetteurs d'un système cellulaire puissent utiliser le même système d'antenne qui peut éventuellement être adapté a des conditions géographiques particulières dans le cas de certains transmetteurs. L'un des principaux objectifs de la présente invention est donc de proposer un système de branchement des antennes susceptible notamment d'être appliqué dans le cas d'un système associant plusieurs antennes. Conformément a la première caractéristique de l'invention, le réseau d'interconnexion est caractérisé par des déphasages autorisant différents modes d'alimentation des antennes et, en particulier, une ou plusieurs alimentations en phase avec rotation de phase dans un sens ou dans l'autre. Sur un système de radiotéléphonie de campagne fonctionnant en FM dans les bandes VHF (146 a 174 MHz) et UHF (420 à 512 MHz), possédant une structure cellulaire, il a ainsi été possible d'utiliser systématiquement quatre antennes verticales simples disposées selon un cercle possédant un diamètre égal à une demi-longueur d'onde environ, avec un réseau d'interconnexion constitué de seulement quatre coupleurs hybrides directionnels et d'un ou deux éléments retardateurs. Le couplage des transmetteurs vers les antennes peut être obtenu à partir de trois câbles d'entrée permettant trois modes de fonctionnement, le premier avec déphasages égaux aux sorties, le second avec rotation de phase a gauche et le troisième avec rotation de phase à droite, les caractéristiques de radiation étant omnidirectionnelles. Conformément à une variante ne mettant en oeuvre que deux entrées, les deux rotations peuvent être obtenues à l'aide d'un seul coupleur directionnel et de deux diviseurs de puissance supplémentaires. Un agencement de ce type peut également être utilisé pour obtenir des caractéristiques de radiation directionnelles ou bidirectionnelles. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, un réseau d'interconnexion alimentant quatre antennes colinéaires disposées en cercle, - la figure 2, une variante du réseau d'interconnexion de la figure 1. Pour ce qui est de la figure 1, elle représente les positions de quatre antennes colinéaires verticales A, B, C et D dispo séer en cercle de diamètre d. Dans la bande UHF évoquée plus haut, le diamètre pourra, par exemple, être de 275 millimètres alors que celui des antennes verticales est des 21 millimètres. Pour une hauteur d'antenne de 1,90 mètre, un agencement correct pourra être obtenu à l'aide d'un support horizontal en fibre de verre positionné à une hauteur de 1,50 mètre. Certains essais ont été effectués, notamment avec quatre antennes Rathrein K751622. Comme le montre la figure 1, les quatre antennes sont ali mentées par les sorties d' un réseau déphaseur comprenant une première paire de coupleurs hybrides H1 et H2 dont deux entrées placées du côté des é metteurs constituent les entrées I et 2 et 3 et 4 du réseau de branchement. Pour chacun des coupleurs H1 et H2, les deux sorties sont couplées respectivement à une seconde paire de coupleurs bidirectionnels H3 et H4 dont les sorties respectives alimentent les antennes A et B et C et D.Comme indiqué à la figure 1, alors que les liaisons entre H1 et H3 d'une part et H2 et H4 d'autre part sont directes, celles entre H1 et H4 ainsi qu'entre H2 et 113 peuvent être réalisées à l'aide d'un élément de déphasage Lî et/ou L2. La valeur de ces retards peut varier d'une réalisation à l'autre, tout comme la valeur du déphasage x et y des différents coupleurs H1, H2, H3 et H4 qui peuvent être des coupleurs directionnels à 90 ou 1800, les deux autres déphasages entre la paire d'entrée et la paire de sortie de chaque coupleur étant de 0 comme indiqué à la figure 1. Un tel système permet de réaliser un agencement compact standard pour les antennes et d'obtenir une radiation directionnelle ou omnidirectionnelle tout en limitant les pertes de branchement et de distribution en utilisant des coupleurs directionnels. On peut obtenir un diagramme de radiation quasi-omnidirectionnel à condition que le nombre d'antennes moins deux soit au moins égal au rapport entre la circonférence sur laquelle les antennes sont disposées et la longueur d'ondes. Dans le cas d'un agencement mettant en oeuvre quatre pantennes, cette relation implique que le diamètre du cercle puisse être inférieur à la moitié de la longueur d'onde, voire excède cette valeur.Pour un tel agencement, les calculs montrent notamment que si la circonférence du cercle selon lequel elles sont disposées est égale à cinq quarts de la longueur d'onde, on obtient une radiation de phase où le gain en décibels pour un dipôle d'une demi-longueur d'onde ne varie que de 8,40 à 8,06, ce minima et ce maxima étant successivement obtenus pour des rotations de 45 degrés. Si les antennes sont alimentées avec une rotation de phase, les gains correspondant à 8,40 et 8,06 passent à 5,60 et 7,96 respectivement, variation qui reste modérée. D'autre part, en raison de la symétrie du système, un couplage modéré entre les antennes n'affecte pratiquement pas le diagramme de radiation mais uniquement les impédances d'alimentation et les pertes. Pour obtenir une alimentation d'antenne conforme aux trois modes et ceci à partir de trois entrées, on peut utiliser le schéma général de la figure 1 de la façon suivante : l'entrée 4 est directement raccordée à l'entrée 1, les valeurs de x et de y correspondant aux coupleurs H1 et H2 sont respectivement 0 et 1800 pour chacun de ces coup leurs alors que celles correspondant aux coup leurs 113 et H4 Sont toutes deux égales à 90 , le déphaseur L2 produisant 1800 tandis que L1 est remplacé par une liaison directe. On peut ainsi vérifier que les déphasages vers les antennes A, B, C et D sont données par le tableau suivant A B C D 1/4 450 450 450 450 2 1800 2700 00 900 3 2700 1800 900 00 On voit donc qu'à la suite de la première ligne définissant une alimentation en phase, avec undéphasageuniforme de 450, l'alimentation par 2 ou 3 produit un dephasage de 900 soit dans un sens pour la seconde ligne, soit dans l'autre sens pour la troisième. Une solution de rechange reposant également sur le principe de la figure I et permettant aussi de réaliser un système avec trois liaisons câblées entre les émetteurs et les antennes consiste cette fois à utiliser uniformément des coupleurs à 900, c'est- -dire que x et y sont tous deux égaux à cette valeur pour les quatre coupleurs Hl, H2, 113 et H4. Cette.option est assortie dans ce cas d'une liaison entre les entrées 2 et 3 tandis que les dispositifs L] et L2 fournissent chacun un déphasage de 900.Dans ces conditions, comme l'indique le tableau ci-dessous, on obtient là encore les trois modes de fonctionnement relevés ci-dessus, les rotations étant effectuées par pas de 900 tandis que le déphasage uniforme est cette fois de 1350. A B C D 1 DO 90" 1800 2700 2/3 1350 1350 1350 1350 4 2700 1800 90" Do On peut également envisager une troisième variante de l'agencement de la figure 1 en utilisant, comme dans la seconde variante décrite ci-dessus, quatre coupleurs à 900 pour Hi, B2, H3 et H4 mais sans déphasage entre H] et H4 d'une part ni entre H2 et H3 d'autre part. Conformément à cette troisième version, on utilise cette fois quatre entrées, c'est-à-dire qu'il n'existe plus d'interconnexion entre I et4 comme dans la première version ou entre 2 et 3 comr me dans la seconde. On peut vérifier que les déphasages sont donnés par lé tableau suivant A B C D 1 Oc 90" 90e 180e 2 900 1809 0" 900 3 900 0e 1800 900 4 180e 900 900 0" ce qui indique que pour l'entrée 1, comme pour l'entrée 2,on a une quasi-rotation dans un premier sens tandis qu'elle s'exerce dans l'autre sens pour l'entrée 3 et pour l'entrée 4. Dans tous les cas, les pas successifs sont 90, 0, 90 et 1800. Pour cette troisième variante, les calculs montrent que la valeur appropriée applicable à la longueur de la circonférence le long de laquelle les antennes sont disposées est, dans ce cas, égale à la valeur maximum de deux longueurs d'ondes, les huit valeurs de gain successives pour 450 étant : 7,41 ; 6 4 ; 7,20 4 ; 6 ; 7,41 et 4,40. La caractéristique de radiation est elle aussi quasi-omnidirectionnelle. La figure 2 représente un réseau d'interconnexion ne possédant que deux entrées distinctes 1 et 2 mais permettant néanmoins deux modes de radiation avec des rotations dans les deux sens, en utilisant dans ce cas un seul coupleur hybride H5 à 90" (x = y). Comme l'illustre la figure, ses deux sorties alimentent des diviseurs de puissance Sl et S2 dont les premières sorties sont reliées aux antennes A et B tandis que les secondes vont aux antennes C et D en passant par des déphaseurs L3 et L4, chacun produisant un déphasage de 1800. Dans ce cas, le tableau conforme aux précédents s'établit comme suit A B C D 1 Oc 900 180e 270 .2 . 90" Oc 270 180 L'agencement de la figure 2 peut lui aussi être adapté pour fournir des caractéristiques de radiation particulières qui ne soient pas quasi-omnidirectionnelles. Dans le premier exemple, il est possible d'obtenir à l'aide de l'agencement de la figure 2 une caractéristique bidirectionnelle. Dans ce cas, on utilise un coupleur à 1800 pour H5 ; en particulier, x = DO et y = 1800 tandis que le déphasage est supprimé pour L4 (0 ) et maintenu à 1800 comme précédemment pour L3. Les deux entrées don nent alors les déphasages respectifs suivants A B C D 1 0 Oc 180e Oc 2 1800 Oc Oc Oc Cet agencement est recommandé lorsque le diamètre du cercle sur lequel les quatre antennes sont disposées est supérieur ou inférieur à une demi-longueur d'onde.Toutefois, pour cette valeur, les deux entrées peut alimenter directement les diviseurs de puissance S1 et S2. Du fait de la symétrie de la configuration, les deux pai- res d'antennes A, C et B, D révèlent le même diagramme de radiation. Enfin, des caractéristiques de radiation directionnelles peuvent également être obtenues en alimentant les quatres antennes conformément aux modes de phase définis ci-dessous A B C D 0 900 900 0 0 90e 1800 90 0 900 - 900 900 0 Oc 900 0 Les déphasages peuvent être générés à partir d'une entrée à condition de choisir des longueurs de câble appropriées permettant d'obtenir des déphasages égaux à 0, 90 ou 1800 conformes au tableau ci-dessus à l'exception de la troisième ligne où la longueur de câ- ble doit assurer un déphasage supplémentaire de 900 correspondant à la valeur négative de l'antenne C, soit 900, 180 , 0 et 1800. Alors que les principes de l'invention ont été décrits cidessus en liaison avec un appareillage spécifique, il est bien évident que la présente description n'est donnée qu a titre d'exemple et ne constitue en aucune façon une limitation à la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Réseau d'antennes piloté en phase comprenant plusieurs antennes (A, B, C, D), chacune d-'entre elles étant raccordée à une borne distincte d'un réseau d'interconnexion déphaseur (H1 à H4, L1,L2), comprenant au moins deux autres bornes, caractérisé en ce que les déphasages autorisent différents modes d'alimentation des antennes, notamment une alimentation en phase ou des alimentations avec rotation de phase dans l'un ou l'autre sens. 2. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs antennes (A, B, C, D) disposées en cercle. 3. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur de la circonférence du cercle n'excède pas le produit de la longueur d'onde utilisée par le nombre d'antennes moins deux. 4. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend quatre entrées (1, 2, 3, 4) alimentant quatre antennes (A, B, C, D) au moyen de quatre coupleurs directionnels (H1 à H4) équipés chacun de deux entrées et de deux sorties, deux desdits coupleurs étant directement alimentés par les entrées et deux autres (H3 et H4) étant couplés aux deux précédents, chacun d'entre eux alimentant une paire d'antennes (A,B ; C,D) distinctes. 5. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les coupleurs (H3, H4) directement reliés aux antennes sont des coupleurs à 90 . 6. Réseau d'antennes pilote en phase conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que les deux coupleurs d'entrées (H1, H2) sont aussi des coupleurs à 900 de manière à obtenir une quasi-rotation de phase dans un sens pour les deux entrées reliées au premier des deux coupleurs d'entrée, c'est-à-dire 0 , 900, 90 , 1800 et 900, 1800, Oc, 900, ainsi qu'une quasi-rotation de phase dans l'autre sens pour les deux autres entrées reliées à l'autre coupleur d'entrée, c'est-à-dire 900, Oc, 180 , 900 et 1800, 900, 900 et 00. 7. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendi cation 5, caractérisé en enoeque les deux coupleurs d'entrée (H1, H2) sont égale ment des coupleurs à 900 dans lesquels deux entrées associées à des coupleurs d'entrée distincts sont interconnectées alors que deux déphaseurs à 900 (L1, L2) sont interconnectés dans deux des liaisons entre le coupleurs d'antenne et les coupleurs d'entrée, ce qui permet d'obte nir un déphasage de 135e entre les entrées interconnectées et les quatre antennes tandis que l'on obtient des rotations de phase dans une première direction pour une des entrées restantes, c'est-à-dire 0 , 90 , 1800, 270 et dans l'autre sens pour la dernière entrée, ctest-à-dire 2700, 180 , 900 et 0 . 8. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que les coupleurs d'entrée (H1, H2) sont des coupleurs à 1800 dans lesquels deux entrées associées à des coupleurs d'entrée distincts sont interconnectées alors qu'un déphaseur à 1800 est interconnecté dans une des liaisons entre les coupleurs d'entrée et les coupleurs de sortie, ce qui permet d'obtenir un déphasage de 450 entre les entrées interconnectées et les quatre antennes (A, B, C, D) tandis que l'on obtient des rotations de phase dans une première direction pour l'une des entrées restantes, c'est-à-dire 1800, 2700, Oc, 900 et dans l'autre direction pour la dernière entrée, c'est-à-dire 2700, 1800, 900, 00. 9. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'un réseau d'interconnexion comporte un coupleur directionnel (H5) à 900 alimenté par les deux entrées de réseau, chacune des sorties dudit réseau étant couplée à un diviseur de puissance (S1, S2) et en ce que les deux sorties de chaque diviseur de puissance sont reliées à une antenne sur quatre, l'une de ces liaisons étant directe pour chacun des diviseurs et l'autre passant par un déphaseur à 900 (L3, L4). 10. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 3, caractérisé par un réseau d'interconnexion comprenant deux diviseurs de puissance (S1, S2), chacun d'entre eux étant alimenté par l'une des entrées du réseau et dont les deux sorties sont chacune reliées à une antenne sur quatre, trois desdites liaisons étant directes et la quatrième passant par un déphaseur à 900. 11. réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 3, caractérisé par un réseau d'interconnexion comprenant un coupleur directionnel à 1800(H5) alimenté par les deux entrées de réseau, dont chacune des deux sorties est couplée à un diviseur de puissance (S1, S2) les deux entrées desdits diviseurs étant reliées à une antenne sur quatre et trois desdites liaisons étant directe et la quatrième passant par un déphaseur à 1800. 12. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendi cation 3, caractérisé par un réseau d'interconnexion prévu entre chacune des quatre entrées et chacune des quatre antennes produisant des déphasages de 00, 90 , 900, 0e à partir de la première antenne, de Oc, 900, 1800, 900 à partir de la seconde, de 0 , 90, -90 , 90 à partir de la troisième et de 0 , 0 , 900, Oc à partir de la quatrième, lesdits déphasages étant obtenus par une longueur de câble proportionnelle dans le cas de la première, de la seconde et de la quatrième entrée et proportionnelle à 90 , 1800, 0 et 1800 dans le cas de la troisième. 13. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre plusieurs émetteurs reliés aux entrées du réseau d'interconnexion. 14. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'une paire d'antennes séparées à 900 est raccordée à un même coupleur directionnel. 15. Réseau d'antennes piloté en phase conforme à l'une des revendications 9, 10 ou 11, caractérisé en ce qu'une paire d'antennes séparées à 180 est couplée à chacun des diviseurs de puissance.