Brevet FR2570887A1 — publié le 19860328

La présente invention concerne les dispositifs émetteurs-récepteurs et a notamment pour objet-une antenne. L'invention peut être utilisée notamment dans les systèmes radio-électriques employés pour orienter les déplacements des engins agricoles, dans les travaux d'assainissement des terres, dans le bâtiment, dans les carrières (ou mines à ciel ouvert) d'extraction du charbon, c'est-à-dire là où l'on utilise des systèmes de radionavigation pour automatiser les processus technologiques sur des aires découvertes permettant la libre propagation des ondes radio. La particularité de l'antenne est l'écoulement important de l'énergie du canal émetteur au canal récepteur (découplage 20-30 dB), ce qui ne limite pas son utilisation pour le déplacement des engins. Le poste radio installé sur l'engin fonctionne avec un réémetteur actif. L'énergie s'écoulant alors du canal émetteur vers le canal récepteur dans les deux postes, disposés,par exemple, l'un sur l'engin agricole mobile, et l'autre, sur le terrain (réémetteur), constitue un signal d'hétérodyne, car les fréquences d'émission de ces postes diffèrent l'une de l'autre d'une valeur correspondant à une fréquence intermédiaire. On connaît une antenne (voir l'ouvrage de Y.N. Feld, M.S. Benson, "Dispositifs à antennes et feeders" t.2 Moscou 1959, p.335 et "Manuel de radiodétection", rédacteur M. Skolnik, t.2, éd. "SovetskoSe radio", Moscou 1977, pp.30-32) comportant un radiateur à fentes sur un guide d'ondes omnidirectionnel, relié par un raccord d'alimentation ("feeder") au canal haute fréquence comportant un commutateur d'antennes à ferrite. Cependant le raccord d'alimentation de cette antenne est de conception compliquée, car elle doit non seulement raccorder la sortie du commutateur d'antennes, par exemple de section rectangulaire, au radiateur à fentes sur guide d'ondes de section circulaire, mais aussi réaliser une conversion compliquée de l'onde principale H01 du guide d'ondes rectangulaire en onde symétrique E01 (du type supérieur) dans le guide d'ondes circulaire. Par ailleurs, le commutateur à ferrite introduit des pertes supplémentaires en énergie émise (et captée) et réduit l'efficacité économique de l'antenne. On connaît également une antenne (voir la demande de brevet français NO 2255715, cl. H01 Q 13/02, 1975) comportant un radiateur guide d'ondes sur les parois duquel sont ménagées des fentes émettrices et qui est raccordé au canal haute fréquence. Les fentes s-ont réalisées sur les parois étroites opposées du guide d'ondes rayonnant, tandis qu'au milieu de ses parois larges sont soudées, extérieurement, des plaques métalliques. A l'intérieur du guide d'ondes rayonnant, au milieu de sa paroi large, sont montées des ailettes séparées par des intervalles. Cette conception compliquée de l'antenne est due à la nécessité de former un diagramme de rayonnement omnidirectionnel constitué par la synthèse de deux diagrammes en cardioide formés par les radiateurs à fentes sur les parois étroites dans le plan de l'axe longitudinal orthogonal du guide d'ondes.L'insuffisance du niveau d'intersection des deux diagrammes en forme de cardioide pour une radiation omnidirectionnelle a nécessité l'installation de deux plaques métalliques à l'extérieur, et pour l'accord, d'ailettes à l'intérieur du guide d'ondes rayonnant. Compte tenu des considérations ci-dessus, l'invention vise une antenne susceptible d'assurer la formation d'un diagramme de rayonnement très directif dans le plan de son axe longidutinal et la synthèse d'un diagramme omnidirectionnel dans un plan orthogonal réalisé à un niveau suffisamment élevé d'intersection des diagrammes de rayonnement en cardioide,n'exigeant aucune complication supplémentaire de la conception du guide d'ondes à fentes émettrices. Ce but est atteint du fait que dans une antenne comportant un radiateur à guide d'ondes dans les parois duquel sont pratiquées des fentes émettrices et qui est raccordé à un canal haute fréquence, suivant l'invention ledit radiateur à guides d'ondes est formé par deux guides d'ondes à fentes émettrices pénétrant l'un dans l'autre de façon à présenter ensemble une section droite en croix, l'entrée dudit radiateur guide d'ondes étant raccordée au canal à haute fréquence par l'intermédiaire d'un raccord d'alimentation. Cette réalisation du radiateur guide d'ondes permet d'additionner quatre diagrammes en forme de cardiolde à un niveau assurant l'émission d'un signal total omnidirectionnel. Il est avantageux de doter l'antenne du canal haute fréquence d'un commutateur d'antenne réalisé sous forme d'une connexion en pont dont les sorties sont raccordées aux entrées du raccord d'alimentation, et dont une première et une deuxième entrée sont reliées aux sorties du canal haute fréquence, qui constituent les entrées de raccordement de l'émetteur et du récepteur, respectivement. L'utilisation d'un pont à fentes simplifie la conception du commutateur d'antenne, réduit les pertes en énergie émise (et captée) et améliore son efficacité économique d'utilisation. D'autre part, le pont à fentes est aisément accouplé, au point de vue construction, au raccord d'alimentation par ses sorties, et peut être relié par ses entrées à l'émetteur et au récepteur. Il est raisonnable, dans l'antenne conforme à l'invention, de réaliser le commutateur sous forme d'un circulateur à ferrite raccordé par sa sortie à l'entrée du raccord d'alimentation. Une telle réalisation de l'antenne permet d'utiliser un commutateur d'antenne en combinaison avec une fonction d'alimentation et un radiateur guide d'ondes à section en croix. Dans certains cas, l'utilisation d'un circulateur à ferrite est nécessaire pour réduire la réaction de l'antenne sur l'émetteur, pour assurer des caractéristiques optimales au canal haute fréquence lors du fonctionnement à l'émission (radiation). Il est préférable que les guides d'ondes constituant le radiateur soient réalisés avec des fentes émettrices sur leur parois étroites et/ou larges. L'utilisation de fentes émettrices dans le radiateur guide d'ondes permet de former un rayonnement dirigé dans un plan parallèle à son axe longitudinal et omnidirectionnel (uniforme), ainsi que de forme réglable dans un plan orthogonal. Il est avantageux que l'antenne soit dotée d'un élément de déphasage installé sur le raccord d'alimentation. La construction du raccord d'alimentation ainsi que du commutateur d'antenne détermine le rapport de phase entre les signaux émis par les guides d'ondes à fentes émettrices. Pour établir le rapport de phase voulu entre les signaux émis, et par conséquent, pour assurer la synthèse d'un diagramme omnidirectionnel ou de forme réglable, on utilise l'élément de déphasage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci -apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de l'antenne suivant l'invention; - les figures 2, 3, 4, 5 illustrent des variantes de réalisation du radiateur à guides d'ondes conforme à l'invention; - la figure 6 montre un canal haute fréquence doté d'un commutateur d'antenne sous forme d'un circulateur à ferrite, suivant l'invention. L'antenne conforme à l'invention comporte un radiateur à guides d'ondes 1 (figure 1) formé de deux guides d'ondes 2 et 3 pénétrant l'un dans l'autre de manière à former ensemble une section transversale en croix. Sur les parois étroites des guides d'ondes 2 et 3 sont ménagées des fentes émettrices 4. On peut également prévoir des fentes sur les parois larges des-guides d'ondes 2 et 3. L'intersection des guides d'ondes 3 et 2 est déterminée par l'angle oCforme entre les projections des plans de symétrie parallèles aux parois larges de chacun des guides d'ondes 2 et 3 en section transversale. L'angle oG entre les guides d'ondes 2 et 3 peut être soit un angle droit (figures 2, 3), soit un angle aigu (figures 4, 5). Cet angle OC est déterminé par les prescriptions concernant la forme du diagramme de directivité global du radiateur à guidesd'ondes 1 (figure 1). En particulier, pour former le diagramme omnidirectionnel de rayonnement de l'antenne, il est préférable que l'angle OC entre les guides d'ondes 2 et 3 soit egal à 900. L'entrée du radiateur à guides d'ondes 1 est raccordée par l'intermédiaire d'un raccord d'alimentation ("feeder") 5 à un canal haute fréquence 6. Le canal haute fréquence 6 comporte un commutateur d'antennes 7 avec des entrées 8 et 9 reliées, respectivement, aux sorties 10, 11, pour raccorder l'émetteur 12 et le récepteur 13. Les sorties 14 et 15 du commutateur d'antennes 7 sont raccordées au raccord d'alimentation 5. En qualité de commutateur d'antennes 7 on peut utiliser une connexion en pont, du type en pont à fentes. Le pont à fentes est une jonction de deux guides d'ondes rectangulaires (non représentée) avec une fente sur leur paroi étroite commune. Pour cette raison, les sorties 14 et 15 du commutateur d'antennes 7, lorsqu'il est réalisé sous forme de pont à fentes, sont accouplées organiquement à llentrée du raccord d'alimentation 5, constitué de deux guides d'ondes rectangulaires, se touchant par leurs parois étroites à leur entrée, et pénétrant l'un dans l'autre de manière à former ensemble une section droite en croix à la sortie du raccord d'alimentation 5. Dans le raccord d'alimentation 5 est monté un élément de déphasage 16. S ivant une variante possible de réalisation du commutateur d'antenne 7, celui-ci peut se présenter sous forme d'un circulateur à ferrite 17 (figure 6) raccordé par ses sorties 10 et 11 à l'émetteur 12 et au récepteur 13,respectivement. Le circulateur à ferrite 17 est relié au raccord d'alimentation 5 par un dérivateur 18. L'antenne fonctionne comme suit. L'antenne est montée avec un poste de radionavigation à courte portée sur n'importe quel engin mobile pour assurer la liaison radio avec un répéteur monté au point de navigation. Le fonctionnement de l'antenne va être examiné aux régimes d'émission et de réception du signal. Le signal émis, élaboré dans l'émetteur 12 (figure 1), attaque, à travers la sortie 10 du canal à haute fréquence 6, l'entrée 8 du commutateur d'antennes 7 réalise sous forme d'un pont à fentes (à trois décibels). Si le signal à haute frequence e1 à l'entrée 8 du pont à fentes provenant de l'émetteur 12 est présente sous la forme E étant l'amplitude de l'intensité du champ, la la fréquence circulaire du signal, t, le temps courant, aux sorties 14, 15 du commutateur d'antennes 7 (d pont à fentes) les signaux émis e2 et e3 seront en quadrature et d'amplitude égale, c'est-à-dire que e2=Ej#t e3=E.ej (t-##/2) Il convient de remarquer qu'à l'entrée 9 ne pénètre qu'une très faible portion du signal émis (le découplage est d'environ 20 dB) et le signal à l'entrée est environ agal à Puis, les signaux e2 et e3 passent à travers le raccord d'alimentation 5 et attaquent les entrées des guides d'ondes 2 et-3 du radiateur à guides d'ondes 1. Les guides d'ondes 2 et 3 pourvus des fentes émettrices 4 forment un rayonnement dirigé dans le plan de l'axe longitudinal des guides d'ondes 2 et 3, et à partir des fentes émettrices 4, sur chacune des quatre parois étroites ds guides d'ondes 2 et 3, dans un plan orthogonal à leur axe longitudinal (le plan horizontal) son formés des diagrammes de directivité en forme de cardioïde. Etant donné que le niveau d'intersection des diagrammes en cardiolde est suffisamment élevé, on obtient, si leur phasage est correct, un diagramme de rayonnement total omnidirectionnel. La mise en phase nécessaire des signaux e2 et e3 émis par les guides d'ondes 2 et 3 est réalisée en sélectionnant les longueurs des guides d'ondes constituant le raccord d'alimentation 5 et est corrigée au besoin à l'aide de l'élément déphaseur 16. La forme du diagramme de directivité résultant du radiateur à guides d'ondes 1 dans le plan horizontal peut également être réglée en modifiant l'angle oL entre les guides d'ondes 2 et 3. Lorsque l'antenne fonctionne en régime de réception, les signaux reçus par les fentes émettrices 4 des guides d'ondes 2 et 3 arrivent à travers le raccord d'alimentation 5 aux sorties 14 et 15 du commutateur d'antenne 7, puis à sa sortie 9; le signal arrive ensuite à la sortie 11 du canal à haute fréquence 6, dans le récepteur 13. La formation du diagramme de rayonnement total omnidirectionnel de l'antenne montée sur le poste du système de radio navigation à courte portée et installée sur un engin mobile, est indispensable afin que, pour n'importe quel sens de déplacement de l'engin, la liaison radio avec le réémetteur ne s'interrompe pas, c'est-à-dire pour que le niveau des signaux captés par l'antenne et du signal irradié soient indépendants des coordonnées du point de navigation choisi pour installer le réémetteur, ainsi que de la direction du déplacement de l'engin mobile. Dans les cas où le rayonnement requis de l'antenne n'est pas omnidirectionnel dans le plan horizontal, mais possède une directivité de rayonnement déterminée de l'antenne, on peut régler dans le plan horizontal la forme du diagramme de directivité de l'antenne. L'antenne proposée est particulièrement utilisable pour les systèmes de radionavigation à courte portée assurant l'orientation du mouvement des engins agricoles mobiles avec une distance déterminée entre les passes voisines. Dans ces systèmes, composés d'un poste monté sur un engin et d'un réémetteur installé sur le terrain, on doit utiliser des antennes à efficacité élevée mais de conception simple, à faible encombrement et fiables ce qui, en fin de compte, doit permettre d'améliorer l'efficacité du traitement des sols et des vêgétaux. Ceci est d'autant plus important que l'efficacité spécifique de l'antenne est très importante dans la somme des indices techniques et économiques des dispositifs de réception et d'émission, et en particulier, des systèmes de radionavigation à courte portée. REVENDICATIONS 1. Antenne comportant un radiateur à guides d'ondes (1) dans les parois duquel sont pratiquées des fentes émettrices (4) et qui est raccordé à un canal haute fréquence (6), caractérisée en ce que le radiateur à guides d'ondes (1) est formé par deux guides d'ondes (2, 3) avec des fentes émettrices (4), ces guides pénétrant l'un d-ans l'autre de façon à former ensemble une section transversale cruciforme, l'entrée du radiateur à guides d'ondes (1) étant raccordée par un raccord d'alimentation (5) au canal haute fréquence (6). 2. Antenne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le canal à haute fréquence (6) comporte un commutateur d'antennes (7) réalisé sous forme d'une connexion en pont dont les sorties (14, 15) sont raccordées aux entrées du raccord d'alimentation (5), et dont la première et la seconde entrée (8, 9) sont raccordées aux sorties (10, 11) du ca-nal haute fréquence (6) et constituent des entrées pour le raccordement d'un émetteur (12) et d'un récepteur (13), respectivement. 3. Antenne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le commutateur d'antennes (7) est réalisé sous forme d'un circulateur à ferrite (17) dont la sortie est couplée à l'entrée du raccord d'alimentation (5). 4. Antenne suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que les guides d'ondes (2, 3) du radiateur à guides d'ondes (1) comportent des fentes émettrices (4) sur leurs parois étroites et/ou larges. 5. Antenne suivant l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce qu'elle est dotée d'un élément de déphasage (16) disposé dans le raccord d'alimentation (5).