Brevet FR2589634A1 — publié le 19870507

La présente invention concerne une antenne VHF omnidirectionnelle large bande pour véhicule ou aéronef, et notamment pour hélicoptère. Bien que l'on se référera souvent par la suite au cas particulier d'un hélicoptère, cette application ne doit être considérée comme nullement limitative de l'invention, et ce type d'antenne pourrait être implanté sur tout véhicule, dès lors que i'on recherche un aérien à profil bas. La hauteur disponible sous le fuselage des aéronefs pour la mise en place d'antennes est toujours limitée, tout particulièrement dans le cas des héli coptères où cette hauteur disponible est de l'ordre de 30 à 35 cm. Un problème similaire se pose pour les véhicules terrestres, dont le gabarit en hauteur doit être limité, et où il est toujours souhaitable de conserver un "profil bas". Ces limitations excluent l'emploi de dipôles ou de fouets classiques "quart d'onde" pour la gamme VHF, dont les longueurs d'ondes maximales sont de l'ordre de 10 m. On utilise alors généralement sous le fuselage de l'appareil, ou sur le toit du véhicule, une antenne de type fouet capacitif, c'est-à-dire une antenne fouet classique de hauteur réduite, dont l'extrémité émergente est chargée par une capacité de forte valeur. Néanmoins, ce type d'antenne présente un coefficient de surtension élevé, dû à une résistance de rayonnement très faible, et d'autant plus faible que la hauteur effective (sensiblement égale à la hauteur réelle) de l'antenne est faible. Ce coefficient de surtension élevé n'est pas compatible avec une utilisation en large bande sans introduction de pertes d'adaptation importantes. Par ailleurs, il serait compatible pour une antenne de type accordable, mais cette solution exclut le partage par plusieurs émetteurs émettant simultanément à des fréquences trop différentes. L'invention a pour objet de résoudre ces difficultés, en proposant une antenne VHF large bande qui possède un diagramme de rayonnement aussi omnidirec tionnel que possible, permette le fonctionnement simultané de plusieurs émetteurs à des fréquences différentes, même éloi gnées, n n'amène que des pertes d'insertion haute fréquence réduites au minimum, et respecte des exigences très strictes d'encombrement en hauteur, indispensables par exemple à la mise en place sous le fuselage d'un aéronef. Compte tenu de la faible hauteur disponible, une structure rayonnante de type fouet aurait présenté une surtension élevée et aurait été très difficile à adapter sans introduction de pertes importantes. C'est pourquoi il a été choisi des structures rayonnantes allongées de type boucle ou fente, qui offrent l'avantage de présenter une surtension beaucoup plus faible que les fouets de faible hauteur. On sait en effet (principe de Babinet) que, du point de vue surtension, une fente horizontale est équivalente à un dipôle vertical de même dimension, et que d'autre part une boucle est plus favorable qu'un dipôle (hauteur égale au diamètre). Un tel dipôle, s'il est court devant la longueur d'onde, présente un coefficient de surtension qui diminue en fonction de l'augmentation de hauteur effective et comme le carré de celle-ci. En conséquence, une fente plus longue qu'un dipôle aura une surtension plus basse, un rapport de 2 sur les longueurs conduisant à un rapport de 4 sur les surtensions. Cependant, ce type d'antenne présente un désavantage du point de vue du diagramme de rayonnement celui-ci n'est plus omnidirectionnel (comme pour un dipôle vertical) mais sinusoldal en azimut, ce qui est inacceptable compte tenu des exigences indiquées plus haut (la figure 3 illustre par exemple un diagramme relevé pour une boucle B ou une fente F unique, pour des fréquences de 50 et 100 MHz). On rappellera par ailleurs que, du point de vue radio-électrique, la boucle et la fente sont deux éléments qui produisent des diagrammes de rayonnement identiques, à une quadrature géométrique près. Pour retrouver un diagramme omnidirectionnel, il est proposé d'associer à cette boucle (ou cette fente) une seconde boucle (ou une seconde fente) disposée en quadrature géométrique par rapport à la première. Pour résoudre le problème du couplage permettant d'associer ces deux antennes, il est proposé d'assurer leur alimentation en quadrature de phase par une jonction hybride appropriée. I1 devient possible de coupler ainsi, sans pertes d'adaptation, deux émetteurs à ce système d'aériens, et tout en conservant pour chacun d'eux un diagramme omnidirectionnel. Plus précisément, selon l'invention, l'antenne, qui est reliée à deux voies émettrices susceptibles d'émettre simultanément et à des fréquences différentes, est caractérisée en ce qu'elle comporte deux aériens de type boucle ou fente disposés en quadrature géométrique, ces deux aériens étant alimentés respectivement en quadrature de phase par les signaux des deux voies ou groupes de voies émettrices. Avantageusement, l'alimentation des aériens est réalisée par un coupleur 3dB dont les entrées reçoivent les signaux issus des deux voies ou groupes de voies émettrices et dont les deux sorties sont respectivement reliées à chacun des deux aériens. Du point de vue mécanique, dans le cas des aériens de type boucle, l'antenne est avantageusement réalisée de sorte que chacune des boucles est constituée de deux bras symétriques, chacun des bras étant fixé à son extrémité distale à un élément de superstructure en partie basse de l'aéronef, et à son autre extrémité à un bottier commun contenant les organes de couplage aux voies ou groupes de voies émettrices et les organes d'adaptation des aériens. Dans le cas d'un hélicoptère, l'extrémité distale de chaque bras peut notamment être fixée au marchepied de l'appareil au moyen d'un collier de fixation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue schématique de l'antenne selon l'invention, la figure 2 montre, en perspective, la réalisation mécanique de cette antenne, les figures 3 et 4 sont des diagrammes de rayonnement, respectivement pour une boucle ou fente unique et pour l'antenne complète de l'invention. La figure 1 représente schématiquement la structure de l'antenne de l'invention, du point de vue radio-électrique. Deux aériens 10, 10' de type boucle ou fente sont alimentés symétriquement par des filtres d'adaptation 13, 13' et des atténuateurs éventuels 14, 14' (ces éléments étant en eux-m8mes parfaitement classiques). Les deux lignes d'alimentation L, L' des aériens sont reliées aux deux sorties d'une jonction hybride 0-900, par exemple un coupleur 3dB d'un type classique utilisé dans d'autres applications pour coupler deux émetteurs à deux antennes (dont une peut être éventuellement fictive). Un coupleur approprié est par exemple le coupleur STAREC type 1338. Les deux entrées e1 et e2 du coupleur peuvent être reliées directement aux deux émetteurs devant fonctionner simultanément. Sur la figure 1 il a été illustré une configuration particulière à quatre émetteurs, avec possibilité de commutation prioritaire sur deux émetteurs dtermins. La commutation est effectuée par le basculement simultané de quatre relais HF 31, 32, 33, 34 par envoi d'un signal de commande de priorité P. Dans la position représentée sur la figure, les deux voies émettrices El et E2 sont reliées directement aux deux entrées el et e2 du coupleur 20. Dans cette position "émetteurs prioritaires le rayonnement de la puissance maximale est assuré simultanément pour les voies El et E2. Après basculement des relais, la position "quatre émetteurs" conduit à associer les voies émettrices El et E3 d'une part, et E2 et E4 d'autre part en deux groupes de voies au moyen a d'un coupleur 3 dB respectif 41, 42 dont une sortie alimente les entrées el et e2 du coupleur 20, et dont l'autre sortie est reliée à une charge fictive 43, 44. Dans cette position, les quatre voies vont pouvoir émettre simultanément, mais avec une perte d'insertion de 3 dB pour chaque émetteur. La figure 2 illustre la structure mécanique de l'antenne de l'invention. Chacun des aériens 10, 10'de la figure 1 se compose de deux bras symétriques 11, 12 et 11', 12', disposés de sorte que les deux aériens soient orientés à 900. Plus précisément, chacun des bras peut être fixé à son extrémité distale au marchepied 70 de l'hélicoptère par un collier de fixation 80, l'autre extrémité étant fixée à un bottier commun 50, placé centralement, contenant tous les composants d'adaptation et de couplage illustrés sur la figure 1, ne laissant émerger en partie supérieure que les quatre fiches coaxiales El à E4 pour le raccordement aux émetteurs et une fiche P de commande de priorité. La flèche 60 illustre le sens de déplacement de l'hélicoptère. Cette structure rend l'antenne démontable, avec une mise en place et un démontage très rapides. La hauteur h, de l'ordre de 300 mm, reste dans les limites imposées afin de conserver une garde au sol suffisante ; la dimension diagonale Q est de l'ordre de 2000 mm. Le diagramme de la figure 4, relevé pour deux fréquences de 50 MHz et 100 MHz, montre la très bonne omnidirectionnalité de l'antenne de l'invention, notamment par rapport à une antenne boucle ou fente, comme illustré sur le diagramme de la figure 3 relevé dans les mêmes conditions expérimentales. REVENDICATIONS 1. Une antenne VHF omnidirectionnelle large bande pour véhicule ou aéronef, et notaient pour hélicoptère, reliée à deux voies (e1, e2) ou groupes de voies (E1,E2 ; E3, E4) émettrices susceptibles d'émettre simultanément et à des fréquences différentes, caractérisée en ce qu'elle comporte deux aériens(10, 10') de type boucle ou fente disposés en quadrature géométrique, ces deux aériens étant alimentés respectivement en quadrature de phase par les signaux des deux voies ou groupes de voies émettrices. 2. Une antenne selon la revendication 1, dans laquelle l'alimentation des aériens est réalisée par un coupleur 3dB (30) dont les entrées reçoivent les signaux issus des deux voies ou groupes de voies émettrices et dont les deux sorties sont respectivement reliées à chacun des deux aériens. 3. Une antenne selon la revendication 1, avec des aériens de type boucle, dans laquelle chacune des boucles (10 ; 10') est constituée de deux bras (11, 12 t 11', 12') symétriques, chacun des bras étant fixé à son extrémité distale à un élément de superstructure (70) en partie basse de l'aéronef, et à son autre extrémité à un bottier commun (50) contenant les organes de couplage (20, 31, 32, 33, 34, 41, 42) aux voies ou groupes de voies émettrices et les organes d'adaptation (13, 14, 13', 14') des aériens. 4. Une antenne selon la revendication 3, pour un hélicoptère, dans laquelle l'extrémité distale de chaque bras est fixée au marchepied (70) de l'hélicoptère au moyen d'un collier de fixation (80).