Brevet FR2599560A1 — publié le 19871204

La présente invention concerne un câble-antenne à induction pour radiocommunications à appareils mobiles, par exemple sur une route, une ligne de chemin de fer, dans un tunnel ou analogue. La figure 1 montre un câble-antenne à induction connu pour radiocommunications. Ce câble coaxial comporte un noyau 1 en matériau magnétique ou isolant, qui est couvert successivement par un conducteur intérieur 2, un isolant 3, un conducteur extérieur 4 et une gaine 5. Les conducteurs intérieur 2 et extérieur 4 sont formés par enroulement en hélice de conducteurs sur le noyau 1 respectivement 10 sur l'isolant 3, le conducteur intérieur 2 ayant un sens d'hélice contraire à celui du conducteur extérieur 4. Un courant circulant entre les conducteurs intérieur et extérieur produit ur. rayonnement inductif dans l'espace à l'extérieur du câble-antenne et ce rayonnement peut être capté par une antenne 15 sur un véhicule en mouvement. Cependant, la perte de transmission avec ce câble-antenne à induction connu est très importante, ce qui pose le problème que l'installation de radiocommunication nécessite un grand nombre de répéteurs lorsque le câble-antenne s'étend sur une grande distance, 20 ce qui rend l'installation onéreuse. L'invention vise par conséquent à procurer un câble-antenne à induction ayant une faible perte de transmission. Selon l'invention, un câble-antenne à induction pour radiocommunications, comprenant un noyau, un conducteur intérieur enroulé 25 en hélice autour du noyau, un isolant entourant le conducteur intérieur et un conducteur extérieur enroulé en hélice autour de l'isolant, est caractérisé en ce que les deux conducteurs ont le même sens d'hélice et que le pas d'enroulement du conducteur extérieur est 2 à 3 fois plus grand que le pas d'enroulement du conducteur intérieur. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 montre un câble-antenne à induction pour radio35 communications de type connu, déjà décrit; la figure 2 est une vue analogue d'un câble selon un mode de réalisation de l'invention; et les figures 3 et 4 sont des graphiques représentant les valeurs d'inductance en fonction du rapport des spires des conduc5 teurs intérieur et extérieur dans un câble-antenne selon l'invention, la figure 3 indiquant la valeur d'inductance du conducteur extérieur et la figure 4 indiquant la valeur d'inductance totale. Le câble-antenne selon l'invention convient pour des communications à grande distance, sa perte de transmission est réduite et 10 il permet d'obtenir une intensité de champ électrique élevée. A la différence du câble-antenne connu décrit dans ce qui précède, les deux conducteurs du câble-antenne de l'invention ont le même sens d'enroulement, avec le résultat qu'un signal de source d'énergie à haute fréquence excite un circuit à retour par la terre, 15 de manière à permettre la réception par une antenne de n'importe quel appareil radioélectrique mobile se trouvant au voisinage. A la suite de recherches plus poussées pour augmenter l'intensité du champ électromagnétique produit à l'extérieur du câble-antenne à induction selon l'invention, la Demanderesse a découvert que l'on peut obtenir ce résultat en maintenant le rapport des pas d'enroulement des conducteurs intérieur et extérieur dans une plage définie.. La figure 2 représente un mode de réalisation d'un câbleantenne selon l'invention. Le noyau central 11 de ce cable est en 25 matériau magnétique ou isolant, notamment en matériau magnétique ayant une perméabilité magnétique supérieure à l'unité. Le conducteur intérieur 12 est formé par enroulement en hélice d'un fil de cuivre autour du noyau Il, avec un pas d'enroulement A. Le conducteur intérieur est couvert par un isolant 13. Le conducteur extérieur 30 14 est formé par enroulement en hélice d'un fil de cuivre autour de l'isolant 13, avec un pas d'enroulement B. Le conducteur extérieur est recouvert par une gaine en plastique 15. Le sens d'enroulement du fil de cuivre formant le conducteur intérieur 12 est le même que celui du conducteur extérieur 14 35 et le pas B de ce dernier n'est pas moins de deux fois et pas. plus de trois fois le pas d'enroulement A du conducteur intérieur 12. Comme on peut le voir sur la figure 2, il n'est pas nécessaire que les conducteurs intérieur 12 et extérieur 14 soient formés chacun par un seul conducteur, mais peuvent être composés chacun d'un certain nombre de brins ou filaments parallèles. Dans ce cas, les pas A et B sont les pas d'enroulement ou distances entre les spires successives du même brin conducteur et non pas les distances entre les brins parallèles voisins. La raison pourquoi le pas B doit être compris entre deux 10 et trois fois le pas A sera expliquée ci-après. Avec le câble selon l'invention, un circuit entre la terre et le conducteur extérieur est excité par l'inductance du conducteur extérieur, faisant circuler un courant de terre à travers ce circuit, si bien qu'un champ électromagnétique de forte intensité est induit 15 dans l'espace extérieur. L'intensité de ce champ électromagnétique est proportionnelle à ZT/ o ZT représente l'impédance de couplage du conducteur extérieur et 4 représente la constante de déphasage du câble coaxial. Autrement dit, pour augmenter l'intensité du champ électro20 magnétique extérieur, l'impédance de couplage ZT du conducteur extérieur doit être accrue; donc, l'inductance L du conducteur extérieur dans le circuit à retour par la terre doit être grande parce que ZT = juL. Il est également nécessaire de faire en sorte que la constante de déphasage 4 du câble coaxial ne soit pas élevée, donc de 25 rendre l'inductance totale L0 du câble coaxial faible. L'inductance L et l'inductance mutuelle M12 des conducteurs intérieur et extérieur peuvent être exprimées comme suit: Conducteur intérieur: L= ira Ji N1 1 1 0lp 1 M12 1 sa P1 l2 Conducteur extérieur: L2 = N22Oo{a2Ji +(b2 - a2)} 2 2 2 M12 = a PoN1N2 o A représente le rayon du noyau; m1 le coefficient de perméabilité du noyau 1; p0 la constante de perméabilité de l'espace libre; N1 le nombre de spires de l'hélice intérieure sur une longueur unitaire; N2 le nombre de spires de l'hélice extérieure sur la même longueur unitaire; et b le rayon de l'hélice extérieure. Les pas d'enroulement étant inversement proportionnels aux nombres de spires, A/B = N2/N1. Par conséquent, les conditions dans lesquelles l'inductance du conducteur extérieur dans le circuit à retour par la terre, L = M12 - L2, est rendue maximale et l'inductance totale LO = L1 - 2M12 + L2est rendue minimale, peuvent être calculées comme illustré sur les figures 3 et 4 (calculs pour b = 2a). Ainsi qu'il ressort des graphiques des figures 3 et 4, l'inductance L du conducteur extérieur peut être rendue presque maximale et l'inductance totale LO peut être rendue aussi faible que possible si le rapport de spires N2/N1 est limité à la plage allant de 1/3 à 1/2. Ainsi qu'il a été décrit dans ce qui précède, dans un câbleantenne à induction pour radiocommunications selon l'invention, les conducteurs intérieur et extérieur sont enroulés dans le même sens et leurs pas d'enroulement sont définis. Il devient ainsi possible d'obtenir un cable avec une faible perte de transmission et capable 20 de créer un champ électromagnétique de forte intensité, ce qui était irréalisable dans l'art antérieur. Donc, le câble selon l'invention est très avantageux lorsqu'il est employé dans une installation de radiocommunication à induction nécessitant des communications à grande distance. R E V E N D I CATIONS 1. Câble-antenne à induction pour radiocommunications, comprenant un noyau (11), un conducteur intérieur (12) enroulé en hélice autour du noyau, un isolant (13) entourant le conducteur intérieur et in conducteur extérieur (14) enroulé en hélice autour de l'isolant, caractérisé en ce que les deux conducteurs (12,14) ont le même sens d'hélice et que le pas d'enroulement (B) du conducteur extérieur (14) est deux à trois fois plus grand que le pas d'enroulement (A) du conducteur intérieur (12). 2. Câble-antenne selon la revendication 1, dont le noyau (11) est fait d'un matériau magnétique dont la perméabilité magnétique est supérieure à l'unité.