Brevet FR2600216A1 — publié le 19871218

La présente invention concerne une antenne haute fréquence et plus particulierement une antenne hautefréquence a rotation de phase en fonction de l'orientation. Ce type d'antenne est généralement utilisé pour émettre ou recevoir un signal haute fréquence et peut être mis en oeuvre pour réaliser un goniometre, un localiseur par triangulation ou encore une antenne omnidirectionnelle de dimensions réduites, c'est-â-dire une antenne dont l'amplitude du signal capté ne dépend pas de l'orientation de cette antenne. On connait des antennes du genre précité qui comprennent au moins deux circuits pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence, chacun de ces circuits comportant un circuit d'accord et un circuit de couplage de signal haute fréquence qui comprennent chacun au moins une bobine d'inductance, chaque ensemble de bobines d'inductance qui forme un circuit pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence étant disposé suivant au moins un axe qui forme un angle prédéterminé avec celui d'un ensemble adjacent, ces antennes comprenant en outre un circuit de sommation des signaux de tension présents aux bornes des circuits de couplage. Le circuit de so-mmation des antennes connues comprend une résistance montée en série avec un condensateur et présente l'inconvénient majeur d'introduire une perte en gain du signal haute fréquence, ou perte d'insertion, qui est importante, de l'ordre de 15 dB. On connait également des antennes omnidirectionnelle "ground-plan" qui comprennent un pylone d'une hauteur de 25 m pour une fréquence de 3 MHz et qui sont par consequent tres encombrantes. Un but de la présente invention est de proposer une antenne haute frequence à rotation de phase en fonction de l'orientation du genre précité dont le circuit de sommation ne presente pas l'inconvénient mentionné ci-dessus. Un autre but de l'invention est de proposer une antenne omnidirectionnelle de dimensions réduites qui puisse être aisément transportable ou embarquée à bord d'un véhicule. Ainsi, l'antenne haute fréquence suivant 1 'inven- tion est caractérisée en ce que le circuit de sommation comprend des composants électriques dont les valeurs sont choisies pour que l'amplitude du signal résultant de la sommatio-n soit sensiblement égale à celle des signaux aux bornes des enroulements de couplage quelle que soit l'orientation de l'antenne et pour que l'impédance aux bornes de l'antenne côté utilisation soit égale à 1 'impé- dance aux bornes des enroulements de couplage. De préférence, la perte en gain de signal haute fréquence introduite par le circuit de sommation est inférieure ou égale à 3 dB. Selon une variante de réalisation, les composants du circuit de sommation sont choisis de manière que la fréquence d'utilisation de l'antenne puisse être variable. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, l'antenne comprend une paire de circuits pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence qui est disposée de sorte que les signaux aux bornes de leur circuit de couplage soient déphasés de O ou s selon l'orientation de l'antenne et le circuit de sommation comprend une bobine d'inductance et un condensateur qui sont montés en série entre les deux enroulements de couplage, les bobines d'inductance formant les enroulements de couplage et d'accord étant disposées sur des barreaux en ferrite assemblés en forme de croix dont les branches sont orthogonales deux à deux, la jonction de ces barreaux étant réalisée sans entrefer. De préférence, les enroulements formant les circuits d'accord et de couplage de l'antenne sont montés sur un support dont le plan est parallèle à l'axe de ces enroulements. On réalise ainsi une antenne à rotation de phase en fonction de l'orientation de dimensions réduites dont l'installation sur un mobile tel qu'un véhicule est aisée ou qui peut être portative. D'autres particularités et avantages de l'invention résulteront encore de la description qui va suivre de modes de réalisation particuliers d'une antenne conforme à l'invention. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est un schéma du circuit électrique équivalent d'une antenne suivant une première forme de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus d'une antenne suivant le schéma de la figure 1 - la figure 3 est une vue suivant la flèche de la figure 2, - les figures 4 et 5 sont des vues représentant schématiquement des variantes de réalisation d'une antenne suivant le schéma de la figure i, - la figure 6 est un schéma du circuit électrique équivalent d'une antenne suivant une seconde forme de réalisation de l'invention, - les figures 7 à 9 sont des vues représentant schématiquement des formes de Wréalisation d'une antenne suivant le schéma de la figure 6, - les figures 10 à 12 représentent des formes de réalisation des circuits pour la réception ou l'émission d'un signal haute fréquence pour une antenne selon 1 'inven- tion, - la figure 13 est un schéma de montage qui permet de vérifier qu'une antenne suiva-nt l'invention est bien du type à rotation de phase en fonction de 1 'orien- station, - les figures 14 à 17 donnent l'allure des signaux obtenus à partir du montage de la figure 13, - les figures 18 et 19 sont des schémas simplifiés illustrant des applications de l'antenne conforme à 1 'in- vention. Suivant une première forme de réalisation illustrée à la figure 1, une antenne haute fréquence conforme à 11 invention comprend essentiellement deux circuits 1, 2 pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence et un circuit de sommation 3. Chaque circuit émetteur ou récepteur 1, 2 comporte un circuit d'accord 4 sur la fréquence de travail de l'antenne et un circuit de couplage 5 de signal haute fréquence qui interagissent de manière classique. Chaque circuit d'accord 4 comprend un condensateur 6 monté en parallèle avec une bobine d'inductance 7 couplée magnétiquement avec la bobine d'inductance 8 du circuit de couplage 5 associé, l'une des bornes de chaque bobine de couplage 8 étant reliée à la masse par l'intermédiaire d'une liaison coaxiale 10.L'impédance vue aux bornes de chaque enroulement de couplage est réglée par la valeur de l'inductance de la bobine 8 à une valeur prédéterminée, par exemple 50 ohms. Le circuit de sommation 3 comprend une bobine d'inductance 11 montée en série avec un condensatur 12, la bobine 11 et le condensateur 12 étant respectivement montés en série avec la bobine 8 de l'un des circuits de couplage 5. Le point commun 3 à la bobine 11 et au condensateur 12 est relié par une liaison coaxiale 14 à l'utilisation (non représentée). En pratique, chaque ensemble de bobines d'inductance 7, 8 qui définit un circuit 1, 2 pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence est disposé suivant un axe qui forme un angle de s/2 avec celui de l'ensemble adjacent, de sorte que les signaux de tension ou forces électromotrices aux bornes des circuits de couplage 5 sont déphasés de O ou E selon l'orientation de l'antenne.Les valeurs de l'inductance de la bobine 11 et de la capacité du condensateur 12 sont ainsi choisies pour que les signaux aux bornes des enroulements de couplage 8 soient déphases de n/2 après déphasage respectif de + tir/4 et - n/4 de sorte que la somme de ces signaux soit sensiblement constante quelle que soit l'orientation de l'antenne et pour que I'impédance de l'antenne coté utilisation so'it égale à l'impédance "vue" en sortie des enroulements de couplage 8, soit dans l'exemple illustré 50 ohms. Le calcul des valeurs donnent dans ces conditions, dans l'exemple, pour le condensateur 12 une capacité d'environ 960 pF et pour la bobine 11, une inductance d'environ 2,40 uX. Le demandeur a également vérifié par le calcul que la perte en gain de signal haute fréquence introduite par le circuit de sommation 3 (perte d'insertion) n'est pas supérieure à 3 dB.. Les circuits d'accord 4, de couplage 5 et de sommation 3 sont illustrés à la figu-re 1 sous leur forme de réalisation la plus simple. Des variantes de réalisation sont envisageables selon les caractéristiques de fonctionnement désirées 5 de l'antenne. Ainsi, les composants électriques 11, 12 qui forment le circuit de sommation 3 peuvent être à valeur réglable, de sorte que la fréquence d'utilisation de l'antenne et son impédance puissent etre variables. Il en est de même des composants qui constituent les circuits d'accord 4 et de couplage 5. Ainsi, à la figure 10, le circuit d'accord 4 comprend un condensateur à capacité variable 6 et le circuit de couplage 5 compren-d un condensateur 9 monté en série avec la bobine d'inductance 8 et dont la capacité est choisie pour ajuster l'impédance de couplage à la valeur désire. A la figure 11, la bobine d'inductance du circuit d'accord 4 est à inductance réglable. Le condensateur 9 du circuit de couplage 5 est également à capacité variable. La figure 12 illustre une troisième variante de réalisation dans laquelle les circuits d'accord 4 et de couplage 5 comprennent en outre une diode à capacité variable 15 reliée en parallèle avec la bobine d'inductance 7 et en série avec celle 8 du circuit correspondant 4, 5.Les condensateurs 6 et 9 de forte valeur permettent la commande des diodes à capacité variable 15 en courant continu en assurant l'isolement et en se comportant en court-circuit en haute fréquence. Aux figures 2 et 3, on a illustré une forme de réalisation concrete de l'antenne suivant le schéma électrique équivalent de la figure 1, réalisation dans laquelle il convient impérativement de réaliser une parfaite symétrie mécanique et électrique de manière à ce qu'aucun couplage n'apparaisse entre les circuits d'orientation différente. Les enroulements de couplage et d'accord 7, 8 sont disposés sur des barreaux en ferrite 16 assemblés en forme de croix dont les branches sont orthogonales deux à deux. Dans l'exemple illustré, on a disposé à chaque extrémité opposée de deux barreaux 16 coaxiaux une bobine d'inductance 7a dont la valeur correspond à une demi-fois celle de la bobine d'accord 7 (par exemple i L1 ou L3) de chaque circuit émetteur ou récepteur et entre la jonction centrale 18 des barreaux 16 et les bobines 7a, une bobine d'inductance 8a dont la valeur correspond à une demi-fois celle de la bobine de couplage 8 (par exemple respectivement i L2 et i L4) de chaque circuit émetteur ou récepteur. Une disposition inversée pourrait etre retenue, c'est-à-dire que les enroulements de couplage 8a pourraient être disposés à la place des enroulements d'accord 7a et vice-versa. Il est essentiel pour le bon fonctionnement de l'antenne que la jonction 18 des barreaux 16 se fasse sans couplage magnétique et par conséquent que l'assemblage de ces barreaux soit réalisé sans entrefer. Ainsi, les extrémités intérieures des barreaux 16 sont taillées à 90" à la meule de diamant, de manière à présenter un état de surface parfait et maintenues solidement sous pression les unes contre les autres par une bague d'assemblage en matiere isolante 17. Celle-ci qui est d'épaisseur supérieure au diamètre des barreaux 16 et est traversée par ces barreaux, entoure avec un jeu 19 la jonction 18, ce jeu 19 étant comblé par une matière d'assemblage à retrait ou "potting" telle que l'araldite (résine époxy). La croix ou le "cadre" ainsi formé est monté (figure 3) sur un support qui comporte un pied 20 et une embase 21 dont le plan est parallele a l'axe des enroulements d'accord et de couplage 7a, 8a. L'embase 21 peut être en matériau magnétisé de manière à être fixée par aimantation sur la carrosserie métallique d'un véhicule. On n'a pas représenté sur les figures 2 et 3 les condensateurs d'accord et les composants du circuit de sommation dont la mise en place ne présente pas de difficultés particuliernes. Suivant des variantes de réalisation, les enroulements de couplage et d'accord 7a, 8a peuvent être placés sur quatre barreaux en ferrite 16 non jointifs disposés dans un même plan suivant les quatre cotés d'un carré (figure 4) ou sur une paire de barreaux en ferrite 16 orthogonaux, également non jointifs, et espacés par un écran de blindage 22 (figure 5). Selon une seconde forme de réalisation, illustrée à la figure 6, une antenne conforme à l'invention comprend deux paires de circuits 1, 2 pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence identiques à ceux du schéma de la figure 1, chaque paire de circuits 1, 2 étant reliée à un circuit de sommation 3 également identique à celui du schéma de la figure 1. Le point milieu 13 de chacun des circuits de sommation 3 est relié en série avec l'un des deux enroulement primaires 25 à point milieu à la masse d'un transformateur symétrique-asymétrique 26 qui assure la sommation des signaux présents aux bornes de chacun de ces circuits de sommation 3. Ainsi, par exemple, un signal capté par l'antenne sera recueilli aux bornes de l'enroulement secondaire 27 du transformateur 26. En pratique, les quatre ensembles de bobines d'inductance 7, 8 qui définissent chacun un circuit émetteur ou récepteur 1, 2 de signal haute fréquence sont disposés de sorte que le signal de tension aux bornes de l'enroulement de couplage du premier ensemble d'une paire de circuits émetteurs ou récepteurs soit déphasé de s/2 par rapport au signal de tension aux bornes de l'enroulement de couplage du second ensemble de la meme paire. Le même raisonnement s'applique aux deux ensembles de bobines d'inductance de l'autre paire de sorte que les signaux de tension qui apparaissent aux bornes des deux circuits de sommation 3 sont en opposition de phase. Le transformateur symétriqueasymétrique 26 assure ainsi de manière classique la sommation de ces deux signaux de tension. Dans le circuit électrique équivalent de la figure 6, les quatre ensembles de bobines 7, 8 sont disposés selon quatre axes orthogonaux deux à deux. Les figures 7 a 9 illustrent de manière schématique différentes dispositions pratiques des ensembles de bobines 7, 8 symbolisés par leurs axes. Aux figures 7 et 8, tous les axes sont dans un même plan tandis que sur la figure 9, ils s'étendent suivant quatre plans distincts séparés par un écran de blindage 22. Comme dans l'exemple illustré à la figure 2, les bobines d'inductance d'accord et dé couplage peuvent etre placées sur des barreaux de ferrite. La figure 13 représente un montage d'essai d'une antenne 30 conforme à l'invention dans lequel on utilise un générateur haute fréquence 31 relié d'autre part à une boucle d'émission 32 et d'autre part à la première voie d'un oscilloscope double trace 33 tandis que le signal de tension capté par l'antenne 30 est envoyé sur la deuxième voie de cet oscilloscope 33. L'antenne 30 par exemple du type de celle représentée sur la figure 2, est en outre montée sur un pivot central (non représenté) qui permet une rotation de 360" du "cadre" formé par les branches de cette antenne dont le plan est perpendiculaire au plan de la boucle d'émission 32.Les figures 14 à 17 donnent l'allure des signaux visualisés par 1 'oscil- otoscope 33, c'est-a-dire le signal 34 (a phase constante) émis par la boucle d'émission 32 et le signal 35 capté par l'antenne 30, lorsque l'antenne pivote d'un angle déterminé (90 pour la figure 15, 1800 pour la figure 16 et 270 pour la figure 17) par rapport à une posit-ion de référence dans laquelle les signaux 34 et 35 sont en phase (figure 14). Aux figures 15 à 17, on voit que le déphasage entre les signaux 34 et 35 est égal à l'angle de rotation de l'antenne 30 par rapport à la boucle d'émission 32, ce qui tend à confirmer que l'antenne conforme à l'invention est bien une antenne à rotation de phase en fonction de l'orientation.On constate également que l'amplitude du signal capté par 1 tantenne 30 ne dépend pas de l'orientation de celle-ci. Ainsi une telle antenne peut etre avantageusement appliquée à la réalisation d'une antenne omnidirectionelle de dimensions réduites et qui peut être équipée d'un amplificateur de gain pour compenser les pertes inhérentes à la réduction de la surface de captage de l'antenne. Une antenne conforme à l'invention peut tre également utilisée pour réaliser un goniomètre (figure 18). En utilisant une électronique de comparaison de phase appropriée 42, on détermine la direction d'une antenne émettrice 41 en comparant le déphasage entre le signal capté par l'antenne 30 suivant l'invention et un signal fixe émis par exemple par une antenne omnidirectionnelle 40, En utilisant deux goniomètres 43 du genre ci-dessus espacés d'une distance D déterminée (figure 19), on peut également déterminer la distance à l'émetteur 41 par triangulation à partir des données d'angles a et ss Un boitier de traitement électronique 44 affiche automatiquement distance et direction de l'émetteur 41 dès le début de l'émission. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ceux-ci sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi l'antenne pourrait être utilisée également pour réaliser un mesureur de-champ haute fréquence de précision. Par ailleurs, les inductances 7a, 8a au lieu d'être disposées sur des barreaux en ferrite pourraient être enroulées sur deux disques ou cylindres en matière isolante perpendiculaires l'un à l'autre et ayant un centre commun. REVENDICATIONS 1. Antenne haute fréquence comprenant au moins deux circuits (1, 2) pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence, chacun de ces circuits comportant un circuit d'accord (4) et un circuit de couplage (5) de signal haute fréquence qui comprennent chacun au moins une bobine d'inductance 7, 8), chaque ensemble de bobines d'inductance (7, 8) qui forme un circuit (1, 2) pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence étant disposé suivant au moins un axe qui forme un angle prédéterminé avec celui d'un ensemble adjacent, cette antenne comprenant en outre au moins un circuit de sommation (3) des signaux de tension présents aux bornes des circuits de-couplage (5), caractérisée en ce que ce circuit de sommation (3) comprend des compqsants électriques (11, 12) dont les valeurs sont choisies pour que l'amplitude du signal de tension résultant de la sommation soit sensiblement égale à celle des signaux aux bornes des enroulements de couplage (8) et pour que l'impédance aux bornes de l'antenne côté utilisation soit égale à l'impédance à la sortie des enroulements de couplage (8). 2. Antenne conforme à la revendication 1-, caractérisée en ce que la perte en gain de signal haute fréquence introduite par le circuit de sommation (3) est inférieure ou égale à 3 dB. 3. Antenne conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les composants (11, 12) du circuit de sommation (3) sont choisis de façon que la fréquence d'utilisation de l'antenne puisse être variable. 4. Antenne conforme à l'une des revendications 1 à 3, cette antenne comprenant au moins une paire de circuits (1, 2) pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence qui est disposée de sorte que les signaux de tension aux bornes de leur circuit de couplage (5) soient déphasés de O ou fl selon l'orientation de l'antenne, caractérisée en ce que le circuit de sommation (3) comprend une bobine d'inductance (11) et un condensateur (12) qui sont montés en série entre les deux enroulements de couplage (8) desdits circuits de couplage (5). 5. Antenne conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que les bobines d'inductance (7a, 8a) formant les enroulements de couplage (8) et d'accord (7) sont disposées sur des barreaux en ferrite (16) assemblés en forme de croix dont les branches sont orthogonales deux à deux, la jonction (18) de ces barreaux (16) étant réalisée sans couplage magnétique. 6. Antenne conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que les enroulements d'accord et de couplage (7a, 8a) sont disposées sur une paire de barreaux de ferrite (16) orthogonaux et séparés par un ecran de blindage (22). 7. Antenne conforme à la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend deux paires de circuits (1, 2) pour l'émission ou la réception d'un signal haute fréquence, chaque paire de -circuits (1, 2) étant reliée à un circuit de sommation (3) comportant une bobine d'in-ductance (11) et un condensateur (12) reliés en série, et que les signaux de tension aux bornes de ces circuits de sommation (3) sont additionnés par un transformateur symetrique-asymétrique (26). 8. Antenne conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les enroulements (7a, 8a) formant les circuits d'accord et de couplage (4, 5) de l'antenne sont montés sur un support (21) dont le plan est parallèle à l'axe de ces enroulements (7a, 8a). 9. Application d'une antenne conforme à l'une des revendications précédentes à la réalisation d'uneantenne omnidirectionnelle de dimensions réduites. 10. Application d'une antenne conforme à l'une des revendications 1 à 8 à la réalisation d'un goniomètre, application dans laquelle cette antenne (30) est util-isée pour déterminer la direction d'une antenne émettrice (41) par comparaison d'un signal haute fréquence fixe et du signal capté par l'antenne (30) en fonction de son orientation par rapport à l'émetteur (41). 11. Application d'une antenne conforme à l'une des revendications 1 à 8 à la réalisation d'un localiseur, application dans laquelle deux goniomètres (43) équipés de cette antenne sont utilisés pour déterminer la position d'un émetteur (41) par triangulation.