Brevet FR2602097A1 — publié le 19880129

260209! - 1 "ANTENNE POUR SIGNAUX HAUTES FREQUENCES". La présente invention a pour objet une antenne de réception pour recevoir des signaux électromagnétiques à hautes fréquences constituée d'un dipole biconique onde entière d'impédance Z1 pour la réception d'une première gamme de fré05 quences, lequel dipole comporte deux unipoles en forme de V, ou de U, situés dans un même plan de part et d'autre d'un axe de symétrie, la bissectrice des deux V étant commune et sensiblement perpendiculaire audit axe de symétrie, chaque unipole ayant un sommet et une longueur caractéristique Lt en rapport 10 avec une longueur d'onde XlA1 choisie parmi les longueurs d'onde de la dite première gamme de fréquences. De telles antennes sont notamment destinées à la réception des émissions de télévision. Les dipoles biconiques sont bien connus et décrits 15 par exemple dans la publication "Antenna Engineering Handbook" de Henry JASIK édité chez Mac Graw-Hill plus particulièrement pages 3.11 et 3.12. Cette publication expose notamment que l'impédance du dipole varie en fonction de la géométrie du dipole et de la fréquence des signaux électromagnétiques de tel20 le sorte qu'un dipole de dimensions données ne peut recevoir, de manière satisfaisante, qu'une seule octave en fréquence. La présente invention a pour but d'agrandir les possibilités de réception d'une telle antenne. Selon la présente invention une antenne de récep25 tion constituée d'un dipole biconique est particulièrement remarquable en ce qu'elle comporte en outre une ligne bifilaire ladite ligne bifilaire étant constituée de deux conducteurs situés en vis à vis, parallèles entre eux et au dit axe de symétrie, et ayant une extrémité respectivement connectée à un 30 sommet d'un des deux unipoles, en ce que la dite ligne bifi- -2- 2 laire, pour la dite première gamme de fréquence, a une impédance Z'1 sensiblement égale à la dite impédance Zl du dipole, en ce que la dite ligne bifilaire a une longueur '1' telle que, en coopération avec le dipole biconique, il est constitué 05 un doublet dont chaque brin a une longueur 'L2' sensiblement égale à la somme 'LI' plus 'l' (L2 = Ll + 1), la longueur L2 étant en rapport avec une longueur d'onde k2 choisie parmi les longueurs d'onde d'une deuxième gamme de fréquences à recevoir, la réception de cette deuxième gamme de fréquences s'ef10 fectuant en simultanéité avec la dite première gamme de fréquence. Dans une telle antenne, d'une part pour la première gamme de fréquences la ligne bifilaire constitue fonctionnellement une descente d'antenne pour conduire les signaux dispo15 nibles entre les deux sommets du dipole jusqu'aux extrémités libres de la ligne bifilaire, d'autre part pour la deuxième gamme de fréquence la ligne bifilaire constitue fonctionnellement une partie de l'antenne elle-même; l'antenne délivre les signaux reçus à l'extrémité libre de la ligne bifilaire; une 20 antenne conforme à l'invention délivre ainsi des signaux correspondant à deux gammes de fréquences. Dans un mode préféré de réalisation, la dite première gamme de fréquence étant la bande UHF, la dite longueur L1 (= À/2) étant alors comprise entre 31 cm et 17 cm, de pré25 férence L1 = 20 centimètres, une telle antenne est particulièrement remarquable en ce que la dite deuxième gamme de fréquence est la bande VHF, le dit doublet est un doublet demionde (À/2), la dite longueur L2 est comprise entre 40 cm et 30 cm de préférence L2 = 33 cm, ce qui correspond à 1 = 13 cm. Ainsi une telle antenne est apte à recevoir simultanément les émissions UHF et VHF; pour les applications domestiques de réception de télévision chez les particuliers, une telle antenne, dite mixte, est particulièrement pratique parce que économique, facile à réaliser et peu encombrante. Pour adapter les impédances Zi et Z'1, l'impédance Zl du dipole biconique étant pratiquement égale à 300 ohms, un 2602C97 - 3 mode préféré de réalisation est caractérisé en ce que l'impédance Z'1 de la ligne bifilaire sensiblement égale à l'impédance Zl de 300 ohms est obtenue par deux conducteurs constitués chacun d'une tôle de métal ferreux ayant sensiblement 5 05 mm de large--et 0,4 mm d'épaisseur, les deux tôles étant disposées face à face à une distance d'environ 20 mm l'une de l'autre, symétriquement par rapport au dit axe de symétrie du dipole. Ce mode de réalisation est plus particulièrement 10 économique. Pour les applications domestiques, les prises d'antenne des téléviseurs ont été standardisées pour un câble coaxial ayant une impédance de 75 ohms; pour satisfaire ce standard, une antenne selon l'invention comportant en outre une 15 borne de sortie (S) et une masse (M) pour délivrer les signaux électriques reçus sous une impédance sensiblement égale à 75 ohms quelle que soit la gamme de fréquence considérée, est particulièrement remarquable en ce que premièrement pour la réception UHF, d'une part une première extrémité libre de la 20 ligne bifilaire est connectée directement à la dite borne de sortie alors que, d'autre part, la deuxième extrémité libre de la ligne bifilaire est connectée à la même borne de sortie par l'intermédiaire d'un symétriseur et d'un transformateur d'impédance (SYTR) de rapport 4, deuxièmement pour la réception 25 VHF, d'une part la dite borne de sortie est isolée du symétriseur au moyen d'un filtre passe-haut, d'autre part la deuxième extrémité libre de la ligne bifilaire est connectée à la dite masse au moyen d'un filtre passe-bas. Ainsi le câble coaxial de descente d'antenne, dont 30 l'âme est connectée à la borne de sortie S et dont la tresse est connectée à la masse M, est adapté en impédance, sensiblement 75 ohms, tant en UHF qu'en VHF. Il est aussi avantageux selon l'invention de munir l'antenne d'un ou plusieurs éléments parasites directeurs 35 et/ou réflecteurs afin de convertir le diagramme de directivité de l'antenne d'une forme bidirectionnelle en une forme unidirectionnelle. 26020C97 - 4 La présente invention a notamment été conçue pour les bandes UHF et VHF mais il est clair qu'en modifiant convenablement les dimensions du dipole et de la ligne bifilaire, on obtient une antenne adaptée à d'autres bandes de fréquence 05 sans sortir du cadre de l'invention. La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un exemple de réalisation non limitatif décrit à l'aide des dessins annexés. La figure 1 représente un schéma de principe d'une 10 antenne mixte VHF/UHF. La figure 2 représente une vue perspective d'un mode de réalisation. Sur la figure 1 le dipole biconique comporte deux unipoles Ulet U2 sensiblement symétriques par rapport à l'axe 15 de symétrie PS; chaque unipole a une longueur L1; la ligne bifilaire est constituée de deux conducteurs BF1 et BF2 situés en vis à vis, parallèles entre eux et au dit axe de symétrie PS; les conducteurs BF1 et BF2 sont respectivement connectés à un sommet d'un des deux unipoles soit Sl pour BF1, et S2 pour 20 BF2; la longueur 1 de chaque conducteur BF1 ou BF2 s'ajoute à la longueur L1 pour constituer un doublet de longueur L2 = 1 + L1; l'impédance Z'i de la ligne bifilaire est sensiblement égale à l'impédance Z1 du dipole biconique; ainsi la ligne bifilaire, d'une part joue le rôle de descente d'antenne 25 pour le dipole biconique adapté à une première gamme de fréquence, d'autre part est un élément d'une antenne doublet pour une deuxième gamme de fréquence; dans les deux cas les signaux reçus sont disponibles entre les extrémités S et EL de la ligne bifilaire. Pour le cas particulier non limitatif o la première gamme de fréquence est la bande UHF et o la deuxième gamme de fréquence est la bande VHF, l'antenne a notamment les dimensions suivantes: - dipole UHE onde entière: L1 comprise entre 31 et 35 17 cm, de préférence-20 cm. - doublet VHF demi-onde: L2 comprise entre 40 et 30 cm, de préférence 33 cm soit 1 (= L2 - L1) égale à 13 cm. - 5 Pour une utilisation domestique, par exemple de réception de télévision avec un récepteur prévu pour une impédance d'antenne de 75 ohms, la connexion d'un câble coaxial (non représenté) de descente d'antenne s'effectue entre la 05 borne de sortie S et la masse M; l'adaptation d'impédance indispensable est réalisée préférentiellement de la manière suivante: - pour le dipole UHF biconique au moyen d'un symétriseur et d'un transformateur d'impédance SYTR dont le rap10 port est 4 puisque l'impédance Zl est sensiblement de 300 ohms. - pour le doublet VHF les éléments constituants sont choisis tels que son impédance soit sensiblement de ohms. Pour éviter de court-circuiter le dipole UHF, sans pour autant couper le doublet VHF, d'une part la connexion entre le symétriseur SYTR et la borne de sortie S est munie d'un filtre passe-haut constitué d'une capacité CPH, par exemple de 12 pFarad, d'autre part la borne EL est connectée à la masse M 20 par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas lequel est constitué d'un circuit LLC avec L1PB = 70 nHenry, L2PB = 70 nHenry et CPB = 18 pFarad. Sur la figure 2 sont représentés les éléments métalliques constitutifs d'un mode de réalisation d'une antenne 25 conforme au schéma de la figure 1. Les deux unipoles Ul, U2 sont en forme de U; la longueur L1 est de 200 mm; aux sommets 51, S2 des unipoles sont connectés respectivement les deux conducteurs BF1, BF2 de la ligne bifilaire dont la longueur 1 est de 130 mm; tous ces 30 éléments sont en fer étamé de 0,4 x 5; les deux conducteurs BF1, BF2 sont disposés face à face à une distance E de 20 mm. Si l'émetteur est dans la direction de la flèche EM, il est avantageux de disposer un brin directeur BD à une distance D de 30 mm du plan du dipole; la longueur du brin di35 recteur BDL est de 150 mm. 2602C97 -6 Avec une telle antenne, les mesures électriques font apparaître un gain de 2 à 3 dB suivant la fréquence entre 470 et 860 MHz (UHF), et de - 2 à -6 dB de 175 à 225 MHz (VHF) par rapport au doublet demi-onde. Il est clair qu'une antenne mixte UHF/VHF telle que décrite est un exemple avantageux de réalisation mais il est aussi possible, en modifiant les diverses caractéristiques géométriques et électriques de l'antenne pour l'adapter à d'autres gammes de fréquence, par exemple UHF et FM, de réali10 ser d'autres antennes mixtes sans sortir du cadre de la présente invention. - 7 REVENDICATIONS: 1. Antenne de réception pour recevoir des signaux électromagnétiques à hautes fréquences constituée d'un dipole biconique onde entière d'impédance Zl pour la réception d'une 05 première gamme de fréquences, lequel dipole comporte deux unipoles en forme de V, ou de U, situés dans un même plan de part et d'autre d'un axe de symétrie, la bissectrice des deux V étant commune et sensiblement perpendiculaire audit axe de symétrie, chaque unipole ayant un sommet et une longueur carac10 téristique Li en rapport avec une longueur d'onde Xl choisie parmi les longueurs d'onde de la dite première gamme de fréquences caractérisée en ce que elle comporte en outre une ligne bifilaire ladite ligne bifilaire étant constituée de deux conducteurs situés en vis à vis, parallèles entre eux et 15 au dit axe de symétrie, et ayant une extrémité respectivement connectée à un sommet d'un des deux unipoles, en ce que la dite ligne bifilaire, pour la dite première gamme de fréquence, a une impédance Z'1 sensiblement égale à la dite impédance Z1 du dipole, en ce que la dite ligne bifilaire a 20 une longueur '1' telle que, en coopération avec le dipole biconique, il est constitué un doublet dont chaque brin a une longueur 'L2' sensiblement égale à la somme 'Li' plus '1' (L2 = L1 + 1), la longueur L2 étant en rapport avec une longueur d'onde A2 choisie parmi les longueurs d'onde d'une 25 deuxième gamme de fréquences à recevoir, la réception de cette deuxième gamme de fréquences s'effectuant en simultanéité avec la dite première gamme de fréquence. 2. Antenne selon la revendication 1, la dite première gamme de fréquence étant la bande UHF, la dite longueur L1 (= X/2) étant alors comprise entre 31 cm et 17 cm, de préférence L1 = 20 centimètres caractérisée en ce que la dite deuxième gamme de fréquence est la bande VHF, le dit doublet est un doublet demi-onde (A/2), la dite longueur L2 est comprise entre 40 cm et 30 cm de préférence L2 = 33 cm, ce qui 35 correspond à 1 = 13 cm. 3. Antenne selon la revendication 2, l'impédance Z1 du dipole biconique étant pratiquement égale à 300 ohms, caracté- - 8 -risée en ce que, l'impédance Z'1 de la ligne bifilaire sensiblement égale à l'impédance Zl de 300 ohms est obtenue par deux conducteurs constitués chacun d'une tôle de métal ferreux ayant sensiblement 5 mm de large et 0,4 mm 05 d'épaisseur, les deux tôles étant disposées face à face à une distance d'environ 20 mm l'une de l'autre, symétriquement par rapport au dit plan de symétrie-du dipole. 4. Antenne selon la revendication 3 comportant en outre une borne de sortie (S) et une masse (M) pour délivrer les 10 signaux électriques reçus sous une impédance sensiblement égale à 75 ohms quelle que soit la gamme de fréquence considérée, caractérisée en ce que, premièrement pour la réception UHF, d'une part une première extrémité libre de.la ligne bifilaire est connectée directement à la dite borne de sortie alors que, 15 d'autre part, la deuxième extrémité libre de la ligne bifilaire est connectée à la même borne de sortie par l'intermédiaire d'un symétriseur et d'un transformateur d'impédance (SYTR) de rapport 4, deuxièmement pour la réception VHF, d'une part la dite borne de sortie est isolée du symétriseur au moyen d'un 20 filtre passe-haut, d'autre part la deuxième extrémité libre de la ligne bifilaire est connectée à la dite masse au moyen d'un filtre passe-bas. 5. Antenne selon la revendication 4 caractérisée en ce que le dit filtre passe-haut est une capacité d'une valeur 25 de 12 pFarad et en ce que le dit filtre passe-bas est composé d'un circuit LLC avec L1 = 70 nHenry, L2 = 70 nHenry, C = 180 pFarad. 6. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est munie d'un ou plu30 sieurs éléments parasites directeurs et/ou réflecteurs afin de convertir le diagramme de directivité de l'antenne d'une forme bidirectionnelle en une forme unidirectionnelle.