Brevet FR2626834A1 — publié le 19890811

"Antenne de réception et/ou d'émission montée sur un véhicule et communiquant avec une ligne de transmission fixe". La présente invention concerne une antenne de réception et/ou d'émission qui est montée sur un véhicule se déplaçant sur un trajet fixe, par exemple un véhicule ferroviaire, et gui communique avec une ligne de transmission d'énergie à pertes réparties, par exemple un câble rayonnant, qui est montée à demeure le long dudit trajet. L'invention s'applique en particulier à la transmission entre un véhicule ferroviaire circulant dans un tunnel sur la paroi duquel est fixée une ligne de transmission. Il existe déjà des systèmes de transmission d'informations entre une rame de métro et un poste de contrôle central. Les informations transitent par un cible rayonnant, par exemple un câble coaxial à diélectrique aété et à fentes, qui est fixé sur la paroi du tunnel , chaque rame est équipée d'une antenne, par exemple une antenne omni-directionnelle de type radôme. Ce système de transmission sert à établir une liaison phonique entre les conducteurs et le poste de contrôle. Xl peut également être utilisé pour la transmission continue bidirectionnelle à la rame de signaux de commande automatique ou de signaux vidéo permettant par exemple, de diffuser des informations diverses aux voyageurs par le canal de moniteurs de télévision.Ce système de transmission peut encore être utilisé pour la transmission de la rame vers le poste de commande de données numériques, en particulier dans le cas d'une commande entièrement automatique, et d informations de surveillance fournies par exemple par des caméras de surveillance disposées dans les voitures. Les systèmes actuels de transmission entre un véhicule et une ligne d'émission fixe ne présentent pas la qualité suffisante pour la transmission de données numériques avec une disponibilité suffisante, ou encore pour la transmission d'informations vidéo. En particulier, on constate que le niveau de réception sur le véhicule présente des variations locales importantes lorsque la rame circule dans le tunnel t ces variations peuvent atteindre jusqu'à 30 dB, ce qui entraîne des défauts importants dans la transmission de données ou d'images vidéo. Le besoin se fait donc sentir d'obtenir un système de transmission dans lequel le niveau du champ reçu sot en quelque sorte t'lissé". La présente invention a pour objet une antenne de réception et/ou d'émission qui permet d'améliorer considérablement la qualité de réception et, en particulier, de réduire fortement les fluctuations du champ reçu lorsque la rame circule. L'antenne de réception etXou d'émission selon l'invention est notamment remarquable en ce qu'elle est constituée d'au moins un tronçon de ligne de transmission d'énergie à pertes réparties sensiblement identique à la ligne de tran s ission d'énergie montée le long dudit trajet, en ce que ledit tronçon de ligne est disposé longitudinalement sur le véhicule et en ce que ledit tronçon de ligne est bouclé à une de ses extrémités sur son impédance caractéristique, son autre extrémité étant branchée sur un appareil de réception et/ou d'émission porté par le véhicule. Grâce à cette configuration. d'antenne, on peut parvenir-i réduire les fluctuations locales du champ reçu ê 2 dB, Selon un mode de réalisation de l'invention, l'antenne est constituée de deux tronçons de meme longueur, disposés sensiblement en alignement bout-i- bout, les extrémités extérieures des deux tronçons étant boucles sur l'impédance caractéristique de la ligne et les extrémités intérieures des deux tronçons étant branchées on parallèle par l'intermédiaire d'un coupleur sur l'appareil de réception et/ou d'émission. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne est constituée de deux tronçons de meme longueur, disposés en alignement ou parallèlement l'un à l'autre, deux extrémités opposées de ces deux tronçons étant couplées sur l'impédance caractéristique et les deux autres extrémités étant couplées chacune de manière similaire sur l'appareil de réception et/ou d'émission Dans ces deux modes de réalisation, on réalise une antenne symétrique, ce qui permet de réaliser une bonne transmission quel que soit le sens de propagation dans la ligne fixe de transmission d'énergie. Avantageusement, la ligne de transmission d'énergie et le ou les tronçons constituant l'antenne, sont un câble coaxial à diélectrique semi-aéré et à fentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés gui représentent, à titre illustratif, des exemples de réalisation de l'invention, - la figure 9 est le schéma des instalLations fixes utilisées sur une ligne de métropolitain dans laquelle on a réalisé des essais comparatifs, - la figure 2 est une vue en coupe du tunnel du métropolitain dans lequel les essais ont été effectués, - la figure 3 est un schéma représentant la ligne de transmission fixe et l'antenne mobile qui a servi à réaliser les essais, - la figure 4 est un schéma explicatif, - la figure 5 représente schématiquement un premier exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention, - la figure 6 représente schématiquement un deuxieme exemple de réalisation d'une antenne selon l'invention, et les figures 7 à il sont des diagrammes indiquant les résultats des essais effectués. Comme indiqué plus aut, l'invention concerne le problème de la transmission entre un véhicule mobile et une ligne de transmission d'énergie fixe disposée le long du trajet dudit véhicule. L'invention sera décrite ci-après en application à une rame de métropolitain schématisée en 1, circulant dans un tunnel 2 qui est équipé avec une ligne de transmission d'énergie à pertes réparties, constituée dans l'exemple représenté, par un câble rayonnant 3 fixe à une distance de 10 cm de la paroi du tunnel 2. Comme on peut le constater sur la figure 1, la ligne de transmission est interrompue au niveau de la station 9 les deux tronçons de Câble à fentes 31 et 32 disposés de part et d'autre de la station sont alimentés par un émetteur fixe 5 qui, par l'intermédiaire d'un coupleur schématisé en 6, est relié aux deux tronçons de câble 31 et 32 de la voie représentée sur la figure 2, deux autres tronçons de câble disposés sur la deuxième voie de la ligne Vl et une antenne 7, par exemple une antenne de type Yagi, qui rayonne essentiellement dans la station. Chacun des câbles rayonnants à fentes 31, 32 et ceux de la deuxième ligne V1 sont aliments par leur extrémité disposés dans la station, et leur autre extrémité est, de manière connue, bouclée sur leur impédance caractéristique schématisée en 13. tes deux câbles fixes 31 et 32 constituent une ligne de transmission d'énergie qui rayonne par les fentes aménagées dans l'armature du câble sur toute la longueur du tonçon de tunnel dans lequel ils sont installés. La rame de métro qui est schématisée par la voiture 1 est munie dune antenne extérieure e qui recueille le champ électromagnétique rayonné par les câbles 31 et 32. comme on peut le voir sur la figure 2, la voiture 1 comporte trois antennes, une antenne de type connu 9 constituée, dans l'exemple representé, par un radôme et deux antennes conformes a la présente invention 11 et 12 qui sont également fixées sur le toit du véhicule l. Conformément ê la présente invention, ces antennes sont constituées par des tronçons de lignes de transmission, identiques ou similaires a la ligne de transmission fixe 3, dans l'exemple représenté, un câble rayonnant i fentes. Ces tronçons Il et 12 sont disposés parallèlement au trajet de la voiture 1 et une de leurs extrémités est bouclée sur l'impédance caractéristique dudit câble, comme schématisé en 13. Dans le cas du câble utilisé dans l'exemple décrit, cette impédance est de 50 ohms. Comme indiqué en particulier sur la figure 4 ou l'on a représenté schématiquement les câbles fixes 31 et 32 et une antenne mobile il, l'extrémité non bouclée de chaque antenne est reliée, par l'intermédiaire d'un coupleur 17, à un récepteur 14, disposé dans la voiture 1. Les figures 5 et 6 représentent deux modes de réalisation de l'antenne conforme à la présente invention, dans lesquels l'antenne est à chaque fois constituée de deux tronçons de câbles bouclés a une de leurs extrémités sur leur impédance caractéristique ; les deux autres extrémités non bouclées sont reliées au récepteur 14. Dans le premier mode de réalisation représenté sur la figure 5, les deux tronçons de câbles 33 et 34 sont sensiblement alignés et disposés bout-à-bout 5 leurs extrémités proches sont branchées par l'intermédiaire d'un coupleur 17 sur le récepteur 14 et leurs extrémités éloignées sont bouclées sur l'impédance caractéristique du câble. Dans ce cas, la longueur de chaque tronçon de câble 33 ou 34 qui constitue en soi une antenne est avantageusement d'environ la moitié de la longueur de la. voiture sur lequel l'antenne mobile est fixée. Chacun des tronçons de table 33 et 34 est relié au coupleur 17 par l'intermédiaire d'un tronçon de câble 15 ou 16 de type normal, c'est-à-dire sans fuite. La figure 6 représente de manière schématique un autre mode de réalisation dans lequel les tronçons de -cible 35 et 36 qui constituent les antennes élémentaires, sont disposés parallèlement l'un à l'autre : deux extrémités opposées de chaque tronçon, par exemple l'extrémité gauche du tronçon 35 et l'extrémité droite du tronçon 36, sont bouclées sur l'impédance caractéristique 13 et les deux autres extrémités opposées des deux tronçons sont reliées au récepteur 14 par l'intermédiaire de deux câbles de type normal, c'est-à-dire sans fuite, 15 et 16 qui sont de longueur égale et reliés au récepteur 14 par l'intermédiaire d'un coupleur 17.Dans ce mode de réalisation, les tronçons de câble 35 et 36 constituant les antennes élémentaires peuvent avoir une longueur sensiblement gale à celle de la voiture 1 sur laquelle ils sont disposés. Dans ces deux modes de réalisation, on obtient tune antenne de type symétrique dont l'intérêt sera indiqué plus bas. Les figures 7 à ll illustrent des essais qui ont été faits pour comparer l'antenne selon l'invention à une antenne de type connu. Des essais ont été effectués, comme schématisé sur la figure 4, le long du tronçon 31, la rame se déplaçant de gauche à droite sur une distance d'environ 1,2 km. Les figures 7 à 9 représentent les diagrammes de la valeur du champ reçu, compte tenu de la vitesse de la rame qui était d'environ 10 km/h et du pas d'acquisition des mesures d'environ 11 cm , les abscisses représentent la distance et les. ordonnées, l'amplitude du champ électrique reçu de 10 à 70 dB V c'est-à-dire une dynamique de 60 dB. La figure 7 représente le diagramme de réception avec une antenne radome qui était disposée à 2, 25 m du câble rayonnant. La figure 8 est un diagramme, correspondant pour une antenne mobile constituée par un tronçon de câble rayonnant ll de 20 m de long disposé à 1,5 m du câble rayonnant fixe t et la figure 9 est le diagramme obtenu avec une antenne constituée par un tronçon de câble 12 de 20 m disposé de l'autre côté de la rame à 3 m du câble rayonnant. La figure 10 est un détail de la figure 7 sur une longueur de 50 m et la figure il est un détail de la figure 8 sur une longueur de 50 m. Pour ces diagrammes, on constat-e que les variations locales de l'amplitude du signal, c'est-à-dire les fluctuations, peuvent atteindre 30 dB dans le cas de l'antenne de type connu et seulement de .d 2 dB pour l'antenne constituée par un tronçon de câble rayonnant ; on note également, une augmentation du niveau moyen reçu avec une antenne constituée par un tronçon de câble par rapport au niveau moyen reçu avec une antenne de type connu. Lorsque les essais ont été effectués le long du deuxième tronçon de câble 32, l'amélioration obtenue avec une antenne selon l'invention, a été beaucoup moins nette a On peut fournir une explication de ce phénomène en se rapportant à la figure 4, où l'on constate que lorsque le mobile se déplace le long du tronçon 31, l'onde incidente, émise par le câble fixe, se déplace de l'émetteur vers l'extrémité bouclée sur l'impédance caractéristique, c'est-à-dire de droite à gauche comme indiqué par la flèche 18. L'onde incidente reçue se déplace de l'extrémité bouclée de l'antenne 11 vers le récepteur, comme indiqué par la flèche 19, c c'est-à-dire que les ondes émise et reçue se déplacent dans le même sens.Par contre, lorsque la rame se déplace le long du tronçon de câble 32, l'onde incidente émise et l'onde incidente reçue se déplacent en sens contraire, ce qui est conforme a la théorie générale des lignes couplées bouclées sur leur impédance caractéristique. C'est la raison pour laquelle, on a proposé, conformement a la présente invention, de réaliser des antennes "symétriques" telles que celles décrites en liaison avec les figures 5 et 6. Dans ce cas1 l'amélioration constatée dans la réception par l'antenne selon l'invention est pratiquement indépendante du sens de propagation de blonde incidente émise par le câble rayonnant fixe. Il faut noter que, ni la vitesse de déplacement de la rame, ni son sens de déplacement, n'influent sur les résultats obtenus compte tenu que cette vitesse est infiniment faible par rapport a la célérité des ondes électromagnétiques dans les câbles a Les variations locales de la qualité de la transmission. sont dues a des défauts d'irrégularité tels que des jonctions entre deux longueurs de câble rayonnant fixe ou des modifications de la structure du tunnel telles que des ouvertures, des décrochements de paroi. Pour étudier la qualité de la transmission obtenue grâce à l'antenne selon l'invention, des mesures comparatives ont été effectuées sur des transmissions de données numériques et on a calculé le taux d'erreurs bit moyen (Teb) dans le cas de transmission à 1200 bits/s et 24o0 bits/s. Dans le cas d'une antenne classique (type radôme), le Teb observé sur un parcours de 1,2 km était de l'ordre de 10-3. Avec l'utilisation de l'antenne selon l'invention, le Teb observé était meilleur que 10-5. Dans les mêmes conditions d'essais, en ce qui concerne l'amélioration de la transmission d'images vidéo, on a obtenu dans plus de 99 * des cas les résultats suivants avec l'antenne selon l'invention gain différentiel variant de -12 % à +15 %, rapport signal sur bruit variant de 56 dB à 68 dB, retard chrominance/luminance variant ehtre -25 ns et +10 ns. Dans le cas de l'antenne classique de type radôme, ces paramètres étaient difficilement mesurables, compte tenu de la mauvaise qualité de réception due aux variations rapides et importantes du champ reçu. La description ci-dessus d'exemples de réalisation de l'invention n'a été fournie qu'à titre illustratif et nullement limitatif et il est évident que l'on peut y apporter des modifications ou variantes sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. En particulier, on peut utiliser tous types de lignes de transmission à pertes réparties telles que des guides d'onde, l'essentiel étant que la ligne de transmission fixe et les antennes mobiles soient de structure identique ou similaire. La ligne de transmission fixe n'étant pas obligatoirement disposée au-dessus du véhicule mobile, l'invention peut, par ailleurs, s'appliquer également à des véhicules circulant en plein air. REVENDICATIONS 1) Antenne de réception et/ou d'émission montée sur un Véhicule (1) se déplaçant sur un trajet fixe, tel qu'un véhicule ferroviaire, et communiquant avec une ligne de. transmission d'énergie à pertes réparties (3 Sa, 32), telle qu'un câble rayonnant, montée à demeure le long dudit trajet, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'au moins un tronçon (11, 12 ; 33, 34 ; 35, 36) de ligne de transmission d'énergie a pertes réparties sensiblement identique i la ligne de transmission d'énergie (3 1 31, 32) monté le long dudit trajet, en ce que ledit tronçon de ligne (11, 12 ; 33,34 ; 35,36) est disposé longitudinalement sur le véhicule (1) et an ce que ledit tronçon de ligne est bouclé à une de ses extrémités sur son impédance caractéristique (13), son autre extrémité étant branchée sur un appareil de réception et/ou d'émission (l4) porté par le véhicule 2) Antenne de réception et/ou d1émission selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux tronçons (33, 34) de même longueur, disposés sensiblement en alignement bout-à-bout, les extrémités extérieures des deux tronçons étant bouclées sur l'impédance caractéristique (13) et les extrémités intérieures des deux tronçons étant branchées en parallèle sur l'appareil d'émission et/ou de réception (14) par un tronçon de ligne de transmission sans perte (15, 16) par l'intermédiaire d'un coupleur 17. 3) Antenne de réception et/ou d'émission selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux tronçons (35, 36) de même longueur, disposés parallèlement l'un à l'autre, deux extrémités opposées des deux tronçons étant bouclées sur l'impédance caractéristique (13) et les deux autres extrémités étant reliées chacune à l'appareil d'émission et/ou de réception (14) par un tronçon de ligne de transmission sans perte (15, 16) par l'intermédiaire d'un coupleur 17. 4) Antenne de réception et/ou d'émission selon l'une quelconque des revendications î a 3 caractérisée en ce que la ligne de transmission d'énergie fixe (3 31, 32) est fixée sur la paroi d'un tunnel (2) dans lequel circule le véhicule (1). 5) Antenne de réception et/on d'émission selon l'une quelconque des revendications l ou 3, caractérisée en ce que la longueur des tronçon(s) (11, 12 ; 35, 36) correspond environ à la longueur du du véhicule. 6) Antenne de réception et/ou d'émission selon la revendication l, caractérisée en ce que la ligne de transmission d'énergie à pertes réparties fixe (3 ; 31, 32) est un câble coaxial a diélectrique semi-aéré et a fentes. 7) Antenne de réception et/on d'émission selon la revendication l, caractérisée en ce que la ligne de transmission d'énergie à pertes réparties fixe (3) est consituée de guides d'ondes.