Brevet FR2659512A1 — publié le 19910913

i INSTALLATION DE COMMUNICATION EN HYPERFREQUENCES La présente invention a pour objet une installation de communication sur des sites dont certaines portions sont en galerie, permettant l'échange d'informations entre les membres du personnel et éventuellement entre les membres du personnel et l'extérieur. L'invention trouve une application particulièrement importante dans les mines o la communication pose des pro- blèmes particuliers La progression du front de taille mo- difie constamment l'emplacement du personnel qui y travail- le Les galeries présentent souvent des coudes qui affai- blissent brutalement la propagation libre par voie her- tzienne en hyperfréquences La réglementation minière limi- te à une valeur faible la puissance radioélectrique rayon- née par le matériel. La présente invention vise à fournir une installa- tion de communication sur un site comportant des galeries, permettant au personnel d'échanger des informations quel que soit son emplacement sur le site, en ne mettant en oeu- vre que des moyens simples, ne rayonnant qu une puissance faible, aisément adaptable aux modifications du site, par exemple dues à la progression des galeries. Dans ce but l'invention propose notamment une ins- tallation de communication sur site en galeries, comportant un appareil émetteur-récepteur raccordé à un réseau filaire de distribution, caractérisé en ce que l'appareil émetteur- récepteur constitue un répéteur ayant des moyens de récep- tion de messages qui lui arrivent par le réseau filaire à une première fréquence (f 1) et des moyens de réémission de ces messages reçus sur le réseau, à une seconde fréquence (f 2) différente de la première et en ce que le réseau comporte des tronçons en câble rayonnant d'émission à la seconde fréquence et de collecte de rayonnements à la pre- mière fréquence provenant d'un poste portatif placé à proximité, ledit réseau pouvant comporter des antennes ter- minales d'émission à la seconde fréquence et de réception à la première fréquence. En disposant des tronçons en câble rayonnant dans la partie courante des galeries et en dirigeant les anten- nes terminales vers le front de taille, la possibilité est donnée au personnel d'échanger des informations et d'en adresser au répéteur à tous les emplacements o cela est nécessaire, et ce sans nécessiter la mise en place de pri- ses de connexion à intervalles réguliers dans les galeries. Dans la pratique, on adoptera, au moins dans les mines une fréquence comprise entre 440 M Hz et 1,2 G Hz Il est souhaitable de rester dans la partie basse de cette plage, ce qui permet d'utiliser des câbles coaxiaux dispo- nibles dans le commerce, moins fragiles que les lignes pla- tes Dans cette plage de fréquences, et notamment dans la plage allant de 440 à 500 M Hz qui semble la plus appropriée dans les mines, l'effet directif des galeries est très fai- ble et il ne serait pas possible d'adopter une propagation libre sur des distances importantes sans une atténuation incompatible avec les faibles puissances d'émission requi- ses. Bien qu'il soit possible en principe de placer l'appareil émetteur-récepteur en un point quelconque du ré- seau, il sera avantageux de donner au réseau une structure en arbre et de placer 1 ' appareil émetteur-récepteur dans une station de tête, chaque ramification étant effectuée par un dérivateur Les dérivateurs seront en général d'un type divisant la puissance par moitié, bien que l'on puisse adopter une autre répartition lorsque les branches sont très différentes. Pour des raisons de simplicité, une seule première fréquence porteuse sera en général prévue Ainsi, tous les postes portatifs peuvent être stabilisés en fréquence par un même quartz unique dans chaque poste En général une mo- dulation de fréquence sera utilisée. Dans le cas de mines importantes, divisées en quar- tiers, chaque quartier pourra comporter une installation de communication distincte Le faible effet directif des gale- ries et les faibles puissances mises en jeu permettent d'adopter les mêmes première et seconde fréquences dans tous les quartiers Tous les appareils émetteurs-récepteurs peuvent être reliés à un même interface numérique de com- mande, permettant de commander les liaisons par voie analo- gique entre les appareils émetteurs-récepteurs, par exemple en réponse à l'envoi d'une adresse à l'aide d'un clavier et d'un modem prévus sur certains au moins des postes porta- tifs Un auto-commutateur de liaison avec le réseau télé- phonique public peut être relié à l'interface pour permet- tre d'accéder au réseau public depuis les postes portatifs munis d'un clavier, et réciproquement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma montrant une constitu- tion possible d'installation suivant l'invention; la figure 2 montre une constitution possible de postes portables utilisables avec l'installation de la figure 1; la figure 3 montre une fraction d'installation, destinée à une galerie comportant des coudes; la figure 4 montre l'association de plusieurs installations à un même interface de commande et de liaison avec le réseau téléphonique extérieur. L'installation dont la constitution de principe est montrée en figure 1 est destinée à un quartier de mine qui ne constitue qu'un exemple particulier, mais représentatif. L'installation présente une structure arborescente, à partir d'un émetteur-récepteur 10 constituant répéteur et qui sera désigné sous ce nom par la suite Le répéteur 10 peut être placé dans l'accès aux quartiers de mine, par exemple dans une descenderie Ce répéteur ne rayonne pas lui-même mais alimente le réseau arborescent, constitué par des tronçons ayant des fonctions différentes (diffusion, liaisons et raccordement) La diffusion est assurée par câble rayonnant et antennes; les liaisons par des câbles non rayonnants; les raccordements impliquant des coudes par des cablots Les tronçons de câble rayonnant seront gé- néralement posés en couronne, en l'orientant de façon que leur lobe d'émission soit dirigé vers la galerie. Dans le cas illustré sur la figure 1, le répéteur est relié, à un premier dérivateur 12 répartissant la puissance reçue en deux fractions égales, par un premier cablot court 14, suffisamment souple pour pouvoir être mis en forme, un tronçon 16 de câble rayonnant et un second cablot court 18 Tous ces tronçons peuvent être constitués en câble coaxial disponible dans le commerce, pour les fré- quences habituellement adoptées. Le diamètre du câble destiné à constituer les tron- çons rayonnants est choisi en fonction du taux d'atténua- tion par mètre linéaire acceptable Dans la plupart des cas, on pourra utiliser un câble coaxial rayonnant de 16 mm de diamètre, dont l'atténuation est de 0,06 d Bm par mètre linéaire Dans le cas o le quartier présente une très grande extension, on pourra utiliser un câble de diamètre plus important, par exemple un câble de 28 mm de diamètre dont l'atténuation n'est que de 0,036 d Bm par mètre liné- aire Les cablots, de courte longueur, auront généralement un diamètre beaucoup plus faible et un taux d'atténuation nettement plus élevé. A partir du dérivateur 12, le réseau comprend deux branches, qui se ramifient à leur tour, chaque fois par l'intermédiaire d'un dérivateur 20, 22, 24 ou 25 En géné- ral, on adoptera des dérivateurs du commerce, fournissant sur chaque sortie une puissance égale, bien que ce ne soit pas indispensable On peut également utiliser des dériva- teurs multiples placés en des embranchements donnant nais- sance à plus de deux galeries Les portions de réseau pla- cées entre dérivateurs successifs ne seront pas décrites, car elles sont similaires à celle qui est interposée entre le répéteur 10 et le dérivateur 12, si ce n'est que certai- nes peuvent être constituées en câble non rayonnant 27, dans des zones o la diffusion n'est pas nécessaire De tels tronçons peuvent être en câble de faible diamètre, ayant par exemple un taux d'atténuation de 0,16 d Bm par mètre. Les terminaisons des branches peuvent être diffé- rentes suivant l'emplacement o elles se trouvent Dans le cas d'une ramification se terminant dans une galerie o il n'y a plus d'avance, la terminaison peut être constituée par une charge 26 à impédance adaptée à celle du câble. Dans les galeries actives o le front de taille avance, la terminaison est constituée par une antenne telle que 28 à partir de laquelle la propagation est libre Pour les fré- quences habituellement utilisées, une antenne IAGI, dite râteau, donne des résultats satisfaisants. Les postes portables destinés à échanger des com- munications avec le réseau peuvent avoir la constitution matérielle montrée en figure 2 Le poste comprend un émet- teur-récepteur 30 pouvant être accroché à la ceinture en même temps qu'une batterie d'accumulateurs d'alimentation 31 Un câble de liaison souple 34, par exemple bobiné, per- met de relier l'émetteur-récepteur à une embase 32 Le cor- don souple 34 peut être terminé par une fiche 36 s'enga- geant dans une douille de l'embase, qui est fermée, lorsque la fiche est extraite, par un clapet 38 évitant l'entrée d'humidité et de polluant L'information vocale est trans- mise, de l'embase 32 à une embase similaire 56 portée par un casque de protection 60, par un cordon 62 Le microphone 68 et l'écouteur peuvent être portés par une oreillette 70 articulée sur le casque. Dans la pratique, le couplage entre le câble rayon- nant et un poste portable situé à proximité sera d'environ 80 d Bm Comme le montre l'exemple ci-après, il suffit que le poste portable ait une puissance d'environ 1 W, c'est-à- dire 30 d Bm, pour assurer une communication satisfaisante. Cette puissance est largement inférieure au maximum de 2 W toléré par la réglementation minière. Dans le cas par exemple d'une installation du genre montré en figure 1, c'est au niveau de l'antenne 42 que la puissance rayonnée est la plus faible Si le répéteur 10 a une puissance de sortie de 10 W (tolérable puisque cette puissance n'est pas rayonnée, mais appliquée en totalité au cablot 14), la répartition des puissances est, dans le cas o les tronçons de câble rayonnant ont les longueurs cumu- lées indiquées: antenne 28 (longueur du trajet 9 m + 105 m + 40 m de câble rayonnant): 500 m W. antenne 44: (longueur cumulée 9 m + 50 m + 80 m + 30 m de câble rayonnant): 190 m W. antenne 42:(longueur cumulée 9 m + 50 m + 80 m + m de câble rayonnant, 70 m de câble non rayonnant): m W. Ces indications supposent que l'atténuation appor- tée par 1 m de cablot est de 0,1 d Bm et que l'atténuation apportée par un coupleur est de 3,5 d Bm. La puissance du signal décroit ensuite dans la zone de propagation libre depuis l'antenne jusque vers le front actif, dans le compartiment de travail. Avec un répéteur 30 de 10 W courant, ayant une sen- sibilité à la réception de -106 d Bm, les pertes totales admissibles d'un réseau sont de 146 d Bm et on reste très loin de cette valeur. Un réseau existant peut être étendu sans difficulté au fur et & mesure de l'avance du front de travail aussi longtemps que la puissance disponible au niveau de l'anten- ne est compatible avec la sensibilité des postes portables utilisés. Pour prolonger une branche du réseau, il suffit d'ajouter un tronçon de câble coaxial terminé par une an- tenne La figure 3 montre par exemple une installation com- prenant, à l'extrémité d'un tronçon de câble rayonnant 46, un tronçon 48 de câble coaxial de transport terminé par une antenne 50, puis un nouveau tronçon de câble coaxial de transport 52 terminé par une antenne 54 La présence de l'antenne intermédiaire 50 permet d'écarter les conséquen- ces de la mauvaise propagation des ondes dans les courbes. Par ailleurs des antennes intermédiaires peuvent être dis- posées en chapelet le long de tronçons non rayonnants. On voit que l'installation peut être adaptée à toutes les conditions particulières rencontrées Là o il n'est pas nécessaire d'établir une communication et dans les zones couvertes par le rayonnement d'une antenne, l'installation peut être en câble coaxial non rayonnant. Dans les infrastructures et les accès aux tranches, la liaison s'établit par l'intermédiaire de câbles rayonnants, constituant à la fois guide d'onde et antenne Vers le front de travail, la propagation se fait librement à partir d'une antenne et vers elle. Comme on l'a indiqué plus haut, il suffit d'une seule fréquence fl d'émission depuis le poste portable vers le répéteur et d'une seule fréquence d'émission du répéteur vers les postes Des fréquences fl = 459, 55 M Hz et f 2 = 469,55 M Hz ont données des bons résultats. Plusieurs installations du genre ci-dessus peuvent être reliées à un interface commun permettant d'établir une communication entre elles ou avec l'extérieur Dans le mode de réalisation montré en figure 4, trois installations 56, 58 et 60 sont reliées à un même interface numérique-analo- gique de commande 62 Cet interface peut lui-même être re- lié à un auto-commutateur 64 de liaison avec le réseau té- léphonique, autorisant les liaisons avec l'extérieur Une panne de l'interface 62 ou un défaut des liaisons entre l'interface et les répéteurs 10 affectés aux différentes installations ne perturbe pas le fonctionnement de ces der- nières. La présence d'un interface 62 permet en particulier 1 o de télécommander, à l'aide d'un poste portable comportant un clavier, la connexion entre deux installations en vue d'une conversation inter-installations, c'est-à-dire d'ef- fectuer un appel téléphonique. REVENDICATIONS 1 Installation de communication en galeries com- portant un appareil émetteur-récepteur raccordé à un réseau filaire de distribution en hyperfréquences, caractérisée en ce que l'émetteurrécepteur a des moyens de réception de messages qui lui arrivent par le ré- seau à une première fréquence (fl) et des moyens de ré- émission de ces messages reçus sur le réseau, à une seconde fréquence (f 2) différente de la première et en ce que ledit réseau comporte des tronçons en câble rayonnant d'émission à la seconde fréquence (f 2) et de collecte de rayonnements à la première fréquence (fl) provenant d'un poste portatif placé à proximité, ledit réseau pouvant comporter des antennes terminales à faible directivité, d'émission à la fréquence (f 2) et de réception à la fréquence (fl). 2 Installation selon la revendication 1 de commu- nication dans des galeries de mines, caractérisée en ce que lesdits tronçons sont constitués en câble coaxial et en ce que les fréquences fl et f 2 sont comprises entre 440 M Hz et 1,2 G Hz. 3 Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le réseau a une structure en arbre et en ce que le répéteur constitue une station de tête, les branchements étant effectués par des dérivateurs à rapport 1/1. 4 Installation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens d'émission et de récep- tion sont à modulation de fréquence. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le réseau comporte des tronçons non rayonnants de transport, entre le répéteur et les tronçons rayonnants et/ou entre des tronçons rayonnants. 6 Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisée en ce que le réseau comprend des antennes intermédiaires ( 50) disposées en chapelet le long de tronçons non rayonnants. 7 Installation suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que plusieurs émetteursrécepteurs sont reliés à un interface numérique- analogique ( 62) de commande permettant de relier les émet- teurs-récepteurs entre eux et éventuellement à un auto- commutateur.