Brevet FR2667988A1 — publié le 19920417

AERIEN COMBINE A ENCOMBREMENT TRES REDUIT La présente invention se rapporte à un aérien combiné à encombrement très réduit à trois antennes imbriquées. De nombreux véhicules, terrestres ou maritimes, ont besoin de déterminer avec précision leur position et d'échanger des communications à grande et à courte distance. Un système de radionavigation par satellite très précis est le système NAVSTAR. Par ailleurs pour les télécommunications à grande distance, on utilise de plus en plus les satellites de télécommunications civils ou militaires. En ce qui concerne les systèmes à satellites (navigation ou télécommunications), il faut disposer d'antennes présentant essentiellement un lobe de rayonnement vers le zénith. Par contre pour les communications à courte distance avec d'autres véhicules ou avions, il faut disposer d'un diagramme de rayonnement de révolution qui peut présenter un minimum vers le zénith. Dans de nombreux cas, notamment pour les mobiles maritimes (bâtiments de surface, sous-marins), la place disponible pour installer de telles antennes est très limitée. On peut donc penser à rassembler les diverses antennes en un ensemble le plus compact possible et à réduire le plus possible leurs dimensions, ce qui a pour avantage supplémentaire une merneure résistance aux chocs et vibrations.. Cependant ceci pose des problèmes de deux ordres. Tout d'abord le voisinage immédiat de plusieurs antennes entraîne généralement des perturbations notables de leur fonctionnement. D'autre part si on veut réduire les dimensions d'une antenne au-delà des limites habituelles, on risque une réduction des performances ou même une dégradation notable du fonctionnement. La présente invention a pour objet un aérien combiné d'encombrement très réduit évitant ces inconvénients. Un autre objet de l'invention est un aérien combiné NAVSTAR-UHF regroupant les fonctions suivantes - NAVSTAR à polarisation circulaire droite - UHF Radio à polarisation linéaire verticale - UHP Satellite à polarisation circulaire droite. Selon l'invention, il est donc prévu un aérien combiné à encombrement très réduit comprenant une première antenne spirale conique réalisée sur un support conique isolant creux une deuxième antenne et une troisième antenne supportée sur le sommet de ladite première antenne, caractérisé en ce que la deuxième antenne du type unipôle est disposée à l'intérieur de la première antenne et en ce que l'alimentation de ladite troisième antenne à partir de la base de la première antenne est assurée à l'aide d'un câble coaxial disposé à l'intérieur dudit support isolant et courant le long d'un brin de ladite première antenne contre la paroi dudit support. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1 est une représentation schématique d'un aérien selon l'invention; - les figures 2 et 3 représentent schématiquement les moyens d'alimentation d'une antenne spirale conique de l'aérien selon l'invention; - la figure 4 illustre une caractéristique de l'invention relative à l'alimentation de l'antenne supérieure à travers l'antenne inférieure - les figures 5 et 6 montrent l'antenne UHF radio avant et après adaptation à son environnement dans l'aérien ; et - la figure 7 illustre les performances obtenues en matière de taux d'ondes stationnaires pour l'antenne UHF radio. Pour une meilleure compréhension, l'invention sera décrite dans le cas particulier d'un aérien NAVSTAR-UHF, sans que cela soit en rien limitatif de l'invention. Un tel aérien, destiné à être installé dans un espace très réduit, comme par exemple à bord d'un sous-marin, présente trois fonctions distinctes - NAVSTAR à polarisation circulaire droite - UllF Radio à polarisation linéaire verticale - UHF Satellite à polarisation circulaire droite. L'antenne NAVSTAR doit fonctionner en hyperfréquence dans la gamme 1,2 à 1,6 GHz. L'antenne UHP radio et l'antenne UHF satellite doivent opérer dans une bande s'étendant environ de 200 à 400 MHz. La figure 1 représente, partiellement en coupe, l'aérien NAVSTAR-UHF selon l'invention. L'antenne NAVSTAR 1 est une antenne spirale conique équiangulaire. Cette antenne 1 comprend donc sur un cône isolant 10 quatre brins il à 14 enroulés en spirale et constitués de câble coaxial semi-rigide. Le cône 10 repose sur une embase 16. Une bande d'absorbant hyperfréquence 15 est disposée sur le pourtour de la partie inférieure de l'antenne 1 comme on le verra ultérieurement. L'antenne 1 est superposée à un groupe de deux antennes UHF 2 et 3. L'antenne 2 est une antenne spirale conique équiangulaire comprenant sur la paroi d'un cône creux isolant 20 quatre brins 21 à 24 enroulés en spirale et constitués de câble coaxial semi-rigide. Le cône 20 repose sur une embase 26. L'extrémité des conducteurs extérieurs des brins du côté de l'embase 26 est reliée à la masse par une résistance 21', 23', comme on le verra ci-dessous. L'antenne 3 est une antenne quart d'onde à manchette 31 dont l'élément unipôle 30 est centré sur l'axe vertical de l'aérien, repose par une extrémité d'alimentation 33 sur l'embase 26 et comporte plusieurs sections de diamètres croissants. L'antenne 3 a été imbriquée dans l'antenne 2 pour réduire l'encombrement vertical de l'aérien, encombrement encore réduit par l'utilisation d'antennes spirales courtes. Ces choix impliquent un certain nombre de problèmes spécifiques liés à l'adaptation de l'antenne UHF radio à l'intérieur des spirales UHI?, au niveau de puissance élevé en UHF, à l'utilisation de spirales courtes et au passage de l'alimentation de l'antenne NAVSTAR 1 à travers les antennes UHF situées en dessous. L'alimentation des brins de chaque antenne spirale s'effectue de la même façon. Les quatre brins sont reliés entre eux au sommet de l'antenne comme représenté sur la figure 2 pour l'antenne 2. Chacun des brins 21 et 22 est relié au conducteur extérieur du brin opposé 23, 24 par l'intermédiaire d'un transformateur quart d'onde 210, 220 et d'un symétriseur 211, 221 de manière connue. Les deux brins 21 et 22 adjacents sont alimentés à la base de l'antenne par un coupleur 3 dB, 4, qui leur délivre des signaux en quadrature de phase comme représenté sur la figure 3. Sur cette figure le coupleur 4 comprend quatre accès une entrée d'alimentation 40, deux sorties 41 et 42 en quadrature de phase reliées aux brins 21 et 22, et un quatrième accès 43 terminé sur une charge adaptée RA. Les quatre brins présentent donc au sommet de l'antenne des déphasage respectifs de lut/2 d'un brin au suivant. Le coupleur 3 dB pour l'antenne 2 est disposé dans l'embase 26, celui pour l'antenne 1 dans l'embase 16. Les conducteurs extérieurs des quatre brins coaxiaux sont mis à la masse sur l'embase de la spirale. Or, comme on l'a indiqué, il s'agit de spirales courtes et il subsiste donc des courants non négligeables en bout des brins. Pour éviter de perturber le fonctionnement de l'antenne et améliorer l'adaptation, on prévoit donc, pour l'antenne 2, d'interposer entre chaque brin et la masse une résistance pour absorber les courants encore élevés présents en bout des brins de courte dimension (3/4 de tour). En ce qui concerne l'antenne NAVSTAR i, dans le même but, on a disposé une bande d'absorbant hyperfréquence 15 (figure 1) de façon à réduire le rayonnement des extrémités des brins. La figure 4 est une représentation simplifiée de l'antenne UHF satellite 2 montrant comment a été résolu selon l'invention le problème de l'alimentation de l'antenne NAVSTAR à partir de l'embase de l'aérien. Cette alimentation est réalisée à l'aide d'un câble coaxial 100 qui suit le même trajet que l'un des brins, ici 24, de la spirale UHF, mais à l'intérieur de la paroi 20. Le diamètre du câble est inférieur à celui du brin 24. Grâce à ces dispositions, ce câble 100 n'apporte pas de perturbation supplémentaire à celle apportée par le brin 24 pour l'antenne UHF radio 3. De plus, le câble 100 situé à l'intérieur du cône 20 ne perturbe pas non plus l'antenne UHF 2, ce qui ne serait pas le cas si le câble 100 était disposé à l'extérieur du cône 20. La figure 5 représente schématiquement le type d'antenne choisi pour l'antenne UHF radio 3 en l'absence de toute perturbation. Cette antenne est une antenne quart d'onde à manchette comportant une manchette conductrice 31 entourant une première section 302 d'un élément unipôle 30, reposant sur un plan conducteur 300. Au dessus de la manchette 31 qui a une hauteur sensiblement égale à A/8 (A longueur d'onde moyenne de la bande de fréquence de fonctionnement), l'élément 30 présente une seconde section 301 de diamètre plus élevé. La hauteur globale de ltantenne 3, L, est sensiblement égale à A /4. L'élément 30 est alimenté à la base à partir d'une embase coaxiale 33. Lorsqu'une telle antenne est placée à l'intérieur de l'antenne UHF satellite 2, la présence des brins coaxiaux métalliques 21 à 24 perturbe notablement l'adaptation de l'antenne 3. Ceci apparaît clairement sur la figure 7 où la courbe a représente les variations du taux d'ondes stationnaires (T. O. S.) relevées avec l'antenne 3 de la figure 5 seule et la courbe b représente ces mêmes variations à l'intérieur de l'antenne spirale 2. On constate une forte dégradation de ce T.O.S. Selon l'invention, on prévoit donc d'adapter l'antenne 3 à son environnement grâce d'une part au remplacement de la section 301 par deux sections, 304 de même diamètre que la section 301 et 305 de diamètre plus élevé, et d'autre part au raccourcissement de l'ensemble des dimensions longitudinales de l'antenne qui a donc une longueur globale L' inférieure à la longueur L normale. Ce raccourcissement est attribuable à la compensation de l'effet d'allongement provoqué par le couplage avec la spirale UHF 2. La courbe c sur la figure 7 montre que l'on obtient ainsi une excellente adaptation de l'antenne 3 à ltenvironnement constitué par l'antenne UHF satellite 2 et par l'antenne NAVSTAR 1. On peut noter que la caractéristique consistant à faire suivre au câble 100 d'alimentation de l'antenne NAVSTAR un trajet suivant un des brins de l'antenne UHF 2 peut être utilisée pour prévoir une antenne de test de l'antenne NAVSTAR à la base de celle-ci. En effet, on peut alors faire suivre au câble d'alimentation de cette antenne de test un chemin suivant un autre des brins de l'antenne 2. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatif s de l'invention. REVENDICATIONS 1. Aérien combiné à encombrement très réduit comprenant une première antenne (2) spirale conique réalisée sur un support conique isolant creux, une deuxième antenne (3) et une troisième antenne (1) supportée sur le sommet de ladite première antenne caractérisé en ce que la deuxième antenne (3) du type unipôle est disposée à l'intérieur de la première antenne (2) et en ce que l'alimentation de ladite troisième antenne (1) à partir de la base de la première antenne (2) est assurée à l'aide d'un câble coaxial (100) disposé à l'intérieur dudit support isolant (20) et courant le long d'un brin (21 à 24) de ladite première antenne contre la paroi dudit support (20). 2. Aérien selon la revendication 1, dans lequel ladite deuxième antenne est une antenne quart d'onde à manchette (31), dont l'élément unipôle (30) est aligné selon l'axe de ladite première antienne, repose par une extrémité d'alimentation (33) sur l'embase (26) de l'aérien et comporte au moins une première section (302) à l'intérieur de la manchette (31) et une seconde section (301) de diamètre supérieur à celui de la première section, caractérisé en ce que ladite seconde section est remplacée par au moins deux sections (304, 305) de diamètre croissant vers l'extrémité libre de l'élément unipôle et les dimensions longitudinales de l'élément unipôle (30) et de la manchette (31) sont raccourcies, lesdits diamètres et dimensions étant choisis de telle façon que les effets perturbateurs de ladite première antenne (2) sur ladite deuxième antenne (3) soient sensiblement compensés. 3. Aérien selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ladite première antenne est une antenne à quatre brins (21 à 24) dont deux brins coaxiaux (21, 22) adjacents sont alimentés avec un dephasage de 900 à la base de l'antenne et sont connectés aux brins respectivement opposés (23, 24) au sommet de l'antenne par l'intermédiaire de symétriseurs (211, 221), caractérisé en ce que, ladite première antenne ayant une hauteur réduite, les conducteurs extérieurs desdits brins sont reliés à la masse à la base de l'antenne par l'intermédiaire de résistances pour absorber les courants encore présents aux extrémités des brins. 4. Aérien selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite troisième antenne (1) est une antenne hyperfréquence à polarisation circulaire du type antenne spirale conique à quatre brins coaxiaux (11 à 14) enroulés sur un cône (10) dont deux brins adjacents sont alimentés avec un déphasage de 90 à la base de ladite troisième antenne et sont connectés aux brins respectivement opposés au sommet de ladite troisième antenne par l'intermédiaire de symétriseurs, caractérisé en ce que, ladite troisième antenne ayant une hauteur réduite, ledit cône support (10) porte le long de sa base une bande (15) de matériau absorbant pour réduire le rayonnement des extrémités des brins, les conducteurs extérieurs desdits brins (11 à 14) étant reliés directement à la masse à la base de ladite troisième antenne. 5. Aérien selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite troisième antenne est une antenne pour le système NAVSTAR et en ce que lesdites première et deuxième antennes sont des antennes pour systèmes de communication radio UHF opérant sensiblement dans la même bande de fréquence. 6. Aérien selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit câble coaxial (100) assurant l'alimentation de la troisième antenne (1) a une section dont le diamètre extérieure est inférieur à celui des brins de ladite première antenne spirale (2).