Brevet FR2698727A1 — publié le 19940603

La présente invention concerne un dispositif de transmission à hautes fréquences, une antenne et un ensemble comportant une telle antenne. Les bâtiments réfléchissent les ondes électromagné- tiques si bien que les hautes fréquences utilisées pour la télévision et analogues sont souvent perturbées Pour résoudre ce problème, on a appliqué des dispositifs d'ab- sorption des hautes fréquences, constitués de matériaux tels que des carreaux de ferrite, qui absorbent les ondes électromagnétiques, sur les murs externes des bâtiments. Cependant, les dispositifs d'absorption des hautes fré- quences ne résistent pas bien aux intempéries et leur réalisation n'est habituellement pas satisfaisante, si bien que les matériaux normaux de finition, tels que des pierres, sont placés à leur surface. On place normalement les antennes (antennes parabo- liques) à l'extérieur des bâtiments Cependant, comme ces antennes déparent l'aspect des bâtiments et nécessitent des fondations importantes pour résister au vent, on installe à leur place des antennes paraboliques plus petites à l'inté- rieur des fenêtres des pièces des bâtiments (afin que les antennes puissent être protégées contre le vent) Pour les mêmes raisons, on a envisagé des réalisations telles qu'une antenne parabolique est installée dans une boite et la boîte est fixée au bâtiment En outre, on a suggéré la formation de panneaux d'antennes et leur application aux réalisations architecturales, c'est-à-dire que les antennes sont placées à l'intérieur des murs externes des bâtiments. Dans ce cas, il faut aussi utiliser des matériaux normaux de finition pour recouvrir les antennes afin qu'elles possèdent une bonne résistance aux intempéries et qu'elles donnent un aspect esthétique. L'antenne précitée formée en panneau, c'est-à-dire l'antenne à hautes fréquences sous forme de panneau pour communications par satellites, est composée de plusieurs antennes élémentaires 4 comme indiqué sur la figure 18, formant un "aérien en phase" 5 Dans une telle antenne, la direction du faisceau des ondes peut être tournée par réglage et composition de signaux de chaque antenne élémen- taire 4 afin que l'antenne permette la communication avec plusieurs satellites de communication, alors que l'antenne parabolique de la technique antérieure ne peut communiquer qu'avec un seul satellite de communication En outre, une telle antenne doit être installée afin qu'elle englobe les satellites de communication dans la plage angulaire de son faisceau, mais, étant donné la capacité d'une antenne élémentaire, il faut un grand nombre d'ensembles pour que les communications soient satisfaisantes, si bien que la dimension du panneau est devenue monstrueuse. Lorsque les matériaux de finition normaux précités de la technique antérieure ne transmettent pas de façon satisfaisante les fréquences nécessaires, un dispositif d'absorption de hautes fréquences ne présente pas toute sa capacité d'absorption des hautes fréquences et une antenne ne peut pas bien recevoir les ondes. Les matériaux de finition qui recouvrent les dispo- sitifs d'absorption des hautes fréquences et les antennes doivent pouvoir transmettre les fréquences nécessaires, mais il n'existe pas de matériaux de finition ayant de telles propriétés Ainsi, les limites des fréquences transmises à travers les matériaux de finition avec un coefficient convenable de transmission ne doivent pas être étroites, par manque de commodité en pratique si bien que les matériaux de finition doivent pouvoir transmettre les fréquences nécessaires entre des limites très éloignées En outre, les matériaux de finition doivent pouvoir trans- mettre les fréquences nécessaires même avec une incidence oblique, lorsqu'on prend en compte les réalisations pratiques. Une antenne 5 formant un aérien en phase doit avoir une dimension très grande pour pouvoir être utilisée en pratique, mais une telle antenne importante n'est pas facile à installer dans un mur de bâtiment tourné vers un satellite de communications. La présente invention a donc pour objet la réali- sation d'un dispositif de transmission de hautes fréquences pour matériaux de finition de construction, comprenant des matériaux de finition utilisés de façon générale pour la construction et une couche d'ajustement formant une surface d'appui des matériaux de finition et qui améliore le coefficient de transmission XPD, afin qu'il puisse être appliqué à un dispositif d'absorption de hautes fréquences et à des antennes sous forme de matériaux de revêtement. L'invention a aussi pour objet la réalisation d'une antenne parabolique conditionnée placée dans une boîte qui peut être fixée à la surface d'un bâtiment La présente inven- tion a aussi pour objet la réalisation d'une antenne sous forme d'un aérien en phase qui a une capacité suffisante de communication et qui peut être installée dans le mur d'un bâtiment. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un dispositif de transmission de hautes fréquences comprenant trois couches selon l'invention, la figure 2 représente la variation du coefficient de transmission selon l'invention par rapport à la tech- nique antérieure (une seule couche), la figure 3 représente le coefficient de transmis- sion selon la présente invention par rapport à la technique antérieure (une seule couche); la figure 4 représente le coefficient de transmis- sion selon l'invention par rapport à la technique anté- rieure (une seule couche), la figure 5 représente le coefficient de transmis- sion avec une incidence oblique selon l'invention, la figure 6 représente le coefficient de transmis- sion pour une incidence oblique selon la technique anté- rieure (une seule couche), la figure 7 représente une amélioration du coeffi- cient XPD selon l'invention, la figure 8 représente la variation du coefficient XPD, selon la technique antérieure (une seule couche), les figures 9 (a) à 9 (c) représentent le coefficient de transmission selon l'invention (figure 9 (c)) par rapport à la technique antérieure (une seule couche et deux couches), les figures 10 (a) à 10 (c) représentent le coeffi- cient de transmission obtenu selon l'invention (figure (c)) par rapport à la technique antérieure (une seule couche et deux couches), la figure 11 (a) est une coupe partielle d'une antenne parabolique conditionnée selon l'invention, la figure 11 (b) est une vue en élévation d'une antenne parabolique conditionnée selon l'invention placée à la partie supérieure d'un bâtiment, la figure 12 (a) représente une vue en perspective d'un ensemble à antenne pour communications par satellites selon l'invention, la figure 12 (b) est une vue éclatée d'un ensemble à antenne représenté sur la figure 12 (a), la figure 13 (a) est une vue en élévation d'un ensemble à antenne pour communications par satellites selon l'invention, la figure 13 (b) est une coupe en élévation latérale de l'ensemble représenté sur la figure 13 (a), la figure 14 est une vue agrandie de la partie cerclée de la figure 13 (b) portant la référence XIV, la figure 15 est une vue en perspective d'un ensemble à antenne selon l'invention, la figure 16 est une vue en élévation d'un ensemble à antenne fixé de préférence selon l'invention, les figures 17 (a) à 17 (d) sont des vues d'ensembles a antenne fixés de préférence selon l'invention, et la figure 18 est une vue d'une antenne formant un aérien en phase selon l'invention. Le dispositif de transmission radioélectrique selon l'invention comprend les matériaux généraux de finition comme éléments externes, une seconde couche placée à la surface interne du matériau de finition et composée d'un matériau ayant une permittivité relative comprise entre 1 et 1,5, et une troisième couche placée à la face interne de la seconde couche et ayant une permittivité plus faible, la permittivité relative de cette couche étant telle que la permittivité diminue de la première couche à la troisième couche puis à la seconde couche, et l'épaisseur de chaque couche est en outre telle qu'elles présentent toutes une bonne perméabilité. Le dispositif de transmission à hautes fréquences selon la présente invention peut être réalisé afin que la couche externe comporte des matériaux généraux de finition tels que le béton, le mortier, une pâte de ciment, du verre flotté, du verre cristallisé, des carreaux céramiques et des pierres, et la seconde couche comprend des matériaux tels que de l'air et du polystyrène, leur permittivité relative étant comprise entre 1 et 1,5, et la troisième couche est formée d'un matériau de faible permittivité tel qu'un matériau poreux tel qu'une résine alvéolaire, une matière plastique armée de fibres, une résine acrylique, une résine de chlorure de vinyle, une résine de polycarbo- nate, ou une résine fluorocarbonée, et dont la perméabilité relative est telle qu'elle diminue de la première couche à la troisième couche et à la seconde couche, l'épaisseur de chaque couche étant en outre telle qu'elles peuvent toutes présenter une perméabilité efficace. Une antenne parabolique conditionnée selon la présente invention est telle qu'elle est installée dans une boite, et une ouverture de la boîte est fermée par un dispositif de transmission de hautes fréquences décrit selon l'invention. Un ensemble à antenne selon la présente invention est tel qu'un aérien en phase est subdivisé en parties installées chacune dans une boîte, et une ouverture de la boîte est fermée par un dispositif de transmission de hautes fréquences selon l'invention et forme un panneau. Une installation d'antenne selon la présente inven- tion est telle qu'un nombre nécessaire d'ensembles à antenne sous forme de panneaux décrits précédemment sont fixés au mur d'un bâtiment à proximité ou dans une isola- tion, et la capacité de chaque ensemble est cumulée pour l'obtention de la capacité nécessaire de communication. L'installation à antenne décrite précédemment est de préférence telle que l'angle de l'installation des ensembles à antenne est analogue à l'angle du mur du bâtiment. Lorsqu'une seule couche composée d'un matériau général de finition est appliquée, ses caractéristiques de perméabilité à hautes fréquences, telles que les pertes par transmission et les caractéristiques du rayonnement élec- tromagnétique polarisé, ont une certaine influence sur les antennes et dispositifs drabsorption de hautes fréquences. Par exemple, les antennes dont l'ensemble partagé à double polarisation orthogonale (transversale) est appliqué posent un problème de détérioration du coefficient XPD (Le coefficient XPD désigne la discrimination en polarisation transversale, c'est-à-dire le rapport de la composante de polarisation transversale, qui est perpendiculaire à la direction principale de polarisation, et de la composante de polarisation principale, dans l'hypothèse o la direc- tion de polarisation en l'absence de matériau de revêtement constitue la direction de polarisation principale). Les inventeurs, pour résoudre ces problèmes, ont effectué de nombreuses études et ils ont finalement réalisé un dispositif de transmission à hautes fréquences compre- nant des matériaux généraux de finition, une seconde couche dont la permittivité relative est comprise entre 1 et 1,5 et disposée derrière les matériaux généraux de finition, et une troisième couche de plus faible permittivité, la permittivité relative diminuant de la première couche à la troisième puis à la seconde, l'épaisseur de chaque couche étant convenable de manière qu'elle assure la transmission des hautes fréquences entre des limites éloignées La combinaison de la seconde couche et de la troisième couche forme une couche d'ajustement. 5 Une antenne parabolique conditionnée selon la présente invention peut être fixée à la surface externe d'un bâtiment, par exemple sous forme d'un bloc de toit, si bien qu'il n'est pas nécessaire de s'inquiéter de la résistance au vent qui pourrait poser des problèmes à10 l'antenne Un ensemble d'antenne subdivisé en panneaux selon la présente invention a une dimension réduite et peut donc être facilement installé dans un mur d'un bâtiment. Une installation à antenne selon la présente invention peut donner la capacité nécessaire de communication par accumu- lation des énergies de sortie de chaque ensemble. La figure 1 représente un mode de réalisation préféré de l'invention Ce mode de réalisation comprend trois couches revêtant le dispositif 1 d'absorption de hautes fréquences et formant antenne, et la première couche 2 a, qui est la couche externe, est composée d'un matériau général de finition tel que le béton, le mortier, la pâte de ciment, le verre flotté, le verre cristallisé, des carreaux céramiques et des pierres, ayant une bonne résis- tance aux intempéries et de bonnes qualités esthétiques La permittivité relative des matériaux de finition 2 a doit être inférieure à 10 et de préférence inférieure à 7 La seconde couche 2 b du mode de réalisation préféré est composée de matériaux tels que l'air ou du polystyrène, et sa permittivité relative est de 1 à 1,5 La troisième couche 2 c est composée de matériaux ayant une plus faible permittivité, par exemple un matériau poreux tel qu'une résine alvéolaire, une matière plastique armée de fibres, une résine acrylique, une résine de chlorure de vinyle, une résine de polycarbonate ou une résine fluorocarbonée La permittivité relative de la troisième couche 2 c doit être inférieure à 5 et de préférence à 3,5. Le rapport de permittivité relative des trois couches est tel qu'il diminue de la couche 2 a à 2 c et à la couche 2 b, toutes ces couches devant avoir de faibles pertes. Le traitement de surface, par exemple par peinture et émaillage, peut être réalisé et lorsqu'on utilise des peintures et un émail de façon générale, aucun problème ne se pose lorsque l'épaisseur est extrêmement faible par rapport à la longueur d'onde des hautes fréquences, mais on ne doit pas utiliser de métal comme matériau de traitement de surface. Les épaisseurs tl t 2, t 3 des couches 2 a, 2 b, 2 c peuvent être définies par les formules qui suivent, c'est- à-dire lorsque la fréquence (centrale) demandée est f (Hertz), on peut obtenir ti, t 2, t 3 t 1 = ml Co/2 ffiy t 2 = m 2 Co/2 ff 2 _ t = m Co/2 f 2 f 3 3 ' 3 10 Co étant la vitesse des ondes dans l'air ( 3 10 m/s), Er 1, Er 2 et Er 3 étant la permittivité relative de la première, de la seconde et de la troisième couche, m 1 étant tel que m 1 = N 0,3 et de préférence N 0,1, m 2 et m 3 sont compris entre 0,1 et 0,6 et de préférence entre 0,1 et 0,3, ou m 1, m 2, m 3 = N 0,3 et de préférence N 0,1 avec N = 1,2,3 mi, m 2 et m 3 sont de préférence de petits nombres afin que les performances soient bonnes Co/2 f 4 r F spécifie la demi-fréquence à haute fréquence de chaque matière (couche) En conséquence, lorsque l'épaisseur de chaque matière est égale à un nombre entier de demi- fréquences de l'onde à hautes fréquences, on peut obtenir de bonnes performances. Ainsi, la figure 2 représente le rapport de trans- mission du dispositif de transmission de hautes fréquences selon l'invention et de la technique antérieure (une seule couche), la première couche étant composée d'un verre sodocalcique (S), la seconde couche d'air, la troisième couche d'un polycarbonate (PC), et m 1 = 1, m 2 = 0,15 et m 3 est compris entre 0,2 et 0,3 Sur la figure 3, la première couche est composée d'un verre sodocalcique (S), la seconde couche d'air, la troisième couche d'un polycarbonate (PC) 5 et m 1 = 1, m 2 = 0,15 et m 3 est compris entre 1,1 et 1,2. Sur la figure 4, une première couche est composée d'un verre borosilicate (B), la seconde couche d'air, la troi- sième de polycarbonate (PC) et m 1 = 1, m 2 = 0,15 et m 3 est compris entre 0,95 et 1,05 A titre comparatif, sur les figures 2 et 3, les résultats obtenus avec une seule couche de verre sodocalcique sont aussi représentés et, sur la figure 4, les résultats obtenus avec une seule couche de verre borosilicate sont représentés Ils indiquent que les limites de fréquence qui doivent être transmises avec un rapport élevé de transmission de hautes fréquences sont considérablement éloignées par rapport à une couche unique. mi, m 2 et m 3, comme indiqué dans la formule précé- dente, indiquent le rapport de chaque couche avec la demi- longueur d'onde des hautes fréquences Les permittivités relatives des différents matériaux sont les suivantes verre sodocalcique: Er = 6,3 j O,139 verre borosilicate: Er = 4,6 j O,026 air: Er = 1,0 polycarbonate: Er = 2,8 j O,017. La figure 5 représente les performances de transmis- sion pour une incidence oblique d'une onde selon la pré- sente invention, lorsque la première couche est composée d'un verre sodocalcique (S), la seconde d'air et la troi- sième d'un polycarbonate (PC) La figure 6 représente à titre comparatif les résultats obtenus avec une seule couche de verre L'invention donne des performances bien meilleures. La figure 7 représente aussi les performances de transmission en incidence oblique pour le coefficient XPD selon l'invention lorsque la première couche est composée de verre sodocalcique S, la seconde couche d'air et la troisième couche de polycarbonate PC La figure 8 repré- sente à titre comparatif les résultats obtenus avec une seule couche de verre sodocalcique S Les performances selon l'invention sont meilleures que celles de la couche5 unique aussi pour les fréquences indiquées sur les figures et 6. Les figures 9 (a) à 9 (c) et 10 (a) à 10 (c) repré- sentent des résultats de la-structure à trois couches selon l'invention qui montre une meilleure perméabilité par rapport à la structure à une seule couche ou même une structure à deux couches Sur les figures, le trait plein indique les valeurs expérimentales et les points noirs les valeurs calculées. La figure 11 (a) représente un mode de réalisation préféré d'antenne parabolique conditionnée 9 selon la présente invention, ayant un dispositif de transmission de hautes fréquences qui est un couvercle 7 d'une boite 6 dans laquelle est installée une antenne parabolique Elle est conditionnée, si bien qu'elle peut être facilement instal- lée dans un mur de bâtiment Comme l'indique la figure 11 (b), l'antenne parabolique conditionnée 9 peut être fixée sur une cheminée de toit 11 de bâtiment 10 et, même dans ce cas, l'antenne parabolique 8 elle-même n'est pas influencée par le vent puisqu'elle est conditionnée dans la boîte 6 et le couvercle (dispositif 7 de transmission de hautes fréquences) L'antenne parabolique conditionnée 9 est réalisée afin qu'elle ne perturbe pas l'aspect esthétique du bâtiment 10. Les figures 12 (a) et 12 (b) représentent un mode de réalisation préféré d'ensemble 15 à antenne en panneaux selon la présente invention, dans lequel une antenne 5 formant un aérien en phase est subdivisée en parties 5 ', chaque partie 5 ' est placée dans une boîte 13 qui est fermée par un couvercle 14 composé d'un dispositif de transmission de hautes fréquences. Les figures 13 (a), 13 (b) et 14 représentent un mode de réalisation préféré d'ensemble à antenne sous forme de il panneaux dans lequel la boîte 13 est formée d'un cadre d'aluminium. La figure 15 représente un mode de réalisation préféré d'installation d'antenne selon la présente inven- tion dans laquelle le nombre nécessaire d'ensembles 15 sont disposés afin qu'ils soient adjacents Dans une telle installation d'antenne, on peut obtenir l'amplitude néces- saire de capacité de communication par accumulation des énergies fournies par chaque ensemble 15. La figure 16 représente une installation à antenne selon la présente invention, installée dans un mur externe 17 d'un bâtiment par l'intermédiaire de dispositifs hori- zontaux 16, la référence 18 désignant un store ornemental d'une pièce Les ensembles peuvent être disposés dans l'isolation et non pas près de celle-ci Une installation à antenne selon la présente invention est telle que chaque ensemble peut être placé dans l'isolation, si bien qu'il n'est pas nécessaire de préparer une zone agrandie à un emplacement du bâtiment, et ceci est avantageux lors de la planification de la construction du bâtiment Les figures 17 (a) à 17 (d) représentent des modes de réalisation préfé- rés d'une installation à antenne placée dans les murs d'un bâtiment, l'angle d'installation de chaque ensemble 15 étant analogue à l'angle des murs du bâtiment Il est souhaitable qu'un dispositif d'ajustement de la position de fixation et de l'angle de fixation d'une partie 5 ' de l'ensemble 15 contre une boîte 13 soit présent bien qu'un tel dispositif ne soit pas représenté sur les dessins. La présente invention donne l'effet suivant Un dispositif de transmission de hautes fréquences est composé de trois couches et l'épaisseur de chaque couche peut être ajustée librement si bien que les possibilités de pénétra- tion et le coefficient XPD pour la fréquence voulue peuvent être améliorés, et le dispositif de transmission de hautes fréquences peut être utilisé avantageusement comme matériau de couverture d'un dispositif d'absorption de hautes fréquences et d'antenne. Une antenne selon la présente invention peut être conditionnée ou mise en panneaux avec des matériaux géné- raux de finition utilisés pour la construction, si bien que l'ensemble à antenne organisé à partir de telles antennes5 peut être placé dans un bâtiment, et il ne peut pas être détérioré par le vent et ne perturbe pas l'aspect esthé- tique du bâtiment Une antenne selon la présente invention est placée dans une boîte si bien qu'elle peut être dépour- vue de poussière, et ses performances sont conservées10 pendant une plus longue période que les antennes de la technique antérieure qui sont exposées à l'extérieur En outre, un ensemble à antenne selon la présente invention peut être placé près des murs d'un bâtiment afin qu'une antenne à aérien en phase puisse être utilisée plus efficacement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs de transmis- sion et antennes qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de transmission radioélectrique destiné à des matériaux de finition utilisés dans la construction, caractérisé en ce qu'il comporte une couche externe ( 2 a) composée d'un matériau général de finition, une seconde couche ( 2 b) placée à l'intérieur de la couche externe et dont la permittivité relative est comprise entre 1 et 1,5, et une troisième couche ayant une permittivité plus faible et placée à l'intérieur de la seconde couche, la permittivité diminuant de la première couche à la troisième et à la seconde, l'épaisseur de chaque couche étant telle que les hautes fréquences sont efficacement transmises. 2 Dispositif de transmission à hautes fréquences pour matériaux de finition de construction, caractérisé en ce qu'il comprend une couche externe ( 2 a) composée d'un matériau général tel que le béton, le mortier, la pâte de ciment, le verre flotté, le verre cristallisé, les carreaux céramiques et les pierres, une seconde couche ( 2 b) composée de matériaux tels que l'air et le polystyrène dont la permittivité relative est comprise entre 1 et 1,5, et une troisième couche composée d'un matériau de plus faible permittivité relative, tel qu'un matériau poreux, par exemple une résine alvéolaire, une matière plastique armée de fibres, une résine acrylique, du chlorure de vinyle, du polycarbonate ou une résine fluorocarbonée, les permitti- vités relatives diminuant de la première couche à la troisième et à la seconde, l'épaisseur de chaque couche étant telle qu'elle transmet efficacement les hautes fréquences. 3 Antenne parabolique conditionnée, caractérisée en ce qu'elle comprend une boîte ayant une ouverture, une antenne parabolique placée dans la boîte, et un dispositif de transmission de hautes fréquences selon l'une des revendications 1 et 2, ce dispositif de transmission étant appliqué sous forme d'un couvercle fermant l'ouverture de la boîte. 4 Ensemble d'antenne, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte ayant une ouverture, des parties subdi- visées d'une antenne formant un aérien en phase, la partie étant installée dans la boîte, et un dispositif de trans- mission de hautes fréquences selon l'une des revendications 1 et 2, ce dispositif de transmission étant appliqué sous forme d'un couvercle fermant l'ouverture de la boîte. Installation d'antenne comprenant le nombre nécessaire d'ensembles à antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les ensembles à antenne sont placés dans un mur externe d'un bâtiment afin qu'ils soient adjacents au mur ou placé dans l'isolation, l'installation ayant la capacité nécessaire de communication obtenue par accumulation des puissances de sortie des ensembles. 6 Installation selon la revendication 5, caracté- risée en ce que l'angle de montage d'un ensemble à antenne selon la revendication 4 est analogue à l'angle d'un mur d'un bâtiment.