Brevet FR2742585A1 — publié le 19970620

Antenne d'émission et/ou de réception pour véhicule directive en azimut, et dispositif à diversité d'antennes correspondant. Le domaine de l'invention est celui des communications hertziennes avec des terminaux mobiles. Plus précisément, l'invention concerne les antennes d'émission et/ou de réception de signaux destinées à équiper des véhicules. L'invention peut s'appliquer à tous les types de communication ( notamment radio-diffusion, radio-téléphonie,...), que les signaux échangés soient analogiques ou numériques. Les réseaux de communication avec des terminaux mobiles (sans fil) sont actuellement en pleine expansion. Dans une telle situation, le signal entre deux correspondants passe par l'intermédiaire d'ondes radio (sur au moins une partie du chemin de transmission). On sait que ce passage par le "canal radio" introduit souvent une partie majeure des perturbations des transmissions. En effet, notamment, la multiplicité des situations qui peuvent être rencontrées empêche a priori toutes solutions parfaites. Parmi les perturbations les plus pénalisantes, on distingue en particulier la perte de puissance entre l'émetteur et le récepteur, la présence d'échos du signal, due au fait que le signal arrive par plusieurs trajets (par exemple par réflexion sur les éléments de l'environnement) et les fluctuations rapides du signal reçu (évanouissements de Rayleigh). On sait que, dans le cas des transmissions numériques, le phénomène d'échos est particulièrement sensible. On peut réduire ces différents problèmes en améliorant les systèmes (par exemple: utilisation d'égaliseurs, augmentation de la puissance émise ou du nombre de sites d'émission). Toutefois, dans un contexte commercial, le coût de ces mesures les rend difficiles à mettre en oeuvre. Par ailleurs, certaines solutions techniques efficaces ne peuvent plus être mises en oeuvre sur des réseaux existants à cause des changements de structure impliqués. Du point de vue des terminaux mobiles, on a envisagé de nombreuses améliorations. Notamment, de nombreux types d'antennes d'émission et/ou de réception ont été présentés. Ces antennes étant destinées à des mobiles, et notamment à des véhicules incorporant un terminal, l'homme du métier a toujours considéré que leur qualité principale doit être l'omni-directionnalité. En effet, le véhicule peut être orienté de manière quelconque par rapport à la station de base (elle-même étant reliée, par exemple, au réseau téléphonique filaire), et le fonctionnement doit être correct dans tous les cas. Dans les systèmes actuels, les antennes de voitures utilisées sont soit des antennes fouet (généralement 1/4 d'onde) ou des antennes colinéaires. La raison principale de leur emploi est leur simplicité de fabrication et leur omni-directionnalité (pour la polarisation considérée). On sait que les antennes directives sont plus efficaces, et que l'on obtiendrait un gain important dans le cas o le véhicule est bien orienté. Mais la communication serait fortement dégradée dans le cas contraire. Pour s'adapter aux changements d'orientation du véhicule, une antenne directive devrait donc réorienter en permanence son lobe principal dans la direction appropriée. En milieu urbain notamment, l'antenne devrait donc en permanence rechercher la meilleure position. De telles antennes ne sont pas envisageables sur un plan économique. En conséquence, tous les systèmes connus reposent sur la mise en oeuvre d'antennes omni-directionnelles. L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients mentionnés ci- dessus. Plus précisément, l'invention a pour objectif de fournir un nouveau type d'antenne pour les radiocommunications avec les mobiles, permettant de limiter les perturbations dues à la perte de puissance, la présence d'échos et/ou les fluctuations rapides du signal reçu, notamment dans les cas les plus sensibles. Un objectif particulier de l'invention est de fournir une telle antenne qui soit simple à réaliser et à mettre en oeuvre, et donc peu coûteuse, tant à la fabrication qu'à l'installation. En ce qui concerne l'installation, un autre objectif de l'invention est encore de fournir une telle antenne ne nécessitant aucun réglage ni aucune connaissance technique particulière, de façon que cette installation puisse éventuellement être effectuée par l'utilisateur lui-même. L'invention a également pour objectif de fournir une telle antenne, qui soit compatible avec tous les systèmes radio, et qui puisse le cas échéant être utilisée en remplacement d'antennes déjà mises en oeuvre. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints selon l'invention à l'aide d'une antenne d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques destinée à équiper un véhicule, ladite antenne étant fixe par rapport audit véhicule, et directive en azimut. L'antenne de l'invention va donc complètement à l'encontre des a priori de l'homme du métier. En effet, on ne tente plus d'avoir une antenne omni-directionnelle, ni une antenne orientée vers une station de base, mais une antenne directionnelle dont les lobes sont fixes par rapport au véhicule (indépendamment de l'orientation et des déplacements de celui-ci). De façon avantageuse, ladite antenne présente des gains importants dans les deux directions orientées perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit véhicule, et des gains faibles ou nuls dans les deux directions orientées parallèlement à l'axe longitudinal dudit véhicule. En d'autres termes, l'antenne selon l'invention permet d'éliminer les ondes radio provenant dans la direction de la rue dans laquelle se déplace le véhicule. Ainsi, on empêche, ou à tout le moins on limite, la réception d'échos lointains (arrivant avec les délais les plus longs), qui sont les plus perturbants. En effet, les inventeurs ont vérifié que les échos lointains arrivent la plupart du temps dans la direction de la rue (en milieu urbain). Par ailleurs, le fait d'utiliser une antenne directionnelle implique un renforcement du signal reçu, dû au gain de l'antenne nécessairement plus fort. Enfmin, en éliminant certains trajets, on réduit du même coup les interférences entre les trajets, et donc les risques d'évanouissements rapides. Préférentiellement, l'antenne de l'invention présente un gain maximal dans des directions orientées perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit véhicule et présentant une inclinaison vers le haut par rapport à l'horizontale. En effet, cette technique permet de renforcer les trajets les plus directs, provenant la plupart du temps, et dans les cas les plus défavorables, par propagation au-dessus des toits. De façon avantageuse, ladite inclinaison peut être engendrée par un plan de masse. L'antenne selon l'invention peut être une antenne de type connu en soi. Notamment, il peut s'agir d'une antenne en boucle. Dans ce cas, le plan défini par ladite boucle est perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit véhicule. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne de l'invention peut être constituée par un réseau linéaire comprenant au moins deux antennes fouet placés parallèlement à l'axe longitudinal dudit véhicule. Selon encore un autre mode de réalisation, l'antenne de l'invention présente de plus un gain dans la direction avant-arrière dudit véhicule. Cette technique permet d'augmenter la puissance moyenne reçue. Comme expliqué ci-dessus, l'antenne de l'invention s'avère particulièrement avantageuse en milieu urbain. Dans le cas o elle s'avérerait moins efficace en milieu rural ou sur autoroute qu'une antenne omnidirectionnelle classique, on peut prévoir de faire de la diversité d'antennes. L'invention concerne donc également un dispositif d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins une première antenne telle que décrite ci-dessus; - au moins une seconde antenne classique omnidirectionnelle; et - des moyens de commutation entre lesdites première et seconde antennes, en fonction des besoins. La commutation est par exemple pilotée à partir d'une information représentative de la puissance reçue et/ou de l'étalement des délais pour chacune des antennes, le choix étant fait de façon à utiliser l'antenne la plus efficace pour la communication dans chaque situation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels: - les figures la et lb illustrent les lobes d'une antenne selon l'invention équipant un véhicule vu de dessus (figure la) et de devant (figure lb); - la figure 2 présente un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, dans lequel les lobes d'antenne sont inclinés vers le haut; - la figure 3 illustre un véhicule équipé d'une antenne boucle et d'une antenne omnidirectionnelle. Comme expliqué plus haut, l'homme du métier a toujours considéré qu'il fallait, dans le cas d'un mobile, ne privilégier aucune direction de propagation, pour que le mobile puisse recevoir dans les mêmes conditions quelle que soit l'orientation du véhicule. Selon l'invention en revanche, on prévoit une antenne permettant d'éliminer les ondes radio provenant de la rue dans laquelle circule le véhicule, ainsi que cela est illustré en figures la et lb. Le véhicule 11 étant pratiquement tout le temps dans le sens de circulation de la rue, on utilise une antenne 12 présentant des gains faibles voire nuls 13A, 13B dans les directions de l'arrière et de l'avant du véhicule. Pour des raisons de symétrie, les directions de plus grand gain 14A, 14B se trouvent vers la droite et la gauche du véhicule. La zone grisée 15 illustre schématiquement le lobe d'antenne. Ainsi que cela est illustrée en figure 2, une amélioration peut être envisagée, lorsque le gain maximum 21 de l'antenne 22 ne se trouve pas dans le plan horizontal, mais présente une inclinaison vers le haut. Cela permet en effet de renforcer les trajets provenant par propagation au-dessus des toits, qui sont souvent, en milieu défavorable, les trajets les plus directs. La figure 3 présente un mode de mise en oeuvre de l'invention. L'antenne 31 utilisée est une antenne en boucle, de type connu en soi. Le plan défini par la boucle est perpendiculaire à la direction longitudinale 32 du véhicule 33. Avantageusement, l'inclinaison du lobe vers le haut est engendrée par un plan de masse, formé par exemple par le toit du véhicule. En effet, en plaçant une plaque de métal sous l'antenne, on empêche celle-ci de rayonner vers le bas, par effet de masquage. Les ondes arrivant par dessus sont reçues en même temps que ces mêmes ondes réfléchies sur la plaque. Celles-ci sont donc renforcées d'autant. D'autres moyens pour renforcer le gain d'antenne sont bien sûr envisageables. Un autre mode de réalisation d'une antenne présentant un tel diagramme consiste à mettre en oeuvre un réseau linéaire d'antennes fouet (classiques en soi) d'un faible nombre d'éléments (2 à 5 par exemple), placés dans la direction du véhicule. Bien sûr, cette technique permet d'obtenir un diagramme avec directivité latérale (ou avant-arrière), mais ne concerne pas l'inclinaison du diagramme vers le haut. D'autres modes de réalisation sont également envisageables, sans sortir du cadre de l'invention. Il est à noter que l'invention est particulièrement avantageuse en milieu urbain, et notamment dans les cas les plus défavorables pour la propagation. Une campagne de mesures a été effectué pour valider l'invention, à partir d'une antenne directionnelle en azimut. Dans cette campagne, la station de base était située à 47 m de hauteur. 1600 mesures ont été effectuées, couvrant un domaine de 3 km de diamètre autour de la station de base. La qualité des liaisons a été déterminée en déterminant les deux paramètres suivants: la puissance reçue par le récepteur et l'étalement des délais. On sait que le signal reçu est meilleur quand la puissance reçue est plus forte et l'étalement des délais est plus faible. On a vérifié, lors de cette campagne, que, par rapport à une antenne omnidirectionnelle, l'utilisation d'une antenne ayant une directivité latérale ne dégradait pas la puissance moyenne reçue, quelle que soit l'ouverture horizontale du lobe d'antenne. En revanche, l'étalement des délais peut être réduit de moitié pour une ouverture horizontale du lobe d'antenne de 5 , et d'environ un tiers pour une ouverture de . Si l'antenne présente un gain dans la direction avant- arrière, on constate de plus que, par rapport à une antenne omni- directionnelle, pour une ouverture comprise entre 5 et 60 on obtient un gain de quelques dB sur la puissance reçue, alors que l'étalement des délais est double. Malgré cet inconvénient, l'utilisation d'une telle orientation peut s'avérer intéressante, en particulier en diversité, du fait de l'augmentation de la puissance moyenne reçue dans cette configuration. L'invention n'a pas encore été testée en milieu rural ou sur autoroute. Dans le cas o une dégradation serait observée, on peut prévoir d'utiliser l'antenne 31 comme moyen pour faire de la diversité d'antennes, au moins une autre antenne, par exemple une antenne fouet classique 34, équipant également le véhicule. Dans ce cas, le dispositif équipant le véhicule comprend des moyens 35 pour analyser l'efficacité de chacune desdites antennes, par exemple à partir de mesures de la puissance reçue et de l'étalement des délais pour chacune d'elles, qui contrôle un commutateur 36 permettant d'utiliser à tout moment la meilleure antenne. REVENDICATIONS 1. Antenne d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques destinée à équiper un véhicule, caractérisée en ce qu'elle est fixe par rapport audit véhicule, et directive en azimut. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente des gains importants dans les deux directions orientées perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit véhicule, et des gains faibles ou nuls dans les deux directions orientées parallèlement à l'axe longitudinal dudit véhicule. 3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle présente un gain maximal dans des directions orientées perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit véhicule et présentant une inclinaison vers le haut par rapport à l'horizontale. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite inclinaison est engendrée par un plan de masse. 5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'il s'agit d'une antenne en boucle. 6. Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le plan défminie par ladite boucle est perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit véhicule. 7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un réseau linéaire comprenant au moins deux antennes fouet placés parallèlement à l'axe longitudinal dudit véhicule. 8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que présente de plus un gain dans la direction avant-arrière dudit véhicule. 9. Dispositif d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins une première antenne fixe par rapport audit véhicule, et directive en azimut; - au moins une seconde antenne classique omnidirectionnelle; et - des moyens de commutation entre lesdites première et seconde antennes, en fonction des besoins.