Brevet FR2790872A1 — publié le 20000915

ANTENNE DEMONTABLE, A CHARGE CAPACITIVE, DE TYPE FOUET ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN SEGMENT RAYONNANT D'UNE TELLE ANTENNE L'invention concerne une antenne démontable à charge capacitive, de type fouet, whip antenna en langage anglo-saxon; une telle antenne, quelle soit démontable ou non, présente une large bande de fréquences de fonctionnement. Il est connu d'élargir encore cette bande en associant à l'antenne une boîte d'accord, Antenna Tuning Unit en langage anglo- saxon; cette boîte d'accord a pour rôle de parfaire l'adaptation d'impédance dans toute la bande utile. Il est connu de réaliser une antenne de type fouet et à charges capacitives de différentes manières qui seront illustrées à l'aide des figures 2a, 2b, 2c ci-jointes et de la description y relative. Mais ces réalisations ne donnent pas entière satisfaction car soit l'antenne est relativement fragile au niveau de la charge capacitive, soit un renforcement mécanique doit être prévu en cet endroit, ce qui rend la fabrication coûteuse. Le but de la présente invention est d'éviter ou, pour le moins, de réduire ces inconvénients. Ceci est obtenu grâce principalement à une charge capacitive spécialement conçue, et disposée pour ne pas fagiliser l'antenne. Selon l'invention il est ainsi proposé une antenne démontable, à charge capacitive, de type fouet, comportant des segments rayonnants distincts les uns des autres et disposés les uns au bout des autres, chaque segment comportant un brin conducteur qui s'étend sur toute la longueur du segment, caractérisée en ce que l'un au moins des segments comporte une charge capacitive, toute entière insérée dans son brin conducteur, et un tube isolant creux qui sert de support au brin conducteur et à l'intérieur duquel est logée la charge capacitive, en ce que la charge capacitive comporte une première armature constituée par une enceinte métallique, une seconde armature constituée par un tronçon d'un fil conducteur recouvert d'une gaine isolante, ce tronçon de fil étant localisé dans l'enceinte et aboutissant, au moins à l'une de ses extrémités, en limite de l'enceinte et en ce que le fil conducteur prolonge le tronçon hors de l'enceinte pour constituer un accès à la seconde armature. Selon l'invention, il est aussi proposé un procédé de fabrication d'un segment rayonnant d'une antenne démontable, à charge capacitive, de type fouet, caractérisé en ce que ce segment comportant un brin conducteur avec, en série, une virole, une tresse métallique tubulaire, un bloc métallique, un fil conducteur, il consiste à utiliser un mandrin, à enfiler la virole et la tresse sur le mandrin, à amener le bloc en appui sur le mandrin, à enrober le brin conducteur de fibres de verre pré-imprégnées d'une résine thermodurcissable puis, après durcissement, à retirer le mandrin. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - les figures la, lb des schémas d'antennes fouets, - les figures 2a, 2b, 2c des parties d'antennes fouets selon l'art antérieur, - la figure 3, une antenne fouet démontable, - les figures 4a, 4b, 4c des vues en coupe d'éléments d'antennes fouets selon l'invention, - la figure 5a, une pièce détachée utilisée dans les antennes selon les figures 4a, 4b et 4c, - la figure 5b, deux pièces détachées, dont celle selon la figure 5a, telles qu'elles sont associées dans les antennes selon les figures 4a, 4b, 4c, - les figures 6a à 6d, des schémas qui illustrent différentes étapes du montage de l'élément d'antenne selon la figure 4a. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. Pour des questions de compréhension du dessin les proportions n'ont pas toujours été respectées en particulier sur les figures 4 et 6. Par antenne large bande il faudra comprendre, dans ce qui suit, une antenne dont la bande de fonctionnement couvre plus d'une octave. Pour concevoir une antenne de type fouet, par exemple pour un véhicule et dans la bande 30- 88 MHz, il est usuel d'adopter comme structure rayonnante un monopôle filiforme comportant au moins une charge capacitive, et d'associer ce monopôle à une boîte d'accord conçue pour parfaire l'adaptation d'impédance dans toute la bande utile; la boîte d'accord est assimilable à un filtre passe-bande. La figure 1 est un schéma d'une antenne fouet à large bande, 1. Cette antenne comporte un monopôle vertical constitué par la mise en série d'un premier brin conducteur 2a, d'une charge capacitive 3 et d'un second brin conducteur 2b. L'antenne 1 comporte également une boîte d'accord, 5, disposée entre l'accès d'antenne et l'extrémité inférieure du brin conducteur, 2a, du bas du monopôle. Pour son utilisation l'antenne 1 est montée sur un plan de masse 4, aussi appelé contrepoids, qui est constitué par exemple par le toit métallique d'un véhicule. La figure lb est un autre schéma d'une antenne fouet à large bande, 1. Cette antenne avec son monopôle vertical et sa boîte d'accord, 5, est montée sur un plan de masse, 4; elle se distingue de l'antenne selon la figure 1 b par la constitution de son monopôle qui comporte, en série à partir de la boîte d'accord 5: un premier brin conducteur 2a, une première charge capacitive 3a, un deuxième brin conducteur 2b, une deuxième charge capacitive 3b, un troisième brin conducteur 2c, une troisième charge capacitive 3c et un quatrième brin conducteur 2d. Différentes façons de réaliser ces charges capacitives dans des antennes fouets sont connues, elles sont illustrées par les figures 2a, 2b, 2c o deux brins conducteurs 2a, 2b disposés dans le prolongement l'un de l'autre, sont couplés par une charge capacitive qui est disposée à l'endroit o les deux brins peuvent être détachés l'un de l'autre et qui n'est constituée que lorsque les deux brins considérés sont assemblés bout à bout. Dans le cas de la figure 2a la charge capacitive nécessite un diélectrique 30 et un manchon métallique 3d: le diélectrique isole les brins conducteurs 2a, 2b dont il coiffe les extrémités en regard tandis que le manchon 3d entoure le diélectrique. Le couplage capacitif entre les brins 2a, 2b s'effectue en partie directement à travers le diélectrique et en partie via successivement le diélectrique, le manchon métallique et à nouveau le diélectrique. Dans le cas de la figure 2b le brin conducteur 2a est creux et un cylindre creux en diélectrique, 30, est inséré dans le brin 2a, à I'extrémité supérieure de celui-ci. Le brin conducteur 2b a sa section au niveau de son extrémité inférieure qui correspond à la section intérieure du cylindre creux; il peut ainsi être enfilé dans ce cylindre pour que soit réalisée une charge capacitive entre les extrémités des deux brins 2a, 2b séparées par le diélectrique du cylindre 30. Sur la figure 2b le brin 2b est représenté avant enfoncement dans le cylindre creux 30. Dans le cas de la figure 2c la charge capacitive est obtenue par couplage entre deux fils conducteurs 3e, 3f bobinés sur un cylindre isolant 30; le cylindre 30 a ses deux extrémités qui sont solidaires respectivement des brins 2a et 2b; les fils 3e, 3f sont soudés respectivement, à l'une de leurs extrémités, sur les brins 2a, 2b et ont leur autre extrémité libre, de plus les fils 3e, 3f sont isolés l'un de l'autre. Dans la pratique les fouets à charges capacitives du genre des charges selon les figures 2a, 2b ou 2c, présentent plusieurs inconvénients. En effet l'élément isolant 30 doit assurer, dans ces charges, un double rôle: rôle radioélectrique en contribuant directement, en tant que diélectrique, à la valeur de la charge capacitive et rôle mécanique en contribuant à la tenue mécanique du fouet. Or pour des fouets d'une hauteur de 2,5 à 3 mètres les contraintes mécaniques peuvent être très sévères ce qui nécessite des renforcements mécaniques au niveau des charges capacitives et augmente le prix de revient de l'antenne. Une vue d'ensemble d'une antenne fouet démontable est représentée sur la figure 3 avec un fouet et une boîte d'accord 5 installée schématiquement sur un plan de masse 4 qui peut être la carrosserie métallique d'un véhicule. Dans l'exemple représenté le fouet est démontable en deux segments rayonnants distincts l'un de l'autre Sa, Sb; le démontage se fait grâce à une virole à filetage mâle 2n, située à l'extrémité supérieure du segment inférieur Sa et à une virole à filetage femelle 2g correspondante, située à l'extrémité inférieure du segment Sb. Le segment Sa comporte une virole femelle à son extrémité inférieure. La liaison électrique entre le fouet et la boîte d'accord s'effectue à travers une pièce de liaison à filetage mâle 2m et un ressort d'amortissement 2r; sur la figure 3 la pièce 2m et le ressort 2r sont représentés avant que la pièce 2m ait été rendue solidaire du ressort 2r par emboîtement en force; la pièce 2m et le ressort d'amortissement font usuellement partie intégrante de la boîte d'accord. L'antenne qui a servi d'exemple pour la figure 3 est une antenne selon l'invention avec une charge capacitive toute entière disposée dans le segment Sa et non pas, comme dans les exemples selon les figures 2a, 2b, 2c, avec une charge capacitive disposée à l'endroit o les brins 2a et 2b peuvent être détachés l'un de l'autre. Les figures 4a, 4b, 4c sont trois vues en coupe longitudinale du segment Sa de la figure 3 correspondant respectivement à trois hauteurs de positionnement différentes de la charge capacitive à l'intérieur du segment rayonnant Sa. Sur ces figures, comme d'ailleurs sur les figures 5 et 6, les proportions n'ont pas été respectées pour des raisons de compréhension du dessin; c'est ainsi par exemple que les brins conducteurs selon les figures 4 mesurent 1,30 mètre de long, dont 1 mètre de long pour leur partie conique, et ne font que 15 mm dans leur plus grande largeur et que les viroles 2n ont une longueur totale de 9 cm avec une partie filetée sur seulement 2 cm de cette longueur. Les segments selon les figures 4a, 4b, 4c comportent un support constitué d'un long tube creux, isolant 20, terminé par deux viroles métalliques 2f, 2n et le brin conducteur est constitué par les deux viroles et une liaison électrique avec charge capacitive, 3, entre les deux viroles. Dans ces réalisations selon les figures 4 c'est le tube creux, isolant 20 qui assure la tenue mécanique du segment; il est constitué de plastique renforcé par de la fibre de verre et la charge 3 est logée à I'intérieur de ce tube creux. Les figures 5a, 5b montrent comment est réalisée la charge capacitive 3 dans les exemples qui sont représentés sur les figures 4. Cette charge comporte un bloc métallique 33 représenté seul et comme s'il était transparent, sur la figure 5a; ce bloc est constitué par un cylindre droit, avec un grand trou cylindrique, 3k, qui débouche dans l'une des bases du cylindre droit et deux petits trous cylindriques, 3g, 3h, qui débouchent dans l'autre des bases du cylindre droit; les trois trous sont parallèles au grand axe, non représenté, du cylindre droit et les petits trous débouchent dans le grand trou, sensiblement à égale distance des deux bases du cylindre droit. Comme le montre la figure 5b un câble électrique 31 composé d'un fil conducteur 32 et d'une gaine isolante 30, rentre dans le trou 3g, effectue un repli, C, à l'intérieur du trou 3k et ressort du bloc en traversant le trou 3h. De même que sur la figure 5a le bloc 33 a été dessiné comme s'il était transparent; de plus un arraché dans la paroi du bloc permet de mieux voir le câble 31 au niveau de son repli. Le fil 32 du câble 31 n'est recouvert de sa gaine isolante que dans sa partie située à l'intérieur et au voisinage immédiat du bloc 33, au-delà les deux fils dénudés sont torsadés l'un avec l'autre et l'extrémité de cette torsade est soudée dans la virole 2n comme il apparaît sur les figures 4. Dans l'exemple de charge capacitive décrit, le bloc 33 est en laiton, il a une longueur de 1 cm et un diamètre de 5 mm; les deux trous 3g, 3h ont un diamètre de 1,5 mm et une longueur de 6 mm. Dans cette charge capacitive le bloc 33 constitue une des armatures tandis que le fil 32, dans sa partie située à l'intérieur du bloc, constitue l'autre armature. Le trou 3k a un double rôle - il stabilise la valeur de la capacité de la charge en annulant l'effet de bord généré par la boucle de repli - il facilite le positionnement du bloc 33 dans le segment rayonnant, comme cela apparaîtra lors de la description des figures 6b, 6c, 6d. Mais, en variante, le bloc 33 peut ne pas comporter de trou 3k, les trous 3g, 3h s'étendant sur toute la longueur du bloc 33 et le repli s'effectuant hors du bloc. Dans une autre variante le grand trou 3k, selon les figures 5, peut être fermé par un bouchon ou un couvercle métallique; il en résulte un faible gain sur la stabilisation de la valeur de la capacité de la charge et une légère augmentation du coût de la charge. En variante, également, le bloc métallique 33 peut prendre des formes autre que celle d'un cylindre droit, étant entendu qu'il lui faut constituer une enceinte métallique dans laquelle pénètre la partie isolée d'un câble électrique; il est même possible que le câble ait l'une de ses extrémités située dans l'enceinte métallique et/ou que le câble soit gainé sur pratiquement toute sa longueur. Dans la réalisation selon la figure 4a la charge capacitive 3, logée dans le tube creux isolant 20, est située au voisinage de la virole 2n; elle est reliée à la virole 2f par une tresse métallique tubulaire 21 qui est plaquée sur la paroi interne du tube creux. Ici le brin conducteur va de la virole 2f à la virole 2n en passant successivement par la tresse métallique 21, par la charge capacitive 3 et par la partie dénudée et torsadée du fil de sortie de la charge 3. Dans la réalisation selon la figure 4b la charge capacitive 3 est sensiblement logée à mi-distance des extrémités du segment rayonnant et la liaison électrique entre les deux viroles comporte la même succession d'éléments que dans la réalisation selon la figure 4a; par contre la longueur de la tresse métallique 21 est moitié plus courte que dans l'exemple selon la figure 4a et la longueur de la partie dénudée et torsadée du fil de sortie de la charge 3 passe d'une dizaine de centimètres à environ cinquante centimètres. Dans la réalisation selon la figure 4c la charge capacitive 3 est en contact direct avec la virole 2f dans laquelle elle est enchâssée. Ici la liaison électrique entre les deux viroles 2f, 2n se réduit donc à deux éléments: la charge 3 et la partie dénudée et torsadée du fil de sortie de la charge. Les figures 6 sont des schémas qui illustrent une manière de réaliser le brin conducteur selon la figure 4a. La figure 6a représente un mandrin constitué par une longueur tige 6, à symétrie de révolution autour d'un axe, avec d'un côté un épaulement qui forme une butée 61 et de l'autre côté un tenon 62. Ce mandrin présente une partie tronconique dont la plus petite base est accolée au tenon 62 et dont la longueur totale est de un mètre; cette longueur de la partie tronconique, comparée à la longueur totale du mandrin qui est de 1,3 m, montre que les proportions n'ont pas été respectées dans le but, comme indiqué plus avant, de rendre le dessin plus facile à comprendre. Une virole 2f est enfilée sur le mandrin 6 et vient en contact avec la buée 61. Une charge capacitive 3 du genre de la charge selon la figure 5b est emboîtée sur le tenon du mandrin; le bloc 33 de la charge joue, avec son grand trou, le rôle de mortaise dans cet emboîtement. Puis un tronçon de tresse tubulaire en fils de cuivre étamé, 21, est emmanché sur le mandrin et soudé à ses deux extrémités, respectivement sur la virole 2f et sur le bloc 33 de la charge 3; c'est cette tresse 21 qui nécessite la présence du mandrin pour éviter d'être déformée lors de l'opération d'enrobage dont il va être question plus loin. Le mandrin équipé selon la figure 6b est prêt à recevoir une enveloppe protectrice en plastique renforcé de fibres de verre, pour former le tube creux isolant 20 dont il a été question lors de la description de la figure 4a. Il s'agit d'un enrobage latéral qui va du fil de sortie de la charge 3 jusqu'au niveau de la butée 61 du mandrin. Pour effectuer cet enrobage différentes techniques peuvent être mises en oeuvre, par exemple les techniques qui font appel, comme matériau d'enrobage, à des fibres de verre ou à du tissu en fibres de verre, ces matériaux d'enrobage étant au préalable pré-imprégnés d'une résine thermodurcissable; parmi les techniques connues il faut noter: - I'enroulement de fibres de verre, - I'opération de roulage avec un tissu en fibres de verre, - la technique de dépose en continu de fibres de verre avec une machine en vente dans le commerce sous la marque déposée SPIRGLASS. L'ensemble ainsi recouvert de son tube 20 est représenté sur la figure 6c. Après thermodurcissage le mandrin peut être enlevé l'élément ainsi obtenu est usiné pour être mis à la longueur exacte désirée et pour permettre de le coiffer d'une virole 2n qui est collée sur le tube isolant 20. Il reste alors à souder le fil de sortie de la charge 3 sur la virole 2n pour achever la fabrication du segment rayonnant. La figure 6d représente, vu en coupe longitudinale, ce segment terminé. Sur cette figure comme d'ailleurs sur les figures 4 et sur les figures 6b et 6c, le tube 20 a été dessiné légèrement détaché des viroles, de la charge capacitive, du fil de sortie de la charge et de la tresse quand elle existe; cette représentation a été voulue pour mieux distinguer les éléments constitutifs du brin conducteur mais, bien entendu, dans la réalité le tube est parfaitement plaqué sur les éléments qu'il enveloppe. Les figures 6 traitent du procédé de fabrication d'un segment rayonnant selon la figure 4a. Ces figures peuvent être adaptées à la fabrication d'un segment selon les figures 4b et 4c respectivement en utilisant un mandrin plus court et en n'utilisant pas de mandrin; en effet le rôle du mandrin est de soutenir la tresse métallique quand elle existe, lors du dépôt de plastique renforcé de fibres de verre. La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ou mentionnés ci-avant, c'est ainsi en particulier que divers moyens d'assemblage peuvent être mis en oeuvre pour remplacer les viroles à vis pour l'assemblage des segments rayonnants les uns au bout des autres: tubes lisses s'emboîtant les uns dans les autres, systèmes à baïonnette, assemblage par encliquetage..., voire même les viroles peuvent être, par exemple, remplacées par des plaquettes et la liaison entre deux segments successifs peut être effectuée en accolant les plaquettes au niveau de la jonction et en les fixant l'une à l'autre par des moyens du genre vis-écrou. La présente invention est tout particulièrement destinée à des antennes pour postes mobiles, que ces postes soient montés sur un véhicule ou soient du type portables. REVENDICATIONS 1. Antenne démontable, à charge capacitive, de type fouet, comportant des segments rayonnants (Sa, Sb) distincts les uns des autres et disposés les uns au bout des autres, chaque segment comportant un brin conducteur (2f-21-33-32-2n) qui s'étend sur toute la longueur du segment, caractérisée en ce que l'un au moins des segments comporte une charge capacitive (3), toute entière insérée dans son brin conducteur, et un tube isolant creux (20) qui sert de support au brin conducteur et à l'intérieur duquel est logée la charge capacitive, en ce que la charge capacitive (3) comporte une première armature constituée par une enceinte métallique (33), une seconde armature constituée par un tronçon d'un fil conducteur (32) recouvert d'une gaine isolante (30), ce tronçon de fil étant localisé dans l'enceinte et aboutissant, au moins à l'une de ses extrémités, en limite de l'enceinte et en ce que le fil conducteur prolonge le tronçon hors de l'enceinte pour constituer un accès à la seconde armature. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enceinte métallique (33) est constituée par un bloc de métal troué selon un trajet donné (3g, 3k, 3h) et en ce que le tronçon de fil conducteur (32) est disposé selon le trajet donné. 3. Procédé de fabrication d'un segment rayonnant (Sa) d'une antenne démontable, à charge capacitive (3), de type fouet, caractérisé en ce que ce segment comportant un brin conducteur (2f-21-33-32-2n) avec, en série, une virole (2f), une tresse métallique tubulaire (21), un bloc métallique (33), un fil conducteur (32), il consiste à utiliser un mandrin (6), à enfiler la virole et la tresse sur le mandrin, à amener le bloc en appui sur le mandrin, à enrober le brin conducteur de fibres de verre pré-imprégnées d'une résine thermodurcissable puis, après durcissement, à retirer le mandrin.