Brevet FR2785094A1 — publié le 20000428

SYSTEME D'ANTENNE HF La présente invention se rapporte à un système d'antenne HF fonctionnant dans la bande de fréquences dite Hautes Fréquences ou HF, allant de 2 à 30 MHz, et destiné en particulier à tre installé sur des véhicules terrestres militaires pour permettre des liaisons radio soit par des ondes de sol, soit par des canaux de propagation utilisant une réflexion quasi verticale sur l'ionosphère plus connue par l'homme de l'art sous l'appellation NVIS, abréviation des termes Near Vertical Incidence Skywave suivant la terminologie anglo-saxonne. Les systèmes d'antennes HF communément utilisés sur des véhicules terrestres et largement diffusés sont réalisés avec une antenne HF de type antenne fouet associée à une boite d'accord. L'antenne de type antenne fouet est aussi connue sous l'appellation"whip"suivant la terminologie anglo-saxonne. La boite d'accord est aussi connue sous l'appellation ATU abréviation des termes Antenna Tuning Unit suivant la terminologie anglo-saxonne. La boite d'accord assure l'adaptation d'impédance de l'antenne fouet utilisée à un poste émetteur/récepteur. Deux catégories d'antenne fouet sont usuellement employées : une catégorie d'antennes fouets courtes, de 4 à 5 mètres, pour des utilisations sur des véhicules en mouvement et une catégorie d'antennes fouets longues, de 7,5 à 10 mètres, pour des utilisations sur un support à l'arrt ou fixe. Afin de permettre aux véhicules équipés d'une antenne fouet courte d'emprunter le réseau routier, il est d'usage de haubaner cette antenne fouet afin que la hauteur hors-tout du véhicule ne dépasse pas le gabarit routier. La figure 1 (a) représente un système d'antenne HF comprenant une antenne 1 du type antenne fouet haubanée sur un véhicule 2 suivant une disposition connue. Le système d'antenne HF comprend une antenne fouet 1, un système de haubanage 3, une boîte d'accord 4, un poste radio émetteur/récepteur 5 et une embase de traversée 6. L'antenne fouet 1 se termine par une première extrémité 7 maintenue dans l'embase de traversée 6 et une deuxième extrémité 8. Le système de haubanage 3 est constitué par deux drisses isolantes. L'embase de traversée 6 assure le maintien mécanique de l'antenne fouet 1 sur le véhicule 2. Un fil de connexion électrique 9 passe à travers la carrosserie du véhicule 2 et relie la première extrémité 7 de l'antenne fouet 1 à la boîte d'accord 4. La seconde extrémité 8 de l'antenne fouet est laissée libre pour ce type d'antenne. En première approximation, le schéma électrique équivalent d'un tel système d'antenne HF est représenté sur la figure 1 (b). Dans cette représentation l'antenne 1 du type antenne fouet est assimilée à un monopole vertical et le véhicule est simulé par un plan de masse 10. Suivant cette approximation, le système d'antenne HF a un diagramme de rayonnement 11 bien connu qui présente un nul à la verticale 12 de l'antenne 1 et un maximum à l'horizontal 13. Cette particularité du diagramme de rayonnement permet de réaliser une liaison radio de 0 jusqu'environ 50 Km par des ondes de sol et au-delà d'environ 100 Km par réflexion sur l'ionosphère. La zone comprise entre 50 Km et 100 Km, pour laquelle il est très difficile d'établir une liaison radio avec ce type d'antenne, est bien connue de l'homme de l'art sous l'appellation zone d'ombre ou skip zone suivant la terminologie anglo-saxonne. Pour éviter ce phénomène de zone d'ombre et assurer une liaison continue de 0 à plusieurs centaines de kilomètres, il est connu d'utiliser d'autres types de systèmes d'antenne HF qui ne présentent pas de nul à la verticale afin que la liaison radio puisse s'établir par le canal de la réflexion ionosphérique de type NVIS. Un des systèmes d'antenne HF qui répond à cette exigence et qui est susceptible d'tre installé sur un véhicule comprend une antenne demi-boucle dont le principe de mise en oeuvre couramment exploité est largement décrit dans la littérature ; par exemple dans le livre Antenna Enginneering Handbook de H. JASIK- McGraw-Hill Book Company-édition 1/1961-page 27-28 à la figure 27-32 (b) et repris plus récemment dans les brevets FR 2 553 586 et EP 0 691 738 AI de STAREC. Le principe de mise en oeuvre d'un système d'antenne HF à antenne demi-boucle est représenté sur la figure 2. Un système d'antenne HF à antenne demi-boucle est constitué essentiellement d'un élément rayonnant 14, d'un élément d'excitation 15, d'une capacité variable d'accord 16, d'un plan de masse 10 et d'un poste radio émetteur/récepteur 5. L'élément rayonnant 14 est équipé d'une prise 17. L'élément rayonnant 14 délimite avec le plan de masse 10 une surface de rayonnement S 100. L'élément d'excitation 15 relie la prise 17 au poste radio émetteur/récepteur 5. La capacité variable d'accord 16 est placée en série avec l'élément rayonnant 14 et est destinée à accorder l'antenne dans la bande de fréquence utile. Le diagramme de rayonnement approximatif dans le plan de la figure de ce système d'antenne HF est schématisé par une courbe 18. Un tel système d'antenne HF à antenne demi-boucle, dont les brevets précédemment cités décrivent des réalisations particulières, présente plusieurs inconvénients listés ci-après. Un premier inconvénient vient du moyen d'accorder l'antenne qui consiste à faire varier uniquement la valeur de la capacité variable d'accord. Un tel moyen ne permet pas de couvrir une large bande de fréquence sauf à mettre en oeuvre des artifices compliqués et coûteux objet du brevet FR 2 553 586 cité préalablement. Un deuxième inconvénient vient d'une contrainte imposée à la surface de rayonnement S. La surface de rayonnement S doit tre limitée en taille pour que l'adaptation dans la bande HF puisse s'effectuer uniquement par variation de la capacité variable d'accord. Mais la résistance de rayonnement de ce type d'antenne est proportionnelle au carré de la surface de rayonnement S. Ainsi une faible valeur de surface de rayonnement S implique nécessairement une très faible valeur de résistance de rayonnement et donc une grande disposition aux pertes ohmiques et une grande sélectivité. Les inconvénients préalablement exposés imposent des contraintes lors de la fabrication d'un tel système d'antenne HF. Ces contraintes sont décrites ci-après. La fabrication de l'élément rayonnant nécessite l'emploi de profilés creux métalliques de très forte section afin de diminuer les pertes ohmiques. Cette contrainte est peu pratique pour une installation du système d'antenne HF sur un véhicule. La grande sélectivité nécessite l'emploi d'un système de capacité variable pouvant supporter de fortes surtensions et d'un système d'asservissement très coûteux ; un tel système de capacité variable est l'objet du brevet FR 2 553 586. Un accord automatique de l'antenne nécessite le développement d'un algorithme spécifique par exemple celui proposé dans le brevet EP 0 691 738 AI. Un tel algorithme commande le système d'asservissement qui réalise la variation de la valeur de la capacité variable d'accord. La présente invention a pour but de s'affranchir des inconvénients cités. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'antenne HF selon la revendication 1. L'invention offre en particulier la possibilité de transformer un système d'antenne HF dont l'élément rayonnant est une antenne standard de type antenne fouet associée à une boîte d'accord standard en un système d'antenne HF dont le rayonnement convient parfaitement à une liaison par réflexion ionosphérique de type NVIS. L'élément rayonnant de type antenne fouet et la boîte d'accord standard équipent habituellement les véhicules militaires dotés de moyen de radiocommunication HF. L'invention permet de s'affranchir de l'utilisation d'une antenne spécifique et du développement d'un algorithme de commande d'un système d'adaptation d'impédance adaptée à cette antenne. Un autre avantage d'un système d'antenne HF selon l'invention, par rapport à des systèmes d'antenne HF à antenne demi-boucle connus, est sa capacité de pouvoir tre accordé dans toute la bande HF de 2 à 30MHz. D'un point de vue intégration sur un véhicule, un système d'antenne HF suivant l'invention n'exige pas d'aménagement spécifique comme pour les systèmes d'antenne HF objets des brevets cités ; son installation sur un véhicule peut tre faite directement sur des emplacements prévus initialement pour des antennes fouets standards. L'invention sera bien comprise et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront lors de la description suivante présentée à titre d'illustration non limitative et faite en regard des figures annexées qui représentent : la figure 1 a, un système d'antenne HF comprenant une antenne du type antenne fouet haubanée sur un véhicule suivant une disposition connue, la figure 1 b, un principe de mise en oeuvre d'un système d'antenne HF à antenne fouet selon l'art antérieur, la figure 2, un principe de mise en oeuvre d'un système d'antenne HF à antenne demi-boucle selon l'art antérieur, la figure 3a, un système d'antenne HF selon l'invention installé sur un véhicule, la figure 3b, un principe de mise en oeuvre d'un système d'antenne HF représenté sur la figure 3a, la figure 4, une variante d'un système d'antenne HF selon l'invention installé sur un véhicule. Un système d'antenne HF selon l'invention installé sur un véhicule est représenté à la figure 3 (a). Le système d'antenne HF comprend un élément rayonnant 1, une boîte d'accord 4, un poste radio émetteur/récepteur 5, une embase de traversée 6, un plan de masse 10, une capacité variable 20 et un transformateur large bande élévateur d'impédance 21. L'élément rayonnant 1 est un élément conducteur filiforme ayant une certaine flexibilité, dans l'exemple une antenne du type antenne fouet. L'antenne fouet 1 comporte une première extrémité 7 maintenue dans une embase de traversée 6 et une seconde extrémité 8. Les propriétés de flexibilité de l'élément conducteur filiforme permettent de le courber entre ses deux extrémités au-dessus du plan de masse 10. L'antenne fouet 1 et l'embase de traversée 6 équipent usuellement tout véhicule militaire disposant de moyen de radiocommunication HF L'antenne fouet 1 est employée pour délimiter avec le plan de masse 10 une surface de rayonnement S 200 d'un élément rayonnant de type antenne demi-boucle. Le véhicule 2 est du type voiture tout terrain, par exemple. Le véhicule 2 comprend une carrosserie réalisée avec des tôles. Les tôles réalisent le plan de masse 10 du système d'antenne HF dont la qualité dépend en partie de l'assemblage des tôles entre elles. Lorsque la carrosserie ne comprend pas de tôle, le véhicule 2 peut tre équipé d'un plan de masse réalisé par l'adjonction d'un ruban conducteur (du type tresse de masse, grillage ou feuillard métallique (bande de cuivre), par exemple) installé sur le véhicule 2. Cette adjonction peut aussi tre réalisée lorsque la qualité du plan de masse réalisé par les tôles est jugée insuffisante. La boîte d'accord 4 est une boîte d'accord standard. Une boîte d'accord standard fait partie des équipements usuels d'un système de radiocommunication HF et est initialement conçue pour accorder des antennes de type antenne fouet. Le poste radio émetteur/récepteur 5 est un poste radio émetteur/récepteur standard. Le transformateur large bande élévateur d'impédance 21 comporte, dans un boîtier de protection 22, un primaire 23, un secondaire 24 et un circuit magnétique 25. Le transformateur large bande élévateur d'impédance peut-tre réalisé selon l'exemple suivant : 5 spires 24 de fil de câblage à isolant Téflon de calibre AWG12 bobinées sur 2 tores 25 de ferrite taille 36/23/13 en matériau 4C65 de la firme RTC pour constituer le secondaire, une tige en cuivre 23 qui passe à travers les deux tores pour constituer le primaire. Un fil de connexion électrique 26 relie une des deux bornes de la capacité variable 20 à la première extrémité 7 de l'antenne fouet 1 à travers l'embase de traversée 6. L'autre borne de la capacité variable 20 est connectée au plan de masse 10. Dans le cas de l'utilisation connue d'une antenne fouet 1, illustrée par la figure 1 (a), un fil de connexion électrique 9 relie la première extrémité 7 de l'antenne fouet 1 à une boîte d'accord 4, à travers l'embase de traversée 6. Selon l'art antérieur illustré par la figure 2 une capacité variable d'accord 16 assure à elle seule l'adaptation de l'élément rayonnant 14 à la fréquence de travail. La capacité variable 20 du système d'antenne HF selon l'invention est uniquement utilisée pour rendre capacitive l'impédance présentée par l'élément rayonnant de type antenne demi boucle. La capacité variable 20 ainsi que des dispositifs de commande de celle-ci, non représentés pour simplifier la présentation, sont protégés par un boîtier 27. La seconde extrémité 8 de l'antenne fouet 1 est connectée au primaire 23 du transformateur large bande élévateur d'impédance 21. Le secondaire 24 du transformateur large bande élévateur d'impédance 21 est raccordé en un premier point 28 à une première extrémité de l'âme d'un câble coaxial 29. La seconde extrémité de l'âme du câble coaxiale 29 est connectée en un deuxième point 30 à la boite d'accord standard 4. Le primaire 23, le secondaire 24 ainsi que la tresse du câble coaxial 29 ont une connexion de masse commune 31 qui est connectée au plan de masse 10. Le câble coaxial 29 est de préférence un câble d'impédance caractéristique d'environ 1 00 ohms, par exemple du RG-62. Un schéma électrique équivalent d'un système d'antenne HF selon l'invention est représenté à la figure 3 (b). L'élément rayonnant 1 délimite avec le plan de masse 10 une surface de rayonnement 200. La capacité variable 20 est utilisée pour rendre capacitive l'impédance vue entre la seconde extrémité 8 de l'élément rayonnant 1 et le plan de masse 10 à la fréquence de fonctionnement, quelque soit la taille de la surface de rayonnement 200. De ce fait, la valeur de la capacité variable dans un système d'antenne HF selon l'invention n'est pas aussi critique que dans un système d'antenne HF de type antenne demi-boucle selon l'art antérieur ; il en est de mme pour la taille de la surface de rayonnement. Ces avantages permettent d'installer un système d'antenne HF selon l'invention sur la quasi totalité des véhicules terrestres sans modifications mécaniques majeures. L'impédance vue entre la seconde extrémité 8 de l'élément rayonnant 1 et le plan de masse 10 est transformée par le transformateur large bande élévateur d'impédance 21. Le transformateur large bande élévateur d'impédance 21 est dimensionné en fonction de l'impédance qu'il doit ramener au secondaire 24. L'impédance vue au secondaire 24 est déterminée de telle manière qu'elle soit dans une zone accordable par la boite d'accord standard 4 dans toute la bande de fréquences HF de fonctionnement du système d'antenne HF. Une variante d'un mode de réalisation d'un système d'antenne HF selon l'invention est illustrée par la figure 4. Cette variante consiste à regrouper la boîte d'accord 4 et la capacité variable 20 dans un mme boîtier 32. Cette variante permet de simplifier l'installation du système d'antenne HF sur le véhicule en limitant le nombre de boîtes. REVENDICATIONS 1. Système d'antenne HF destiné essentiellement à des radiocommunications par réflexion ionosphérique comportant un élément conducteur filiforme (1), placé au dessus d'un plan de masse (10), ayant une première extrémité (7) et une deuxième extrémité (8) courbées vers le plan de masse (10) afin de pouvoir les connecter à un dispositif contribuant à l'adaptation de l'élément conducteur filiforme (1), caractérisé en ce que le dispositif comprend : -une capacité variable (20) qui relie la première extrémité (7) de l'élément conducteur filiforme (1) au plan de masse (10), -et un transformateur large bande élévateur d'impédance (21) composé d'un primaire (23) et d'un secondaire (24), le primaire (23) étant connecté entre la seconde extrémité (8) de l'élément conducteur filiforme (1) et le plan de masse (10) et le secondaire (24) étant connecté entre une boîte d'accord standard (4) et le plan de masse (10). 2. Système d'antenne HF selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de masse (10) est réalisé par le toit d'un véhicule (2) et l'élément conducteur filiforme (1) est une antenne HF de type antenne fouet équipée à sa première extrémité (7) d'une embase de traversée (6) qui permet de fixer l'antenne HF sur le véhicule et à travers laquelle la première extrémité (7) est connectée à la capacité variable (20). 3. Système d'antenne HF selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la liaison entre le secondaire (24) du transformateur (21) et la boîte d'accord standard (4) est réalisée par un câble coaxial (29) dont l'impédance caractéristique est supérieure à 50 ohms. 4. Système d'antenne HF selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le transformateur large bande élévateur d'impédance (21) est réalisé en faisant passer une tige métallique de préférence en cuivre à travers au moins un tore de ferrite (25) pour constituer le primaire (23) du transformateur large bande élévateur d'impédance (21) et en bobinant au moins une spire de fil de câblage autour du tore de ferrite (25) pour constituer le secondaire (24) du transformateur large bande élévateur d'impédance (21). 5. Système d'antenne HF selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la boîte d'accord standard (4) et la capacité variable (20) sont intégrées dans un mme boîtier (32).