Brevet FR2789807A1 — publié le 20000818

STATION RADIO À ANTENNE À POLARISATION CIRCULAIRE La présente invention concerne une station radio, utilisable notamment comme station de base dans des systèmes de radiotéléphonie cellulaire. Plus particulièrement, l'invention concerne une station radio comprenant des moyens de traitement de signaux radio, et au moins une antenne associée à un coupleur hybride de polarisation, dans laquelle le coupleur de polarisation a au moins une entrée reliée aux moyens de traitement et deux sorties connectées à l'antenne de façon telle que lorsque les deux sorties du coupleur de polarisation délivrent deux signaux radio respectifs en quadrature en réponse à un signal d'émission reçu sur une entrée du coupleur de polarisation, l'antenne génère deux composantes de champ électrique orthogonales formant une onde à polarisation circulaire. Un tel agencement d'antennes à polarisation circulaire dans une station radio est décrit dans la demande de brevet WO 97/37440. Dans cette station radio, les antennes émettent un champ polarisé circulairement. En réception, les ondes captées pour produire les signaux traités sont à polarisation linéaire. Le récepteur assure un traitement de diversité spatiale et de diversité de polarisation linéaire pour combattre les évanouissements du canal. Afin de séparer les trajets d'émission et de réception, les antennes des stations de radiocommunication sont associées à des duplexeurs. Dans le cas d'antennes à polarisation circulaire du type décrit dans WO 97/37440, ces duplexeurs sont connectés entre l'antenne le coupleur de polarisation. La présente invention a notamment pour but de proposer d'autres agencements d'antennes dans des stations radio, afin d'obtenir de bonnes performances en réception et/ou de simplifier sa conception et sa réalisation. A cet effet, dans une station radio du type indiqué en introduction, les moyens de traitement de signaux radio comprennent au moins un récepteur agencé pour traiter au moins un signal radio d'entrée obtenu à partir d'une entrée du coupleur hybride de polarisation. Grâce à cette conception simple de la station, le récepteur traite un ou plusieurs signaux obtenus par mélange, dans le coupleur hybride, de composantes différentes du champ électrique capté par l'antenne. Il en résulte un certain lissage des perturbations pouvant affecter ces composantes, et donc une moindre sensibilité du récepteur à ces perturbations. Le coupleur hybride de polarisation a de préférence deux entrées, à partir desquelles sont respectivement obtenus deux signaux radio d'entrée fournis au récepteur, le récepteur étant alors agencé pour assurer un traitement de diversité sur la base desdits signaux radio d'entrée. On obtient ainsi une autre forme de diversité de polarisation en réception. Cette version permet avantageusement de combattre les effets de fading, notamment lorsque le milieu de propagation crée relativement peu de diversité. La station radio peut également comprendre plusieurs antennes respectivement associées à des coupleurs hybrides de polarisation, le récepteur étant agencé pour combiner plusieurs signaux radio d'entrée obtenus à partir d'entrées respectives des coupleurs hybrides de polarisation. On obtient alors une diversité spatiale en réception, qu'on peut cumuler avec la diversité de polarisation si les signaux radio d'entrée sont issus d'entrées non homologues des coupleurs. On peut noter que ceci est réalisé sans qu'il soit indispensable d'incorporer des duplexeurs dans la station radio. Les antennes peuvent être disposées de façon à rayonner vers des secteurs distincts. Ce type d'antennes est particulièrement adapté à l'utilisation d'une station radio le long d'une voie ferrée ou d'un axe routier, les secteurs étant alors diamétralement opposés. Les antennes peuvent encore être disposées de façon à rayonner vers au moins un secteur commun. Les dispositions de l'invention permettent alors d'accroître d'une façon notable le gain de directivité à la réception. Lorsqu'un ou plusieurs duplexeurs sont requis, chacun d'eux peut être connecté entre une entrée du coupleur de polarisation, une entrée du récepteur et la source de signal radio. Ceci procure une plus grande souplesse dans la conception et le choix des antennes. En particulier, le duplexeur peut être placé dans le boîtier principal de la station radio plutôt qu'avec l'antenne à l'extérieur. Dans des modes de réalisation particuliers: - la station radio comprend deux antennes respectivement associées à deux coupleurs hybrides de polarisation, et deux récepteurs recevant chacun deux signaux radio d'entrée respectifs, un premier moyen de division connecté entre une entrée d'un des coupleurs hybrides de polarisation et une première entrée respective des deux récepteurs et un second moyen de division connecté entre une entrée de l'autre coupleur hybride de polarisation et une seconde entrée respective des deux récepteurs; - la station radio comprend deux autres récepteurs recevant chacun deux signaux radio d'entrée respectifs, l'un de ces deux signaux étant fourni par le premier moyen de division et l'autre de ces deux signaux étant fourni par le second moyen de division; - la station radio comprend au moins une source de signal radio délivrant ledit signal d'émission à une entrée du coupleur de polarisation. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'une station radio selon l'invention ayant une unité d'émission-réception; - la figure 2 est un schéma d'une station radio selon l'invention ayant deux antennes et une unité d'émission-réception; - la figure 3 est un schéma d'une variante de réalisation de la station de la figure 2; - la figure 4 est un schéma d'une station radio selon l'invention ayant une antenne et deux unités d'émission-réception; - la figure 5 est un schéma d'une station radio selon l'invention ayant deux antennes et deux unités d'émission-réception; - la figure 6 est un schéma d'une station radio selon l'invention ayant deux antennes et quatre unités d'émission-réception. En référence à l'ensemble des figures 1 à 6, les stations radio selon l'invention décrites ici à titre d'exemple comprennent soit une antenne 1, soit deux antennes 1 et 2. Chaque antenne est par exemple constituée par deux dipôles coplanaires Pl, P2 orientés perpendiculairement l'un à l'autre. A titre d'exemple, le dipôle Pi peut être placé horizontalement et le dipôle P2 verticalement. Chaque antenne 1, 2 est associée à un coupleur hybride de polarisation respectif 31, 32. Chacun de ces coupleurs 31, 32 a deux entrées A1, A2 et B1, B2 et deux sorties, l'une Cl, C2 attaquant le dipôle P1 de son antenne associée 1, 2, l'autre Dl, D2 attaquant le dipôle P2 de son antenne associée 1, 2. Chaque coupleur de polarisation 31, 32 est choisi de façon à ce qu'il produise deux signaux radio en quadrature sur ses deux sorties Cl et D1, C2 et D2. A cet effet, on utilise des coupleurs hybrides, dits coupleurs " branchline ", comme dans la demande de brevet WO 97/37440 à laquelle on pourra se référer. Les composantes délivrées par les sorties Ci et Di du coupleur 3i sont ainsi toujours en quadrature l'une par rapport à l'autre, de sorte que lorsqu'elles attaquent respectivement les dipôles P1, P2 de l'antenne associée, cette dernière génère deux composantes de champ électrique orthogonales formant une onde à polarisation circulaire. Le sens gauche ou droit de la polarisation circulaire dépend de celle des entrées Ai, Bi du coupleur d'o provient le signal émis. On considère par exemple le cas o un signal attaquant l'entrée Ai du coupleur 3i génère une onde à polarisation circulaire gauche (PCG), tandis qu'un signal attaquant l'autre entrée Bi du coupleur 3i génère une onde à polarisation circulaire droite (PCD). Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, o la station radio comprend une antenne 1 associée à un coupleur de polarisation hybride 31, le coupleur de polarisation 31 a son entrée Al reliée, par l'intermédiaire d'un duplexeur 41, à une source ou émetteur de signal radio Tl faisant partie d'une unité d'émission- réception TR1, et son entrée Bl reliée à une entrée Fl d'un récepteur Rl faisant partie de ladite unité d'émission- réception. Dans le but d'assurer un traitement de diversité de polarisation circulaire, le duplexeur 41 fournit un second signal radio à une autre entrée El du récepteur de signal radio Rl. Le duplexeur 41, associé au coupleur de polarisation 31, sépare les trajets d'émission et de réception. Cette disposition du duplexeur procure l'avantage, par rapport à la disposition qui est adoptée dans les stations radio du type décrit dans WO 97/37440, de pouvoir loger l'unité d'émission-réception, ensemble avec le duplexeur 41, dans le boîtier principal 6 de la station radio, lequel est représenté en pointillé sur la figure 1, l'antenne 1 et le coupleur hybride 31 étant alors extérieurs à ce boîtier. Par conséquent, l'installateur de la station sera beaucoup plus libre en ce qui concerne la conception et le choix des antennes. Il pourra également choisir d'intégrer le duplexeur à un circuit hyperfréquence assurant d'autres fonctions, telles que des filtrages, afin de limiter le coût de l'étage radio. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, la station radio comprend une autre antenne 2 qui est associée de façon semblable à un autre coupleur de polarisation hybride 32' Les antennes 1 et 2 sont disposées de façon à rayonner vers le même secteur de l'espace. Dans le montage de la figure 2, le coupleur de polarisation 31 a toujours son entrée Al reliée cette fois directement à la source de signal radio Tl, et son entrée Bl reliée à l'entrée El du récepteur Rl. Le coupleur de polarisation 32, quant à lui, a son entrée A2 reliée par un câble coaxial à l'entrée F1 du récepteur Rl. Son autre entrée B2 est connectée à une résistance 10 pour l'adaptation d'impédance. La présence des deux antennes 1 et 2 dans la station radio permet de combiner les avantages d'une diversité spatiale et d'une diversité de polarisation de type circulaire dans les deux signaux d'entrée du récepteur R1. Ceci est dû au fait que les signaux radio fournis aux entrées El, F1 du récepteur R1 sont issus d'entrées non homologues B1, A2 des coupleurs de polarisation. Dans la variante de la figure 3, les signaux traités par le récepteur Ri proviennent d'entrées homologues B1, B2 des deux coupleurs de sorte que le traitement de diversité appliqué par le récepteur Rl ne procure qu'une diversité spatiale, éventuellement associée à un gain en directivité. Le montage de la figure 2 ou 3 est avantageux en ce sens qu'il n'y a plus à prévoir de duplexeur pour séparer les trajets d'émission et de réception. Toutefois, en fonction des performances du coupleur utilisé et du taux d'onde stationnaire de l'antenne dans le sens de polarisation circulaire utilisé à l'émission, des filtres non représentés, moins encombrants et chers que des duplexeurs, seront éventuellement prévus en amont des entrées E1 et F1 du récepteur Ri, afin d'éliminer les composantes de couplage avec le puissant signal d'émission. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, la station radio comporte une seule antenne 1 associée à un coupleur de polarisation 31, et deux unités d'émission-réception TR1, TR2, avec une source de signal radio Tl, T2 et un récepteur de diversité RI, R2. Les avantages exposés précédemment peuvent être obtenus pleinement pour les deux unités d'émission-réception TR1, TR2. Dans le montage représenté, les entrées A1 et Bl du coupleur de polarisation 31 sont reliées respectivement aux sources de signal radio Ti, T2 par l'intermédiaire d'un duplexeur correspondant 41, 42. L'entrée A1 du coupleur de polarisation 31 est en outre reliée par un câble coaxial, via le duplexeur 41, à une entrée Il d'un module de division 51 qui est incorporé dans le boîtier principal 6 de la station radio et qui est par exemple un coupleur du type " Wilkinson ", tandis que l'autre entrée Bl du coupleur 31 est en outre reliée par un câble coaxial, via le duplexeur 42, à une entrée I2 d'un module de division 52 qui est identique au module 51. Le module de division 51 a deux sorties Gi, Hi dont l'une, Gl, est reliée à l'entrée E2 du récepteur R2 et l'autre, HI, est reliée à l'entrée El du récepteur R1. Le module de division 52 a également deux sorties G2, H2 dont l'une, G2, est reliée à l'entrée F2 du récepteur R2 et dont l'autre, H2, est reliée à l'entrée Fl du récepteur R1. Ce mode de réalisation a l'avantage supplémentaire d'obtenir, avec seulement une antenne 1, un gain en diversité de polarisation pour chacun des deux récepteurs Ri et R2. Là aussi, les duplexeurs peuvent être logés dans le boîtier principal 6 de la station. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 5 cumule les avantages des modes de réalisation représentés respectivement sur les figures 2 et 4. Dans cet exemple, il y a deux antennes, mais pas de duplexeurs. Les entrées Al et B2 des coupleurs de polarisation 31 et 32 sont reliées directement aux sources de signal radio Tl et T2. Les autres entrées B1 et A2 de ces coupleurs de polarisation sont, quant à elles, reliées respectivement à des modules de division 51 et 52 qui sont par exemple du même type que ceux mentionnés précédemment. Le module de division 51 a ses sorties G1, Hl reliées respectivement à l'entrée El du récepteur R1 et à l'entrée E2 du récepteur R2, tandis que le module de division 52 a ses sorties G2, H2 reliées respectivement à l'entrée Fl du récepteur R1 et à l'entrée F2 du récepteur R2. Ce mode de réalisation procure ainsi un gain en diversité, spatiale et de polarisation, pour chacun des deux récepteurs R1 et R2 si les deux antennes rayonnent vers le même secteur de l'espace. Un agencement tel que celui de la figure 5 peut également être utilisé dans des cellules de forme allongée telles que celles qui longent des voies ferrées ou des axes routiers. Dans ce cas, les deux antennes 1, 2 sont disposées tête-bêche, de façon à rayonner vers deux secteurs diamétralement opposés. On note également que dans cet exemple, l'installateur de la station a la faculté de choisir l'option d'un gain en directivité à la réception au lieu d'un gain en diversité de polarisation. Pour cela, il lui suffira, par exemple, d'inverser le branchement du câble coaxial qui relie l'entrée A2 du coupleur 32 à la sortie I2 du module de division 52 avec le branchement du câble coaxial qui relie l'entrée B2 du coupleur de polarisation 32 à la source de signal radio T2. Dans l'exemple représenté sur la figure 6, la station radio comprend deux antennes 1, 2 associées respectivement à deux coupleurs de polarisation 31 et 32, deux duplexeurs 41 et 42, quatre unités d'émission-réception TR1, TR2, TR3 et TR4 et deux modules de division 5'1 et 5'2. Les modules de division 5'1 et 5'2 ont une structure semblable à celle des modules de division 51 et 52 mentionnés précédemment, à la différence près qu'ils possèdent respectivement quatre sorties G'i1, H'2, J'l, K'l et G'2, H'2, J'2, K'2 au lieu de deux sorties. Ils peuvent par exemple consister chacun en trois coupleurs " Wilkinson " agencés en deux étages. Les entrées Al, Bl du coupleur de polarisation 31 sont reliées respectivement aux sources de signal radio Tl, T2, tandis que les entrées A2, B2 du coupleur de polarisation 32 sont reliées respectivement aux sources de signal radio T3, T4. Le duplexeur 41 est connecté entre l'entrée Al du coupleur de polarisation 31, la source de signal radio Tl et l'entrée I'l du module de division 5'1, tandis que le duplexeur 42 est connecté entre l'entrée B2 du coupleur de polarisation 32, la source de signal radio T4 et l'entrée I'2 du module de division 5'2. Les quatre sorties G'l, H'l, J'l, K'l du module de division 5'1 sont reliées respectivement aux entrées E4 du récepteur R4, E3 du récepteur R3, E2 du récepteur R2 et Fl du récepteur Rl, tandis que les quatre sorties G'2, H'2, J'2, K'2 du module de division 5'2 sont reliées respectivement aux entrées El du récepteur Rl, F2 du récepteur R2, F3 du récepteur R3 et F4 du récepteur R4. Il est ainsi possible avec ce mode de réalisation d'accroître encore davantage le gain en diversité de polarisation pour les quatre récepteurs Rl, R2, R3 et R4 par rapport à ce qu'il était dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5. On peut également envisager, d'une manière analogue à ce qui a été décrit ci-dessus, d'obtenir un gain en directivité pour ce mode de réalisation, en branchant différemment les câbles coaxiaux qui relient respectivement les coupleurs de polarisation 31, 32 respectivement aux sources de signal radio Tl, T2 et T3, T4. il Il va de soi que les modes de réalisation qui ont été décrits cidessus ont été donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, l'homme du métier pourrait adopter des antennes dont la géométrie diffère de celle représentée pour les antennes 1 et 2, pourvu que celles-ci permettent de générer deux composantes de champ électrique orthogonales en réponse à deux signaux radio en quadrature. Par ailleurs, il pourrait utiliser divers types connus de coupleurs de polarisation. REVENDICATIONS 1. Station radio, comprenant des moyens de traitement de signaux radio, et au moins une antenne (1) associée à un coupleur hybride de polarisation (31), dans laquelle le coupleur de polarisation (31) a au moins une entrée (A1) reliée aux moyens de traitement et deux sorties (Cl, D1) connectées à l'antenne (1) de façon telle que lorsque les deux sorties (Ci, D1) du coupleur de polarisation (31) délivrent deux signaux radio respectifs en quadrature en réponse à un signal d'émission reçu sur une entrée du coupleur de polarisation, l'antenne (1) génère deux composantes de champ électrique orthogonales formant une onde à polarisation circulaire, caractérisée en ce que les moyens de traitement de signaux radio comprennent au moins un récepteur (Rl) agencé pour traiter au moins un signal radio d'entrée obtenu à partir d'une entrée (Al, B1) du coupleur hybride de polarisation (31). 2. Station radio selon la revendication 1, caractérisée en ce que le coupleur hybride de polarisation (31) a deux entrées (A1, B1), à partir desquelles sont respectivement obtenus deux signaux radio d'entrée fournis au récepteur (R1) et dans laquelle le récepteur (R1) est agencé pour assurer un traitement de diversité sur la base desdits signaux radio d'entrée. 3. Station radio selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs antennes (1, 2) respectivement associées à des coupleurs hybrides de polarisation (31, 32), et dans laquelle le récepteur (R1) est agencé pour combiner plusieurs signaux radio d'entrée obtenus à partir d'entrées respectives (A1 ou B1, A2 ou B2) des coupleurs hybrides de polarisation (31, 32)- 4. Station radio selon la revendication 3, caractérisée en ce que les antennes (1, 2) sont disposées de façon à rayonner vers des secteurs distincts. 5. Station radio selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits secteurs sont diamétralement opposés. 6. Station radio selon la revendication 3, caractérisée en ce que les antennes (1, 2) sont disposées de façon à rayonner vers au moins un secteur commun. 7. Station radio selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'au moins deux signaux radio d'entrée sont obtenus à partir d'entrées non homologues (B1, A2) de coupleurs de polarisation distincts (31, 32)- 8. Station radio selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend deux antennes (1, 2) respectivement associées à deux coupleurs hybrides de polarisation (31, 32), deux récepteurs (Rl, R2) recevant chacun deux signaux radio d'entrée respectifs, un premier moyen de division (51) connecté entre une entrée (A1 ou B1) d'un des coupleurs hybrides de polarisation et des premières entrées respectives (El, E2) des deux récepteurs (Rl, R2), et un second moyen de division (52) connecté entre une entrée (A2 ou B2) de l'autre coupleur hybride de polarisation (32) et des secondes entrées respectives (Fl, F2) des deux récepteurs (Rl, R2). 9. Station radio selon les revendications 6 et 8, dans laquelle chacun des récepteurs est agencé pour assurer un traitement de diversité sur la base des signaux radio d'entrée qu'il reçoit. 10. Station radio selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend deux autres récepteurs (R3, R4) recevant chacun deux signaux radio d'entrée respectifs, l'un de ces deux signaux étant fourni par le premier moyen de division (51) et l'autre de ces deux signaux étant fourni par le second moyen de division (52)- 11. Station radio selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une source de signal radio (T1) délivrant ledit signal d'émission à une entrée (Ai ou B1) du coupleur de polarisation (31). 12. Station radio selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un duplexeur (41) connecté entre une entrée (Ai ou B1) du coupleur de polarisation (31), une entrée (El ou F1) du récepteur (Rl) et la source de signal radio (Ti). 13. Station radio selon la revendication 12, caractérisée en ce que les moyens de traitement radio et le duplexeur (41) sont logés dans un boîtier principal de la station radio, chaque antenne (1, 2) et chaque coupleur hybride de polarisation (31, 32) étant extérieurs audit boîtier principal. 14. Station radio selon la revendication 13, caractérisée en ce que le duplexeur (41) est incorporé à un circuit radio incorporant en outre une partie des moyens de traitement radio.