Brevet FR2837988A1 — publié le 20031003

À Et ainsi de suite pour 5 capteurs, puis 6 capteurs, etc... La présente invention concerne notamment un système antennaire capable de fonctionner dans plusieurs gammes de fréquences distinctes, par exemple, une première bande de fréquence, basse fréquence [Fbb, Fbh], couvrant au moins une octave et une deuxième bande de fréquence, haute fréquence [Fhb, Fhh], les deux bandes étant séparces d'un écart tel que Fhb≥2Fbh Les antennes large-bande susceptibles de fonctionner avec les équipements radio dans la bande VHF (Very High Frequencies) couvrant les fréquences de 30 à 88 MHz sont connues de l'art antérieur. Par exemple, les brevets US 4,496,953 et US 4,302,760 décrivent de telles antennes. La figure 1 est un exemple d'antenne A installée sur un véhicule terrestre V. L'antenne est composée essentiellement d'un élément rayonnant supérieur 1 et d'un élément rayonnant inférieur 2, qui sont alimentés tous les deux au moyen d'un dispositif d'alimentation 4. Une embase de fixation 5, munie usuellement d'un ressort 6 pour protoger l' ante n ne d es i m pacts accidentels co ntre des obstacles, pe rmet l ' i nsta ll ation de celle-ci sur le véhicule. Afin d'isoler radioélectriquement l'antenne de la masse du véhicule, I'élément rayonnant inférieur 2 est normalement équipé à son extrémité inférieure d'un bloqueur de courant 3, habituellement désigné en langage anglo-saxon par l'expression " RF câble choke ". Les postes émetteurs-récepteurs modernes fonctionnant par exemple dans la bande de fréquence 30 à 88 MHz, disposent à l'heure actuelle d'une voie de service qui met en _uvre d'autres bandes de fréquences, en particulier les fréquences de la bande UHF (Ultra High Frequencies) de 2,4 à 2,5 GHz. Les éléments rayonnants 1 et 2 de l'antenne large bande précitée, qui ont une longueur dimensionnce pour la bande VHF de 30 à 88 MHz, typiquement une longueur de l'ordre de 1,6 mètres, ne sont pas appropriés pour fonctionner correctement aux fréquences UHF de 2,4 à 2,5 GHz. Ces dernières nécessitent en effet des éléments rayonnants de dimension environ trente fois plus petite. Pour ces postes émetteurs-récepteurs VHF disposant d'une voie de service UHF, la solution couramment adoptée est de prévoir une antenne supplémentaire A' dédiée à cette voie UHF comme il est représenté à la figure 2a. Un exemple de synoptique d'installation de cette solution est reporté à la figure 2b o est schématisé un poste émetteur-récepteur 7 alimentant une antenne VHF, A et une antenne UHF, A' à travers un duplexeur 8 dont le rôle est de séparer les fréquences VHF et les fréquences o UHF et de les aiguiller vers leurs antennes respectives. Cette solution engendre cependant des exigences d'installation très contraignantes: Disposer d'un emplacement libre sur le véhicule pour la fixation de l'antenne supplémentaire UHF, La nécessité de dégager parfois en hauteur cette antenne supplémentaire UHF qui est de petite taille, afin qu'elle ne soit pas masquée par d'autres équipements du même véhicule, La nécessité d'un duplexeur externe pour séparer la voie principale VHF de la voie de service UHF dans le cas o le poste émetteur- récepteur ne zo comporterait qu'un seul connecteur de sortie pour les deux voies. L'objet de la présente invention concerne un système antennaire permettant de disposer d'une antenne unique large bande, couvrant simultanément au moins deux bandes de fréquences distinctes, une bande de fréquence basse fréquence [Fbb, Fbh] couvrant au moins une octave et z une bande de fréquence haute fréquence [Fhb, Fhh], les deux bandes étant séparées d'un écart tel que Fhb≥2Fbh. Par exemple, il est possible de travailler dans la bande VHF de 30 à 88 MHz et la bande UHF de 2,4 à 2, 5 GHz. L'invention concerne un système antennaire large bande, so susceptible de rayonner ou de recevoir des signaux dans une bande de fréquence basse fréquence [Fbb, Fbh] couvrant plus d'une octave et une bande de fréquence haute fréquence [Fhb, Fhh], avec Fbh≥2Fhb, comportant au moins un dispositif d'alimentation alimentant au moins un élément rayonnant supérieur et un élément rayonnant inférieur. Il est caractérisé en ce que l'élément rayonnant inférieur est pourvu d'au moins un ensemble antennaire adapté à rayonner dans la bande de fréquence haute fréquence [Fhb,Fhh]. Le dispositif d'alimentation est par exemple relié à un poste émetteurrécepteur au moyen d'une ligne de transmission et l'élément rayonnant inférieur est par exemple constitué d'un tronçon de la ligne de o transmission et l'ensemble antennaire comporte au moins un élément rayonnant creux disposé autour du tronçon. Le système peut comporter plusieurs éléments creux reliés entre eux et en série aux moyens de portions de ligne, I'âme d'une portion reliant l'extrémité supérieure de l'élément creux indicé i à l'extrémité inférieure de I'élément indicé i+1 et le blindage de la portion de ligne indicée i est relié à la ligne coaxiale, par exemple au blindage de la ligne. Un duplexeur est par exemple disposé au niveau de la partie inférieure de l'ensemble antennaire et est relié à au moins un élément creux et au tronçon de ligne. Le système est par exemple utilisé pour des signaux radio fréquences. L'objet de l'invention présente notamment les avantages suivants: Eviter l'installation d'une deuxième antenne pour la voie UHF et tous les inconvénients qui en découlent, par exemple l'encombrement, En suivant certains agencements, I'ensemble antennaire qui contribue au rayonnement de la bande UHF est déporté en hauteur, optimisant ainsi la qualité de la liaison radio dans cette bande, ce qui n'est pas le cas pour les installations usuelles avec une deuxième antenne montée directement sur le toit du véhicule porteur, La possibilité de réaliser l'antenne de la bande UHF avec une directivité supérieure à celle d'une antenne dipole demi-onde ce qui permet d'accrotre la portée de la liaison radio dans cette bande. D'autres caractéristiques et avantages de l'objet de l'invention apparatront mieux à la lecture de la description annexée des figures qui représentent: La figure 1 un exemple d'antenne selon l'art antérieur, Les figures 2a et 2b, un poste émetteur-récepteur comportant une antenne pour la voie VHF et une antenne pour la voie UHF et son synoptique, La figure 3 un schéma synoptique de l'antenne selon l'invention, La figure 4 une vue en coupe d'une réalisation de l'ensemble antennaire selon l'invention, La figure 5 un exemple de dispositif d'alimentation, La figure 6 un exemple de réalisation d'un duplexeur, Les figures 7 et 8 une variante de réalisation du système de la figure 3, Les figures 9 et 10 une variante de réalisation des figures 7 et 8. Sur les différentes figures, les éléments correspondants sont désignés par les mémes références. La figure 3 présente le schéma synoptique d'une antenne suivant l'invention, destinée à fonctionner en particulier dans les deux bandes de fréquences VHF de 30 à 88 MHz et UHF de 2,4 à 2,5 GHz. L'antenne est dans cet exemple installée sur un véhicule. L'antenne A est composée par exemple d'un dispositif d'alimentation 4 connecté à un poste émetteur-récepteur 7 à travers une ligne de transmission 9 sensiblement coaxiale ou coaxiale. La valeur de l'impédance caractéristique de cette ligne est égale à la valeur usuellement adoptée pour les systèmes de radiocommunication, soit 50 ohms. L'antenne comprend par exemple: un élément rayonnant supérieur 1, réalisé par exemple selon des principes connus de l'Homme du métier, par exemple un brin conducteur d'environ 1,6 mètres, un élément rayonnant inférieur 2 composé par un tronçon 9' de la ligne de transmission coaxiale 9 et comportant par exemple un bloqueur de courant 3 et un ensemble antennaire 10 destiné à la bande UHF disposés au niveau du tronçon. Le tronçon 9, est par exemple délimité par le dispositif d'alimentation 4 et le bloqueur de courant 3. L'ensemble antennaire 10 est disposé entre un repère inférieur 10 et un repère supérieur 1 O2. Cet ensemble antennaire assure notamment le bon rayonnement dans la bande UHF de 2,4 à 2,5 GHz. Les repères 10, 1O2 sont par exemple choisis le plus près possible du dispositif d'alimentation 4 pour que l'ensemble antennaire puisse être déporté en hauteur. Ceci permet une meilleure émission-réception. La distance qui sépare le dispositif d'alimentation 4 et le bloqueur de courant 3 est par exemple de l'ordre de 1,6 mètres. La masse M du véhicule est prise dans cet exemple de réalisation comme masse commune à l'ensemble du système. Afin de permettre la réalisation d'une antenne susceptible d'être démontée en plusieurs morceaux de faible longueur pour le transport, la ligne de transmission coaxiale 9 est par exemple constituée de plusieurs sections. Ces sections sont reliées ensemble en utilisant par exemple des dispositifs connus et non représentés, tels que des connecteurs coaxiaux mâle et femelle, etc. L'embase de fixation 5 et son ressort 6, les moyens mécaniques qui rendent solidaires l'antenne de ces derniers ou les éléments annexes (tels que radôme, connecteurs, etc.) qui assurent la rigidité et l'asse mblage d es con stitua nts n e seront pas déta il lés car ils n e sont pas nécessaires à la compréhension de l'invention. Le bloqueur de courant 3 (adapté à la VHF) ayant pour rôle de délimiter radioélectriquement le tronçon 9 de la ligne de transmission coaxiale 9, est réalisé par exemple suivant les techniques connues de I'Homme du métier. Par exemple la mise en _uvre d'une jupe autour de la ligne de transmission coaxiale ou le bobinage de cette ligne autour d'un tore de ferrite etc. ne seront pas détaillés pour des soucis de clarté. L'élément rayonnant supérieur 1 et l'élément rayonnant inférieur 2 constituent par exemple les deux brins d'un dipôle dimensionné pour rayonner dans la bande de fréquences VHF, par exemple dans toute la bande de 30 à 88 MHz. Ils sont alimentés à travers le dispositif d'alimentation 4 qui réalise l'adaptation d'impédance pour permettre le transfert maximum de puissance RF (radio fréquence) amenée par la ligne de transmission coaxiale 9. Ceci est vrai dans toute la bande de fréquences de 30 à 88 MHz. Un exemple de réalisation du dispositif d'alimentation 4 est schématisé à la figure 5. La figure 4 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation de l'ensemble antennaire 10, o le tronçon de ligne 9, est interrompu pour disposer par exemple un duplexeur 8, conduisant ainsi à une partie inférieure du tronçon et une partie supérieure du tronçon. Les extrémités du tronçon interrompu sont référencées 9 et 942. L'extrémité supérieure 9, de la partie inférieure du tronçon 9,, est pourvue d'un bloqueur de courant 11 dimensionné pour les fréquences UHF. Ce bloqueur de courant a notamment pour fonction d'isoler les signaux de la bande UHF tout en restant transparent aux signaux de la bande VHF. La technique pour réaliser ce bloqueur de courant est par exemple une jupe quart-d'onde connue de l'Homme du métier. Un corps de jupe 11' de forme tubulaire entoure le tronçon 9, de la ligne coaxiale, le bord inférieur 112 de ce corps de jupe est court-circuité par un couvercle 114 au blindage 9B de la ligne coaxiale alors que le bord supérieur 113 est laissé ouvert pour assurer la fonction de bloqueur de courant. Entre la partie inférieure du tronçon et la partie supérieure est disposée un duplexeur-adaptateur 8. La connexion du duplexeur-adaptateur 8 aux extrémités 9, et 942 s'effectue par exemple en reliant le blindage de ces extrémités à la masse commune 12 du duplexeur-adaptateur 8 et en branchant les âmes des extrémités 9 et 92 de cette ligne coaxiale respectivement à la borne d'entrée 8' et à la borne de sortie 82 de la voie VHF du duplexeur-adaptateur 8. Ce duplexeur-adaptateur comporte un filtre passe-bas 13 qui se comporte comme une connexion directe entre les bornes d'entrée 8, et 82 pour les signaux VHF et un circuit ouvert pour les signaux UHF. Pour les signaux VHF, tout se passe comme si la coupure effectuée dans le tronçon de ligne 9 n'existait pas et les signaux VHF peuvent donc étre amenés jusqu'au dispositif d'alimentation 4. Par contre le filtre passe-haut 14 du duplexeur-adaptateur se comporte comme une connexion directe entre la borne d'entrée 8 et la borne de sortie 83 de la voie UHF pour les signaux UHF qui sont donc prélevés depuis la borne d'entrée 8, pour étre amenés jusqu'à la borne de sortie 83. Un exemple détaillé d'un duplexeur-adaptateur est donné à la figure 6. Entre l'extrémité 92du tronçon de ligne et le repère supérieur 102, plusieurs éléments creux, tels que des tubes cylindriques 1 5i sont par exemple disposés autour de la ligne coaxiale afin de constituer des éléments rayonnants pour les signaux UHF. La longueur L de ces éléments est par exemple de l'ordre de la demi-longueur d'onde moyenne correspondant à la bande UHF Les éléments ont par exemple des longueurs sensiblement identiques. Les pièces isolantes servant à maintenir la ligne coaxiale dans les tubes cylindriques ou à assurer l'assemblage et la rigidité de l'ensemble ne sont pas détaillées, car elles sont connues de l'Homme du métier. Les éléments rayonnants 15i sont reliés les uns aux autres, à l'aide de portions z5 16i de ligne coaxiale, par exemple ils sont couplés en série. La longueur d'une portion 16i est sensiblement égale à la demi-longueur d'onde moyenne correspondant à la bande UHF. L'âme 17i d'une portion 16i relie l'extrémité supérieure 15i2 de l'élément 15j à l'extrémité inférieure 15(j+)' de l'élément (j+). Ainsi, I'âme 17' de la portion de ligne 16, relie l'extrémité supérieure 152 de l'élément inférieur 15 à l'extrémité inférieure 152' de l'élément 152 et l'âme 172 de la portion de ligne 162 relie l'extrémité supérieure 1522 de I'élément 152 à l'extrémité inférieure 153' de l'élément 153. Les blindages 18 et 182 des portions de ligne 16, et 162 sont reliés par exemple électriquement au blindage de la ligne coaxiale 9. L'ensemble rayonnant constitué par exemple des tubes cylindriques 15, 152 et 153 et des portions de liaison 16, et 162 est alimenté en puissance RF de la bande UHF en connectant l'extrémité inférieure 15 de l'élément creux cylindrique 15, le plus proche du duplexeur-adaptateur à la borne de sortie 83 du duplexeur-adaptateur. Afin d'isoler radioélectriquement la partie supérieure de cet ensemble rayonnant de la partie de la ligne coaxiale située au-dessus du repère supérieur 1O2 un o couvercle 19 est placé par exemple vers le milieu du tube supérieur 153 pour court circuiter ce dernier au blindage de la ligne coaxiale. Une jupe quart d'onde 20 de type de celle dans la partie inférieure est ainsi constituée pour assurer le rôle de bloqueur de courant pour les signaux UHF. Le nombre des tubes cylindriques est choisi notamment en fonction de la directivité souhaitée pour l'antenne UHF. Sans sortir du cadre de l'invention, la structure de l'antenne décrite s'applique aussi pour des anten n es fonction n ant da ns d 'autres ba ndes de fréq uences, tout en respectant la condition que ces bandes de fréquences ne soient pas adjacentes. Tout élément creux quelque soit sa forme peut être utilisé comme élément rayonnant. La figure 5 décrit un exemple de dispositif d'alimentation 4. Ce dernier comporte un transformateur d'impédance 21 dont la sortie 22 de son enroulement secondaire 23 est connectée à l'élément rayonnant supérieur 1. L'enroulement primaire 24 de ce transformateur élévateur d'impédance est connecté au point de connexion 25 à l'âme de la ligne de transmission 9 à travers un circuit LC parallèle 26 constitué d'une inductance 27 et d'une capacité 28, suivi d'un circuit LC série 29 constitué d'une inductance 30 et d'une capacité 31. La masse de ce circuit d'adaptation est reliée au blindage de la ligne de transmission coaxiale 9 au point de connexion 32. La valeur du rapport de transformation du transformateur 21 et les valeurs des inductances 27, 30 et des capacités 28, 31 sont déterminées pour que I'impédance présentée entre les points de connexion 25 et 32 soit le plus proche possible de l'impédance caractéristique usuelle de 50 ohms pour toutes les fréquences de la bande de 30 à 88 MHz. La figure 6 détaille un exemple de réalisation du duplexeur adaptateur. Le filtre passe-bas 13 est assuré par une portion 33 de ligne coaxiale dont une première extrémité 34 est en court-circuit (c'est-à-dire que l'âme et le blindage de la ligne coaxiale sont reliés ensemble) et constitue la borne 82 et dont l' extrém ité opposée 35 a son âme con nectée à la borne 8 et son blindoge laissé libre. Le filtre passe-haut 14 est assuré par une portion 36 de ligne coaxiale dont le blindage 37 de son extrémité supérieure constitue la borne 83 et dont l'âme 38 de l'autre extrémité est connectée à la borne 8. Les longueurs des portions 33 et 36 sont de l'ordre de grandeur du quart de la longueur d'onde moyenne correspondant à la bande UHF et sont ajustées pour permettre l'adaptation d'impédance de l'ensemble antennaire selon l'invention aux fréquences UHF utilisoes. La figure 7 représente une autre variante de réalisation de l'invention. L'antenne selon l'invention dispose ici de deux accès séparés permettant la connexion de deux postes émetteurs-récepteurs 7 et 72 fonctionnant l'un dans la bande VHF de 30 à 88 MHz l'autre dans la bande UHF de 2,4 à 2,5 GHz. Le poste 7, de la bande VHF est par exemple relié au dispositif d'alimentation 4 par la ligne de transmission coaxiale 9 qui traverse le bloqueur de courant 3 et un ensemble antennaire 10'. Le poste 72 de la bande UHF est par exemple relié aux éléments rayonnants 15i de l'ensemble antennaire 10' par le tronçon 9', de la ligne de transmission secondaire coaxiale 9' qui traverse le bloqueur de courant 3. Cet ensemble antennaire 10' dont les détails de conception sont reportés à la figure 8, ne comporte pas de duplexeur-adaptateur contrairement à l'ensemble antennaire donné à l'exemple précédent. Le tronçon 9 de ligne coaxiale reste ininterrompu entre le bloqueur de courant 3 et le dispositif d'alimentation 4. L'alimentation des éléments tubulaires rayonnants 15i est réalisée en connectant l'extrémité inférieure 15 de l'élément 151 le plus proche du tronçon de ligne 9'1, à l'âme 9'A de ce tronçon 9'1 dont le blindage 9'B est solidaire de celui du tronçon 91 de la ligne coaxiale 9. De cette façon, les blindages des tronçons de lignes 9, et 9' se comportent radioélectriquement comme un blindage unique lors du passage à travers les bloqueurs de courant 3 et 11. L'autre extrémité de la ligne coaxiale secondaire est branchée au poste 72 émetteurrécepteur de la bande UHF. Les figures 9 et 10 schématisent une variante de réalisation décrite aux figures 7 et 8 o les deux émetteurs 7, et 72 sont remplacés par un unique émetteur 7 qui alimente directement la ligne de transmission 9. Cette ligne est interrompue de façon à positionner un duplexeur 8 de manière semblable par exemple à celle décrite à la figure 4. Ce duplexeur alimente les deux tronçons de ligne 9 et 9'' qui ont été détaillées aux figures 7 et 8. La figure 10 montre en détail la liaison entre le duplexeur 8 et les tronçons de ligne 9 et 9'. La connexion du duplexeur-adaptateur 8 aux extrémités 9 et 942 du tronçon de ligne 9 interrompu s'effectue par exemple en reliant le blindage de ces extrémités à la masse commune 12 du duplexeur-adaptateur 8 et en branchant les âmes des extrémités 9' et 942 de cette ligne coaxiale respectivement à la borne d'entrée 8' et à la borne de sortie 82 de la voie VHF du duplexeur-adaptateur 8. Pour la liaison avec la ligne secondaire 9', cette dernière est en liaison avec la sortie 83 de la voie UHF. Ce duplexeur- adaptateur comporte un filtre passe-bas 13 qui se comporte comme une connexion directe entre les bornes d'entrce 8, et 82 pour les signaux VHF et un circuit ouvert pour les signaux UHF. Pour les signaux VHF, tout se passe comme si la coupure effectuée dans la ligne coaxiale 9 n'existait pas et les signaux VHF peuvent donc être amenés jusqu'au dispositif d'alimentation 4. Par contre le filtre passe-haut 14 du duplexeur-adaptateur se comporte comme une connexion directe entre la borne d'entrée 8, et la borne de sortie 83 de la voie UHF pour les signaux UHF qui sont donc prélevés depuis la borne d'entrée 8, pour étre amenés jusqu'à la borne de sortie 83 afin d'alimenter le tronçon de ligne 9'. Dans cet exemple le bloqueur de courant 11 dimensionné pour les fréquences UHF est situé sur les deux lignes de transmission 9 et 9', et au dessus du duplexeur. Il comporte des caractéristiques identiques ou sensiblement identiques à celles données à la figure 4 et de fait ne seront pas détaillées. REVENDICATIONS 1 - Système antennaire large bande, susceptible de rayonner ou de recevoir des signaux dans une bande de fréquence basse fréquence [Fbb, Fbh] couvrant plus d'une octave et une bande de fréquence haute fréquence [Fhb, Fhh], avec Fbh≥2Fhb, comportant au moins un dispositif d'alimentation (4) alimentant au moins un élément rayonnant supérieur (1) et un élément rayonnant inférieur (2) caractérisé en ce que l'élément rayonnant inférieur (2) est pourvu d'au moins un ensemble antennaire (10) adapté à rayonner dans la bande de fréquence haute fréquence [Fhb,Fhh]. 2 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation est relié à un poste émetteur-récepteur (7) au moyen d'une ligne de transmission (9) et en ce que l'élément rayonnant inférieur (2) est constitué d'un tronçon (9) de la ligne de transmission (9) et l'ensemble antennaire (10) comporte au moins un élément rayonnant creux (1 5i) disposé autour du tronçon (9). 3 - Système selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éléments creux (15i), lesdits éléments étant reliés entre eux et en série aux moyens de portions de ligne (16i), I'âme (17i) d'une portion (16i) reliant l'extrémité supérieure (1 5i2) de l'élément creux (1 5i) à l'extrémité inférieure 15(j+), de l'élément 15j+ et le blindage (18i) de la portion (16i) est relié à la ligne coaxiale (9). 4 - Système antennaire selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte un duplexeur (8) au niveau de la partie inférieure de l'ensemble antennaire (10) et relié à au moins un élément creux (15i) et au tronçon (91). - Système antennaire selon la revendication 4 caractérisé en ce que le duplexeur (8) comporte au moins un filtre passe bas (13) constitué d'une portion (33) de ligne coaxiale court-circuitée eVou au moins un filtre passe- haut (14) constitué d'une portion (36) de ligne coaxiale en circuitouvert. 6 - Système selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte un premier poste émetteur-récepteur (7) fonctionnant dans la bande de fréquence basse relié à une première ligne de transmission (9) et un deuxième poste émetteur-récepteur (72) fonctionnant dans la bande haute fréquence relié à une deuxième ligne de transmission coaxiale (9'), la deuxième ligne étant aussi en liaison avec un des éléments creux rayonnants, le blindage des deux lignes étant reliés ensemble. 7 - Système antennaire selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un bloqueur de courant tel qu'une jupe quart d'onde. 8 - Système selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation (4) comporte un transformateur d'impédance (21) eVou au moins un circuit LC parallèle (26) eVou au moins un circuit LC série (29). 9 - Utilisation du système selon l'une des revendications 1 à 8 pour des