Brevet FR3007213A1 — publié le 20141219

La présente invention concerne un procédé pour radioélectrifier un objet installé dans un espace public, par exemple un élément de mobilier urbain, ainsi qu'un tel objet radioélectrifié par la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que, afin de satisfaire des services de communication spé- cifiques, tels que services de police, de gendarmerie, de pompiers, d'aviation civile, de transports, etc., il est usuel de disposer des antennes (de type fouet, hélice ou analogue) sur des objets installés dans l'espace public et servant de structure porteuse, tels que lampadaires, poteaux de feux de signalisation, abris d'autobus, etc. Lorsque les antennes sont placées sur la structure porteuse, elles sont apparentes et soumises aux contraintes climatiques. Elles peuvent également être facilement détériorées et rendre le système de communication inopérant. Par ailleurs, les performances radioélectriques obtenues sont bien souvent très variables, en fonction de la fréquence, car dépen- dant fortement de la forme et des dimensions de cette structure porteuse. De plus, afin d'avoir des systèmes antennaires relativement discrets, les antennes sont en règle générale petites vis-à-vis de la longueur d'onde de travail, de sorte que le rendement du système antennaire est bien souvent faible en bande HF et VHF, avec des gains pouvant être largement néga- tifs. Lorsque les antennes sont placées à l'intérieur même de la structure porteuse, celle-ci doit bénéficier d'une ouverture diélectrique, afin de permettre le rayonnement. Le rendement global est cependant fortement corrélé à la dimension de cette ouverture et, dans les bandes HF et VHF, cette dimension est bien souvent petite eu égard à la longueur d'onde de travail, de sorte que les performances s'avèrent souvent médiocres, voire mauvaises. L'augmentation des performances du système doit alors pas- ser par une modification significative de la structure porteuse, ce qui n'est pas toujours possible. Dans la très grande majorité des configurations, l'efficacité en rayonnement est directement fonction du couplage induit entre la structure porteuse et l'antenne qui y est intégrée. Ce couplage est cependant majoritairement faible, à très faible, et les diagrammes de rayonnement sont très fortement tributaires du positionnement de l'antenne et de la fréquence de travail. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et d'obtenir des systèmes antennaires discrets et performants, à rayon- nement omnidirectionnel à polarisation verticale en bande HF, VHF et pro- che UHF. À cette fin, selon l'invention, le procédé consiste à faire rayonner directement l'objet installé dans l'espace public : - en formant ledit objet avec au moins un poteau en une matière conductrice de l'électricité, ce poteau étant au moins partiel- lement creux et au moins approximativement vertical ; et - en agençant dans ledit poteau au moins deux parties superpo- sées, électriquement isolées l'une de l'autre, pour former une antenne à rayonnement horizontalement omnidirectionnel. Ainsi, grâce à la présente invention, on obtient un objet directe- ment radioélectrifié, rayonnant par lui-même, pouvant être utilisé à l'émission, comme à la réception, et permettant d'éviter l'utilisation d'une antenne extérieure rapportée, souvent fragile, peu esthétique, faiblement efficace et susceptible d'être vandalisée. L'objet de l'espace public ainsi radioélectrifié ne laisse apparaître aucune antenne rapportée extérieure, cet objet présentant un aspect extérieur inchangé par rapport au même objet non radioélectrifié. L'efficacité en rayonnement de l'objet radioélectrifié est bonne et son diagramme de rayonnement est horizontalement omnidirectionnel et stable en fréquence. De plus, le procédé conforme à la présente invention peut non seulement être mis en oeuvre lors de la fabrication dudit objet d'espace public, mais encore permettre de modifier et d'équiper des objets d'espace public usuels déjà installés sur l'espace public. On remarquera que, grâce à la présente invention, les objets de l'espace public peuvent être facilement rendus intelligents. Bien que non exclusivement, il va de soi que le procédé conforme à la présente invention s'applique tout particulièrement à des objets d'espace public dont la structure comporte d'origine au moins un poteau, tels que lampadaires, feux de signalisation, abris d'autobus, potelets d'interdiction de stationnement, etc. Lesdites deux parties superposées peuvent être radioélectrique-ment au moins sensiblement équivalentes et la plus grande dimension desdites deux parties superposées peut de préférence être comprise entre 0,125 et 1 fois la longueur d'onde associée à la fréquence de travail. La présente invention concerne de plus un objet installé dans un espace public, notamment un objet de mobilier urbain, cet objet étant remarquable : en ce qu'il comporte au moins un poteau en une matière conductrice de l'électricité, ce poteau étant au moins partiel- lement creux et au moins approximativement vertical ; et en ce que ledit poteau comporte au moins deux parties superposées, électriquement isolées l'une de l'autre en formant une antenne à rayonnement horizontalement omnidirectionnel. Dans le cas où ledit poteau comporte une embase de fixation au sol réalisée en une matière électriquement conductrice, cette embase peut être apte à former au moins partiellement la partie inférieure de ladite antenne. Par ailleurs, notamment dans le cas où la longueur du poteau représente plusieurs longueurs d'onde à la fréquence de travail, ledit poteau peut comporter trois parties superposées, deux à deux électriquement isolées, dont seulement deux desquelles forment ladite antenne. Ledit objet ainsi radioélectrifié peut comporter un bloc de matériau diélectrique disposé à l'intérieur dudit poteau, assurant l'isolation électrique entre lesdites deux parties superposées et participant au moins partiellement à la liaison mécanique entre ces dernières. Il peut de plus porter une tige métallique encastrée longitudinalement dans ledit bloc de maté- riau diélectrique et participant au moins partiellement, avec ledit bloc de matériau diélectrique, à la liaison mécanique entre lesdites deux parties superposées. Dans le cas où ledit objet est alimenté par un dispositif électronique antennaire se trouvant du côté de l'une desdites deux parties super- posées, il est avantageux que ladite tige métallique assure la liaison élec- trique entre l'autre desdites deux parties superposées et ledit dispositif électronique antennaire. En outre, il est avantageux que ladite tige métallique soit apte à former un adaptateur d'impédance entre ledit dispositif électronique an- tennaire et ladite antenne ainsi constituée. Dans ce cas, les dimensions de cet adaptateur d'impédance sont fonction de la permittivité relative du diélectrique à la fréquence de travail. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments identiques. La figure 1 montre, en vue extérieure schématique, un premier exemple de réalisation de l'élément de mobilier urbain conforme à la présente invention. La figure 2 est une coupe longitudinale schématique partielle de l'élément de mobilier urbain montré par la figure 1. La figure 3 montre, en coupe partielle agrandie, un exemple de réalisation de la partie d'alimentation et de jonction entre les deux parties superposées du poteau de l'élément de mobilier urbain des figures 1 et 2. La figure 4 illustre, en coupe partielle agrandie semblable à la figure 3, un deuxième exemple de réalisation de l'élément urbain conforme à la présente invention. La figure 5 montre, en vue extérieure schématique, un troisième exemple de réalisation de l'élément de mobilier urbain conforme à la présente invention. La figure 6 est une coupe longitudinale partielle agrandie de la partie intermédiaire de l'élément de mobilier urbain de la figure 5. La figure 7 montre, en vue extérieure schématique, un quatrième exemple de réalisation de l'élément de mobilier urbain conforme à la présente invention. La figure 8 est une coupe longitudinale schématique partielle agrandie de la partie inférieure de l'élément de mobilier urbain de la figure 7. La figure 9 montre, en vue extérieure schématique, un cinquième exemple de réalisation de l'élément de mobilier urbain conforme à la présente invention. L'élément de mobilier urbain I, illustré par les figures 1 à 3, est, par exemple, du type lampadaire et comporte un fût formé par un poteau métallique vertical 2 de dimension métrique. Le poteau métallique 2 est constitué de deux parties superposées, à savoir une partie inférieure 21 et une partie supérieure 2S, séparées par une fente annulaire 3 et électriquement isolées l'une de l'autre par un bloc interne de matériau diélectrique 4. Ce dernier est uniquement apparent au niveau de la fente annulaire 3. Du côté opposé à la partie supérieure 2S, la partie inférieure 21 comporte une embase 5 de fixation au sol. Les deux parties superposées 21 et 2S du poteau métallique 2 des figures 1 à 3 forment une antenne à rayonnement horizontalement omnidi- rectionnel et, pour ce faire, elles sont sensiblement équivalentes et/ou constituent une fraction significative de la longueur d'onde associée à la fréquence ou bande de fréquences auxquelles ladite antenne doit travailler. De préférence, les parties superposées 21 et 2S ont leur plus grande di- mension comprise entre 0,125 et 1 fois cette longueur d'onde de travail. À l'antenne formée par les parties 21, 2S, est associé un dispositif électronique antennaire 6 relié à ces dernières par un câble coaxial interne 7 : dans l'exemple représenté sur les figures 2 et 3, les conducteurs intérieur 7i et extérieur 7e du câble coaxial 7 alimentent respectivement la partie supérieure 2S et la partie inférieure 21 du poteau métallique 2. Bien que, sur les figures 1, 2 et 3, le dispositif électronique 6 soit disposé à l'extérieur du poteau métallique 2, il va de soi que ce dispositif électronique 6 pourrait être logé à l'intérieur dudit poteau métallique 2. Le dispositif électronique 6 peut être autonome en énergie (batteries) ou bien être alimenté par un circuit de transport d'énergie électrique usuel (non représenté). Comme on peut le voir sur la figure 3, dans l'exemple d'élément de mobilier urbain I représenté : - le bloc interne de matériau diélectrique 4 est traversé longitu- dinalement, de préférence avec encastrement, par une tige mé- tallique électriquement conductrice 8, dont l'extrémité supérieure 8s est solidarisée de la partie supérieure 2S du poteau 2 (par exemple par vissage) et dont l'extrémité inférieure 8i est solidaire du conducteur intérieur 7i du câble coaxial 7 ; - à l'intérieur de la partie inférieure 21 du poteau 2 est disposée une platine en une matière électriquement conductrice 9, qui est reliée électriquement à ladite partie inférieure 21 (par exemple, à l'aide de pinces et/ou de vis non représentées) et sur la- quelle est fixé le conducteur extérieure 7e du câble coaxial 7 ; - le conducteur intérieur 7i du câble coaxial 7 traverse sans contact la platine 9, sur laquelle est fixée l'extrémité inférieure 4i du bloc interne de matériau diélectrique 4 ; et - l'extrémité supérieure 4s du bloc interne de matériau diélectri- que 4 est en contact mécanique avec la partie supérieure 2S du poteau 2. Ainsi, les parties supérieure 2S et inférieure 21 du poteau 2 sont maintenues à distance l'une de l'autre par l'ensemble du bloc de matière diélectrique 4, de la tige 8 et de la platine 9, cet ensemble permettant par ailleurs de solidariser mécaniquement lesdites parties supérieure 2S et in- férieure 21, tout en assurant la discontinuité électrique formée par la fente annulaire 3 remplie par une partie du bloc diélectrique 4 et l'alimentation électrique par les conducteurs 7i et 7e. La tige électriquement conductrice 8 peut être cylindrique et cons- tituer un ou plusieurs transformateurs quart d'onde à la fréquence de tra- vail privilégiée. Les diamètres de chaque transformateur peuvent également être ajustés pour transformer au mieux l'impédance d'entrée du poteau en l'impédance caractéristique de la ligne de transmission formée par le câble coaxial 7. Selon un mode particulier de l'invention, cette ligne de transmission peut également être constituée par une ligne bifilaire ou par un guide d'onde avec une transition guide coaxial en partie haute. Selon un autre mode particulier de l'invention, si l'on souhaite adapter le système à une large bande et non pas à une fréquence spécifique ou à une bande de fréquences étroite, la tige conductrice 8 peut être également de section conique (et non cylindrique) et de dimension supérieure ou égale à un quart d'onde de la fréquence basse de fonctionnement. Si un rapport d'onde stationnaire très faible est nécessaire pour faire fonctionner le dispositif électronique associé 6, un circuit d'adaptation passif usuel peut également être ajouté à une extrémité ou l'autre de la ligne de transmis- sion 7. Comme le montre l'élément de mobilier urbain II de la figure 4, afin de renforcer l'isolation électrique entre les parties inférieure 21 et supérieure 2S du poteau 2, on peut prévoir, en plus de la fente annulaire 3, au moins une fente annulaire supplémentaire 10, cette dernière interrom- pant la partie inférieure 21 en regard du bloc de matière diélectrique 4 et étant remplie par une partie de ce dernier. Cette fente annulaire 10 peut se trouver à tout emplacement le long dudit bloc 4 et, par exemple, au niveau de la platine 9 (situation non représentée). On remarquera que la tige 8 électriquement conductrice constitue un transformateur d'impédance permettant une optimisation de l'adaptation à la ligne de transmission 7. De plus, cette tige 8, encastrée dans le bloc de matière diélectrique 4, assure au moins en partie la rigidité et la robustesse de l'ensemble des deux parties 21, 2S du poteau 2. Par ailleurs, si la longueur du poteau 2 représente plusieurs lon- gueurs d'onde à la fréquence de travail, les deux parties superposées 21 et 2S peuvent n'être formées que dans une portion longitudinale dudit poteau, la portion longitudinale restante de celui-ci ne participant pas au système antennaire . Un tel mode de réalisation III est représenté sur la figure 5, où l'on retrouve le mode de réalisation des figures 1 à 3 surmonté par une partie d'extrémité électromagnétiquement inactive 2E. Les parties 2S et 2E sont électriquement isolées l'une de l'autre par un bloc diélectrique 11 et une fente 12 (voir la figure 6). Le bloc diélectrique 11 remplit la fente 12 et assure la liaison mécanique entre lesdites parties 2S et 2E. Dans le mode de réalisation IV des figures 7 et 8, l'embase métallique de fixation au sol 5 est suffisamment grande pour représenter une fraction de longueur d'onde significative et la longueur de la partie inférieure 21 portant le dispositif électronique antennaire 6 est réduite. De pré- férence, la partie supérieure 2S a une dimension comprise entre 0,125 et 1 fois la longueur d'onde de travail, alors que l'embase de fixation métallique 5 présente des dimensions d'au moins 0,25 x 0,25 fois ladite longueur d'onde de travail. Cette embase de fixation métallique 5, qui forme le plan de masse de l'antenne du mode de réalisation IV peut être de forme quelconque, mais de préférence cette forme est symétrique, afin de favoriser un rayonnement omnidirectionnel. Comme l'illustre la figure 8, l'alimentation de l'antenne du mode de réalisation IV est semblable à celle de l'antenne du mode de réalisation I (voir la figure 3), le bloc diélectrique 4 et la tige 8 étant réduits en conséquence. Ce mode de réalisation IV forme une antenne proche d'une antenne monopôle. Eventuellement, dans une forme particulière (non représentée) du mode de réalisation IV des figures 7 et 8, la partie inférieure 21 peut ne pas exister et être électriquement remplacée en totalité par l'embase de fixation 5. Par ailleurs, là encore, si la longueur du poteau 2 représente plu- sieurs longueurs d'onde à la fréquence de travail, les deux parties superposées 21 et 2S peuvent n'être formées que dans une portion longitudinale dudit poteau, la portion longitudinale restante de celui-ci ne participant pas au système antennaire . Un tel mode de réalisation V est représenté sur la figure 9, où l'on retrouve le mode de réalisation des figures 7 et 8 sur- monté par une partie d'extrémité électromagnétiquement inactive 2E. Comme décrit précédemment, les parties 2S et 2E sont électriquement isolées l'une de l'autre par un bloc diélectrique 11 et une fente 12 (voir la REVENDICATIONS1. Procédé pour radioélectrifier un objet (1) installé dans un espace public, notamment un objet de mobilier urbain, caractérisé : - en ce que l'on forme ledit objet (1) avec au moins un poteau (2) en une matière conductrice de l'électricité, ce poteau étant au moins partiellement creux et au moins approximativement vertical ; et - en ce que l'on agence dans ledit poteau (2) au moins deux parties superposées (21, 2S), électriquement isolées l'une de l'autre pour former une antenne à rayonnement horizontale- ment omnidirectionnel. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites deux parties superposées (21, 2S) sont radioélectriquement au moins sensiblement équivalentes. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plus grande dimension desdites deux parties superposées (21, 2S) est comprise entre 0,125 et 1 fois la longueur d'onde associée à la fréquence de travail. 4. Objet (1) installé dans un espace public, notamment un objet de mobilier urbain, caractérisé : - en ce qu'il comporte au moins un poteau (2) en une matière conductrice de l'électricité, ce poteau étant au moins partiellement creux et au moins approximativement vertical ; et - en ce que ledit poteau (2) comporte au moins deux parties su- perposées (21, 2S), électriquement isolées l'une de l'autre en formant une antenne à rayonnement horizontalement omnidirectionnel. 5. Objet selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit poteau (2) comporte une embase (5) de fixation au sol, qui est réalisée en une matière électriquement conductrice et qui est apte à former au moins partiellement la partie inférieure de ladite antenne. 6. Objet selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit poteau (2) comporte trois parties superposées, deux à deux électriquement isolées, dont seulement deux forment ladite antenne. 7. Objet selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc (4, 1 1) de matériau diélectrique disposé à l'intérieur dudit poteau, assurant l'isolation électrique entre deux parties superposées (21, 2S, 2E) et participant au moins partiellement à la liaison mécanique entre ces dernières. 8. Objet selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une tige métallique (8) encastrée longitudinalement dans ledit bloc (4) de matériau diélectrique et participant au moins partiellement, avec ledit bloc (4) de matériau diélectrique, à la liai- son mécanique entre deux parties superposées (21, 2S). 9. Objet selon la revendication 8, dans lequel le dispositif électronique antennaire (6) se trouve d'un côté de l'une (21) des deux parties superposées (21, 2S), caractérisé en ce que ladite tige métallique (8) assure la liaison électrique entre l'autre (2S) desdites deux parties superposées et ledit dispositif électronique antennaire (6). 10. Objet selon la revendication 8,caractérisé en ce que ladite tige métallique (8) est apte à former un adaptateur d'impédance entre ledit dispositif électronique antennaire (6) et ladite antenne ainsi constituée.