Brevet FR3083923A1 — publié le 20200117

Description Titre de l'invention : Antenne à résonance réglable [0001] L'invention concerne les antennes et peut être utilisée au sein de transmetteurs mi- niatures à moyenne tension afin d'effectuer des radiocommunications mobiles et de réaliser des liaisons à induction, et comme antenne distincte destinée à être installée sur des ouvrages de liaison stationnaires et mobiles, ce qui est très utile dans les mines, où les antennes miniatures sont très recherchées. [0002] On sait aujourd'hui que les dimensions des antennes modernes à ondes radio hecto- métriques et décamétriques représentent des dizaines et des centaines de mètres, ce qui limite considérablement leur utilisation pour les radiocommunications mobiles, augmente la durée d'installation des antennes stationnaires destinées aux radiocommunications, et, dans les mines, en raison de l'espace limité. rend leur utilisation quasiment impossible. Ces types d'antennes empêchent le développement et l'application des radiocommunications hectométriques et décamétriques, et la construction de moyens de transmission à l'aide d'ondes radio à grande, moyenne et courte longueur d'onde. Ces gammes d'ondes radio sont surtout attrayantes pour les communications au sein des mines, directement à travers la roche, par exemple, et par induction, étant donné que les signaux sont de bonne qualité et présentent des pertes minimes le long des lignes de câbles. [0003] Une antenne est connue grâce à un brevet qui repose sur le modèle d'utilité RU 154886, et se compose d'un vibrateur de faible épaisseur, d'un transformateur sur une bague de ferrite, d'une bobine allongée, et d'un contrepoids. Dans ladite antenne, la conversion de fréquence est effectuée à l'aide d'une électrode mobile reliée au contrepoids à l'intérieur de la bobine allongée, grâce aux enroulements de laquelle ladite électrode crée une liaison capacitive et shunte ladite bobine allongée. [0004] Ladite structure ne peut pas être utilisée comme antenne portable, étant. donné que la présence du contrepoids augmente considérablement le volume de l'antenne. De plus, ladite structure, qui utilise un vibrateur fin et long, ne sera pas pratique comme antenne portable dans les ouvrages souterrains, comme les mines et les caves. [0005] La structure d'antenne proposée est exempte de noyau en ferrite, ce qui augmente considérablement le niveau maximal de puissance du signal d'entrée. [0006] L'antenne se compose d'un vibrateur, et d'un élément émetteur qui offre un corps conducteur plat en 2D ou volumétrique en 3D qui possède une capacité électrique. Il sera plus pratique d'utiliser, en guise de vibrateur, un cylindre conducteur disposé à la verticale ou à l'horizontale. L'antenne comprend un transformateur adaptatif à coefficient de transformation variable sous la forme d'enroulements primaires et secondaires Le transformateur est placé de sorte que son champ magnétique le dépasse 2 et s'étende au vibrateur. Le champ magnétique du transformateur est un champ dont la valeur diminue assez rapidement, et qui est concentré dans un espace qui ne dépasse pas les dimensions linéaires du transformateur. En règle générale, cette taille d'espace représente moins de 1% de la longueur d'onde d'une antenne à rayonnement. Afin de convertir la fréquence de résonance à proximité des enroulements de la bobine secondaire du transformateur, un élément capacitif est prévu, et est relié de manière galvanique à n'importe quel point du transformateur, et peut se déplacer le long de l'axe de la bobine secondaire, en s'approchant des enroulements de la bobine ou en s'éloignant de ceux-ci. [0007] Le vibrateur lui-même peut agir comme ledit élément, en se déplaçant le long de l'axe de la bobine secondaire afin de régler la fréquence. [0008] Afin que l'antenne à résonance soit convertie de manière progressive dans les limites d'une gamme d'ondes radio, et puisse fonctionner sur plusieurs bandes de fréquences, les enroulements primaire et secondaire du transformateur sont composés de plusieurs sections, qui sont reliées par un relais. La valeur d'inductance de la bobine et la plage de fréquences dépendent du nombre de sections reliées. [0009] Ainsi, l'antenne permet aux utilisateurs de systèmes de communication à induction dans les mines d'organiser des points de communication stationnaires, et d'acheminer des communications le long de lignes de transmission à induction. [0010] Le système dont la nature technique se rapproche le plus de celui revendiqué est l'antenne prévue selon le brevet RU 2488927 intitulé « Antenne à résonance convertie équipée d'un dispositif adaptatif ». Cette antenne contient un vibrateur sous la forme d'un corps conducteur en 2D ou 3D, qui adapte le transformateur sur un circuit magnétique ouvert dont l'enroulement secondaire est relié au vibrateur, et l'alimentation est fournie à l'enroulement primaire. Cette antenne possède de très petites dimensions et peut être utilisée pour des radiocommunications mobiles. Cependant, elle présente un inconvénient significatif, à savoir que ladite antenne peut être utilisée efficacement uniquement pour émettre des signaux de postes émetteurs d'une puissance limitée à 1 à 5 W, dans la mesure où, en cas de signal de puissance plus élevée, la tige en ferrite dont est composé le circuit magnétique entre en saturation magnétique et chauffe, ce qui empêche ces antennes d'être utilisées pour transférer une puissance de plusieurs dizaines ou centaines de Watts, ce qui est particulièrement nécessaire en cas d'organisation d'un ensemble de radiocommunications fixes. [0011] La présente invention a pour but de permettre de convertir la fréquence de fonc- tionnement d'une antenne compacte en une gamme suffisamment étendue, à l'aide de sources de signaux à forte puissance (plusieurs dizaines et centaines de Watts) tout en maintenant ses dimensions réduites, ce qui augmente les possibilités fonctionnelles de l'équipement radio, plus particulièrement dans un espace limité (mines, galeries). En 3 outre, l'antenne peut également être transformée pour fonctionner sur d'autres gammes d'ondes radio. [0012] Ledit résultat technique est obtenu par le fait que l'antenne contient un dispositif de transformation sous la forme d'un transformateur composé d'enroulements primaire et secondaire, et un vibrateur sous la forme d'un corps conducteur plat ou volumétrique situé dans le champ magnétique du transformateur et relié à son enroulement secondaire. Selon l'invention, à proximité de la bobine secondaire est disposé un élément capacitif sous la forme d'un élément capacitif mobile (électrode). [0013] L'élément capacitif se déplace le long de l'axe de la bobine secondaire, et l'antenne contient un mécanisme de déplacement dudit élément, qui peut être réalisé sous la forme d'un moteur électrique à vis dont la rotation fait monter ou descendre l'élément capacitif, et, ainsi, modifie la fréquence de fonctionnement de l'antenne. [0014] La modification de la fréquence de fonctionnement de l'antenne a lieu en raison du changement de capacité de dérivation entre les enroulements de la bobine secondaire et l'élément capacitif de réglage. Ce changement de fréquence est possible dans des limites de largeur de bande égales à 10 à 20% de la fréquence centrale. Afin de passer à une autre plage de fréquences, les enroulements primaire et secondaire du transformateur sont composés de plusieurs sections qui sont reliées à l'aide d'un relais. En cas de raccordement de sections supplémentaires, une gamme d'ondes radio moins élevée est sélectionnée, et, en cas de découplage de sections, une gamme plus élevée est sélectionnée. [0015] L'invention peut être réalisée à l'aide de moyens industriels, en utilisant des moyens techniques, des technologies et des matériaux connus, et est conforme aux exigences d'applicabilité industrielle. [0016] [fig.M'invention est illustrée par des dessins, sur lesquels la figure 1 illustre le schéma de construction de l'antenne. [0017] L'armature de l'antenne se compose d'un tube diélectrique sur lequel est disposé un vibrateur conducteur volumétrique 1 sous la forme d'un cylindre. Celui-ci peut être composé d'une bande métallique collée sur l'armature. [0018] Sur l'armature sont disposés les enroulements primaire 2 et secondaire 3 du trans- formateur, auquel est reliée l'entrée de l'antenne 5. À l'intérieur de l'armature, sur un segment de tube en plastique, se trouve l'élément capacitif 4, qui peut être composé d'une bande métallique. Est également prévu un mécanisme de déplacement 6 de l'élément capacitif 4, destiné à régler l'antenne, qui se compose d'un moteur électrique, d'un réducteur et d'une vis, disposés sur l'axe de la bobine secondaire, dont la rotation provoque un déplacement de l'élément capacitif le long dudit axe. [0019] [fig.2]L'antenne est décrite plus en détail sur les vues en coupe de la figure 2 (A) et B)). L'armature de l'antenne 8 est équipée d'un capot de protection 7, qui est également composé d'un matériau diélectrique. Le dispositif de déplacement de l'élément capacitif de réglage 6 se compose d'un moteur électrique 6.1, d'un réducteur 6.2, d'une vis 6.3 sur l'axe de la bobine du transformateur, d'un écrou en matériau diélectrique 6.4, dans lequel tourne la vis. L'écrou 6.4 est fixé dans le tube 9, sur l'extérieur duquel se trouve l'élément capacitif 4 sous la forme d'une couche de bande. Afin d'empêcher le tube 9 à écrou 6.4 d'avancer lors de la rotation de la vis 6.3 et de monter et descendre, des mils 10 sont disposés sur le tube 9 et l'armature de l'antenne 8. L'élément capacitif 4 est relié par un conducteur isolant flexible à n'importe quel point du transformateur, comme A, B, D ou E. [0020] [fig.3] Sur la figure 3, A) illustre le raccordement de l'élément capacitif 4 à l'extrémité de la bobine secondaire au point E, et, sur la figure 3, B) illustre le raccordement de l'élément capacitif aux points B et D, c'est-à-dire à l'extrémité de la bobine primaire et au début de la bobine secondaire. [0021] [fig.4] La figure 4 illustre une antenne dans laquelle le vibrateur 1 sert d'élément capacitif 4 et se déplace le long de l'axe de la bobine 3 à l'intérieur de celle-ci. [0022] [fig.5] La figure S illustre un circuit électrique équivalent de l'antenne. L'élément capacitif 4 et les enroulements de la bobine secondaire forment une série de condensateurs capacitifs à capacité variable Cl, C2...CN, dont la capacité dépend de l'emplacement de l'élément 4. [0023] [fig.6] La figure 6 illustre un détail du circuit électrique du transformateur d'une antenne à deux gammes. La bobine primaire se compose de deux segments 2.1 et 2.2, et la bobine secondaire se compose de segments 3.1 et 3.2. Les segments 2.2 et 3.2 sont reliés en série aux bobines à l'aide d'un relais. Lorsque ces bobines sont actives, l'antenne fonctionne sur la gamme d'ondes radio inférieure, et, lorsqu'elles sont inactives, elle fonctionne sur la gamme d'ondes supérieure. Cette solution technique permet d'obtenir des antennes à plusieurs gammes. [0024] L'antenne fonctionne comme suit. [0025] Lorsqu'un signal à haute fréquence est envoyé vers l'enroulement primaire 2 du transformateur, il se crée à l'intérieur un champ magnétique qui induit un champ magnétique dans la bobine secondaire 3. Autour du transformateur se crée un champ magnétique dont le vecteur d'induction magnétique est orienté le long de la bobine secondaire. Un champ électrique, dont le vecteur d'intensité est orienté perpendiculairement à la surface du vibrateur 1, est provoqué par l'application, à celui-ci, d'une tension élevée par l'enroulement secondaire 3 du transformateur qui est relié électriquement au vibrateur 1. Étant donné que la surface du vibrateur 1 se trouve dans la zone d'action du champ magnétique du transformateur, de sorte que l'angle entre le vecteur d'induction magnétique et le vecteur d'intensité du champ électrique qui se crée sur le vibrateur soit proche de 90°, les conditions à proximité du vibrateur sont suffisantes pour la formation d'ondes radio. [0026] Étant donné que ladite antenne est à résonance et se présente sous la forme d'un circuit de résonance ouvert, l'intégration, dans ledit circuit, d'un quelconque élément réactif modifie la fréquence de résonance. Ledit élément réactif est un élément capacitif 4 qui shunte l'enroulement secondaire du transformateur, provoque une modification de la fréquence de résonance, et fait passer l'antenne à une autre fréquence. Cela permet de modifier la fréquence de l'antenne sur une gamme égale à 10-20% de la fréquence centrale de la gamme. Afin dc pouvoir passer à une autre gamme, il est nécessaire de débrancher ou de brancher des parties des bobines primaire 2 et secondaire 3 du transformateur. 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]