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ANTENNE RADIO ELECTRIQUE A TRES LARGE BANDE ET A FAIBLE TAUX
D'ONDE STATIONNAIRE
L'invention se rapporte à une antenne radioélectrique a
trés large bande et a faible taux d'onde stationnaire.
Plus particulierement mais non exclusivement l'invention
concerne une antenne présentant, d'une part, un faible taux
d'onde stationnaire specialement dans le domaine des hautes
fréquences c'est a dire principalement entre 3 et 30 megahertz
et d'autre part un bon rendement sur la bande précitee.
On reviendra plus apres sur ces caractéristiques du taux
d'onde stationnaire et de rendement mais on précise qu'elles
caractérisent essentiellement l'aptitude d'une antenne a
disperser effective,-nent en énergie électromagnétique l'energie
électrique qui lui a éte appliquee.
L'antenne de l'invention est particulierement destinee aux
services de comnlunication mobile qui utilisent les hautes
frequences comme fréquences de communication.
Dans ce domaine des transmissions radioélectriques, il est
necessaire de disposer d'antennes qui sont, d'une part, légeres
20 et faciles a mettre en oeuvre c'est a dire essentiellement de
faible encombrement et, d'autre part, radioélectriquement
performantes, c'est a dire dont le taux d'onde stationnaire est
le plus f~ible possible en considerant un fort rendement.
?~
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- Actuellement, on sait realiser des antennes a fort
rendement et dont 1e taux d'onde stationnaire est faible mais ce
uniquernent dans une bande de frequences tres etroite.
Pour pouvoir couvrir une large bande de frequences, il est
5 connu de scinder la bande en domaines successifs et d'utiliser
une antenne specifique a chaque domaine selon la frequence de
communication.
Egalement, il est connu de n'utiliser qu'une seule antenne
mais de la readapter et/ou de la reaccorder electroniquement
10 pour qu'elle presente des caracteristiques radioelectriques
acceptables a la fréquence de communication choisie.
Ces manipulations de changement d'antennes et/ou de
reaccordement peuvent bien entendu être automatisees.
Elles s'averent quoiqu'il en soit incompatibles avec une
15 nouvelle technique de communication qui tend a se developper et
consiste a mettre en oeuvre des dispositifs emetteur et
recepteur qui, en synchronisme changent rapidement et
frequemment leur frequence de fonctionnement.
On conçoit l'interêt de cette technique pour les
20 communications confidentielles.
Toutefois, la largeur de la bande de frequences dans
laquelle operent ces dispositifs de communication est
implicitement limitee a celle dans laquelle l'antenne peut être
utilisee sans inconvenients.
Cependant, on est recemment parvenu a etendre la largeur
de la bande utile d'une antenne particulierement dans le domaine
des tres hautes frequences c'est a dire par exemple entre 30 et
90 megahertz.
~otamment, l'une des solutions adoptees est decrite dans
30 le brevet US-A-4.302.760 et reside essentiellement dans la
construction de l'antenne.
Precisement, l'antenne comprend une pluralite d'elements
lineaires conducteurs, de longueurs choisies differentes et qui,
d'une part, sont disposes parallelement en tête d'un support
35 longiligne en etant electriquement isoles les uns des autres et,
d'autre part, ont l'une de leurs extremites electriquement
reliees a une ligne commune.
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D'apres les titulaires du brevet précite, une antenne de
ce type a donne d'excellents resultats dans une gamme de
frequences comprises entre 30 et 88 megahertz.
Malheureusement, cette solution n'a pu etre exploitee avec
5 succes dans le domaine des communications à haute frequence
c'est à dire en dessous de 30 megahertz.
En effet, de maniere connue, la longueur d'une antenne
monopole c'est à dire d'une antenne constituee d'un element
lineaire conducteur correspond en règle generale au quart de la
10 longueur d'ondes à sa frequence la plus basse d'utilisation de
l'antenne.
Precisement pour couvrir une bande de frequences situees
au dessus de 3 megahertz, l'un des elements lineaires de
l'antenne selon la solution precitee devrait avoir une longueur
15 de 18,2 metres ce qui est tout a fait incompatible avec l'usage
que l'on a envisage pour l'antenne objet de la presente demande.
Dans le domaine des hautes frequences, une autre solution
a ete adoptee par les techniciens ; elle est decrite dans le
brevet FR-A-2.597.266.
Elle conduit a reduire le rapport d'amplitudes de tensions
essentiellement pour les frequences les plus basses de la bande
de frequences a couvrir et ce en interposant des moyens
electriquement resistants entre l'antenne et la ligne de
transmission a laquelle elle est connectee.
Toutefois, cette solution ne donne de bons resultats que
pour une bande de fréquences assez peu etendue c'est a dire
notamment lorsque le rapport entre la frequence la plus haute et
la frequence la plus basse de la bande est de trois.
D'ailleurs, si l'on cherchait a appliquer cette solution
30 unique a une antenne de tres large bande par exemple une bande
dont le rapport entre la frequence la plus haute et la frequence
la plus basse est de 10 , on pourrait obtenir un faible rapport
d'amplitudes de tension mais le rendement de l'antenne serait
egalement tres faible.
Un resultat que l'invention vise a obtenir est une antenne
de tres large bande qui presente un bon rendement ainsi qu'un
faible taux d'onde stationnaire tout en etant d'une utilisation
compatible avec un dispositif mobile de communication.
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La présente invention vise une antenne radioélectrique
comportant plusieurs éléments sensiblement linéaires conducteurs
d'électricité, laquelle antenne est reliée par une ligne de
transmission à un dispositif de communication, lesdits plusieurs
éléments sensiblement linéaires comprenant au moins deux éléments
linéaires qui, en combinaison, sont sensiblement d'une même
longueur et forment avec un axe médian de l'antenne un angle
prédéterminé ayant un sommet, lorsque l'angle diffère de zéro
degré, qui est un point voisin d'extrémités bases desdits
éléments, lesdites extrémités bases étant électriquement reliées
à la ligne de transmission, chacun desdits éléments comportant:
- au moins un moyen électriquement résistant interposé
entre deux fractions prédéterminées de l'élément en question, et
- au moins un moyen électriquement inductif interposé
sensiblement entre l'extrémité base de l'élément en question et
la ligne de transmission, lesdits moyens inductifs ayant des
valeurs d'inductance choisies qui sont différentes d'un desdits
éléments linéaires à un autre desdits éléments linéaires.
L'invention sera bien comprise a l'aide de la description
ci-apres faite a titre d'exemple non limitatif en regard du
dessin ci-annexe qui represente schematiquement :
- figure 1 : un schema electrique simplifie de l'antenne,
- figure 2 : le graphique de l'evolution du taux d'onde
stationnaire en fonction de la frequence,
- figure 3 : vue en perspective, une antenne selon
l'invention dans une forme preferee de realisation.
En se reportant au dessin, on voit une antenne 1 reliée
par une ligne electrique de transmission 2 a un dispositif 3 de
communication radioélectrique tel un émetteur et!ou un
récepteur.
Tel que cela appara~t l'antenne 1 comprend classiquement
plusieurs elements lineaires 4 conducteurs de l'electricite et
ces elements 4 sont chacun electriquement relié a la ligne de
A
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4a
transmission 2 par l'une 40 de leurs extrémités 40, 41, laquelle
extrémité est ci-aprés dite "base".
Tel que cela apparait en figure 2, l'antenne est etudiee
pour présenter un faible taux d'onde stationnaire et notamment
5 un taux d'onde stationnaire inferieur ou egal a cinq dans une
tres ldrge bande de fréquence qui s'étend d'ailleurs de 3 a 30
mégahertz.
~ 5 ~ 3~~
,
- On précise que le taux d'onde stationnaire carac~e~rise la
propension qu'ont les antennes à refléchir a travers la ligne de
transmission l'énergie électrique qui leur est appliquee via
cette ligne par un dispositif emetteur.
S L'antenne de l'invention a en outre un rendement qui
evolue sensiblement de 10 % 3 la fréquence la plus basse 3 25 %
3 la fréquence la plus haute.
On précise également que le rendement d'une antenne
caractérise son aptitude 3 disperser en énergie
10 électromagnétique effective l'énergie électrique qu'elle a
acceptée de l'émetteur compte tenu de son taux d'onde
stationnaire.
Conformément a l'invention, l'antenne 1 est particuliere
en ce qu'elle comprend au moins deux élements linéaires 4 qui,
15 en combinaison, d'une part, sont sensiblement de meme longueur L
et forment avec l'axe médian 42 de l'antenne un angle
prédéterminé A dont le sommet est, lorsque l'angle A diffère de
zero degre, un point P voisin de celles dites bases 40 de leurs
extremites 40, 41, a savoir celles qui sont electriquement
20 reliees 3 la ligne de transmission 2, et d'autre part,
comportent chacun :
- au moins un moyen 5 electriquement resistant interpose
entre deux fractions predéterrninées de chaque élément et,
- au moins un moyen 6 électriquement inductif quant 3 lui
25 interposé sensiblement entre la base 40 de chaque élément 4 et
la ligne de transmission 2, ces ~oyens inductifs 6 ayant des
valeurs Ll, L2, L3 d'inductance choisies qui sont différentes
d'un élement linéaire 3 un autre.
Selon l'invention, l'angle A est compris entre zéro et
30 trente degrés inclus.
Suivant l'invention, les moyens résistants 5 ont d'un
élément linéaire 3 un autre tous sensiblement une mê~e valeur
Rchoisie.
Dans une forme préférée de realisation, chaque elément
35 lineaire cornprend un moyen résistant 5 et celui-ci est situé
sensiblement au tiers de la longueur de l'élément mesuré 3
partir de son extrémité 40 dite base qui est associée a la ligne
2.
. - 6 2033621
~ Dans une variante de réalisation, chaque element lineaire
comprend deux moyens 5 resistants et ces moyens sont
sensiblement situes l'un au deux tiers, l'autre au tiers de la
longueur de l'element ~esure a partir de son extremite dite base
5 40.
Dans une seconde forme de realisation, chaque element
lineaire comprend un moyen 5 resistant et celui-ci est situe au
sensiblement deux tiers de la longueur de l'element mesure a
partir de son extremite 40 dite base qui est associee a la ligne
10 2.
Conformement a l'invention, dans une forme avantageuse de
realisation, l'antenne comprend trois elements lineaires
divergeants situes dans des plans radialement orientes autour de
l'axe median 42 de l'antenne et decales entre eux d'environ 120
15 degres.
De preference, chaque element lineaire forme un angle A
d'environ 18 avec l'axe median 42 de l'antenne.
L'axe median de l'antenne sera avantageusement oriente
verticalement et l'antenne sera quant a elle orientee de maniere
20 que ses elements divergent vers le ciel.
D'apres l'inventeur, c'est essentiellement dans la
derniere configuration qui vient d'etre decrite que l'antenne
permet d'obtenir les resultats escomptes.
Precisement en respectant les valeurs ci-apres indiquees,
25 on est parvenu a construire une antenne qui, composee de trois
elements lineaires chacun seulement d'une longueur d'environ
sept mille neuf cents millimetres presente une bande utile de
frequence s'etendant de 3 megahertz a 30 megahertz avec un
rendement qui evolue de 10 % a la frequence la plus basse a 25%
30 a la frequence la plus haute et un rapport d'amplitude de
tension inferieur a cinq sur cette bande de frequences.
L'antenne precitee comprend donc trois elements lineaires
disposes comme precite et comportant d'une part chacune une
resistance 5 d'une valeur R de 100 ohms situee sensiblement au
35 tiers de sa longueur mesuree depuis son extremite dite base 40
et d'autre part reliant leur extremite dite base a la ligne de
transmission :
- un premier une inductance 6 d'une valeur Ll de 0,1
microhenry,
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- un second une inductance 6 d'une valeur L2 de 7,5
microhenry,
- un troisieme une inductance 6 d'une valeur L3 de 22
microhenry.
Tel que cela a été représenté, chaque moyen inductif 5 est
au moins a proximite immediate de la base 40 d'un element
lineaire 4.
- Par exemple, le moyen inductif peut être constitue par un
enroulement de fil conducteur directement realise sur le support
10 de l'element linéaire (lequel support n'a pas eté represente pas
plus que l'enroulement).
Dans l'exemple non limitatif de realisation de l'antenne
qui vient d'etre cité, on remarque la faible longueur des
éléments lineaires (inferieure a huit metres) par rapport a la
15 longueur de ceux d'une antenne classique du type cité dans le
préambule (au moins dix huit metres) pour la même valeur de la
fréquence basse.
