PERFECTIONNEMENTS AUX ANTENNES A LARGE BANDE DE FREQUENCES.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux antennes à large bande de fréquences et elle a notamment pour objet la constitution d'une antenne dont le diagramme de distribution de radiation est omni-direetionnel et semblable à celui d'un dipôle des mêmes dimensions générales, dont l'impédance d'entrée est pratiquement constante et ohmique sur une bande de fréquences dont les fréquences la plus élevée et la plus basse ont entre elles un rapport de 2 à 1, ou même plus grande.
Conformément à l'un des aspects de l'invention, l'antenne à large bande de fréquences est constituée par un di-
<EMI ID=1.1>
L'antenne est constituée par une antenne en losange terminée
sur une résistance et ayant un angle au sommet nul.
Sous un troisième de ses aspects, l'invention prévoit notamment une antenne en losange, terminée sur une résistance et dont les bras adjacents sont parallèles.
L'invention envisage encore des antennes réflectrices constituées chacune par une antenne en dipôle repliée
avec des résistances reliant l'extrémité d'un élément à l'extrémité correspondante de l'autre élément.
L'antenne réflectrice conforme à certaines caractéristiques de l'invention est constituée par une antenne en losange terminée sur une résistance, ayant un angle au sommet
de zéro degrés, une autre résistance étant connectée entre les extrémités des bras qui sont normalement reliés à une ligne de transmission.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante et à l'examen des dessins joints qui en représentent schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation.
La figure 1 est une représentation schématique d'une antenne conforme à certaines caractéristiques de l'invention. La figure 2 se rapporte à une réalisation pratique d'une antenne de ce type.
Depuis l'avènement des systèmes de communication de télévision et de ceux employant la modulation de fréquence, on
a accordé une grande attention à l'établissement d'antennes pratiquement apériodiques sur une large bande de fréquences.
En général, les grandes lignes d'établissement de ces antennes sont les suivantes: (a) l'abaissement de la surtension de l'antenne par diminution de son impédance caractéristique, par exemple en rendant cette dernière comparable à, la résistance de radiation du cadre et (b) conformation de l'antenne de façon telle que la distribution de la charge de radiation donne le même type de
<EMI ID=2.1>
l'on trouve dans les circuits résonnants parallèles, dans lesquels la résistance de charge est répartie entre la branche
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
ments radiateurs de diamètre relativement grand, tel qu'il nécessite l'utilisation de construction en forme de cages relativement larges, nécessitant un poids considérable et une dépense correspondante d'éléments de support. Cette forme de réalisation n'est généralement pas très pratique dans les conditions normales de fonctionnement du domaine des communications sur ondes courtes, quelqu'utile qu'elle puisse être pour les applications aux ondes ultra-courtes.
Une variante d'établissement est basée sur une ligne de transmission terminée sur son impédance caractéristique, dont des exemples sont l'antenne Beverage à un seul fil et l'antenne en losange à deux fils. Les antennes de ce type ont une Bonne constance d'impédance sur une large bande de fréquences, bien qu'au prix de quelques pertes de puissance dans la terminaison. Ce sont essentiellement des antennes filiformes, par opposition aux antennes en cage et leurs dimensions et leurs formes né sont pas fixées avec précision, toutes caractéristiques qui les rendent convenables au fonctionnement ordinaire sur ondes courtes.
Quand on adopte ce type de construction (si les pertes dans la terminaison sont admissibles) le problème se réduit à la construction d'une antenne du type en losange, mais dont la directivité prononcée normale est remplacée par la caractéristique de directivité du dipôle ordinaire. On y parvient en refermant sur ellemême l'antenne en losange, de manière à ce que sa longueur selon l'axe de directivité soit rendue faible et sa largeur, perpendiculairement audit axe, soit rendue grande, l'antenne devenant ainsi courte et large, au lieu de rester longue et étroite et,
à la limite, on obtient une antenne du type représenté à la figure 1.
L'antenne de la figure 1 comprend deux éléments A
et B, que l'on peut considérer comme le cas extrême des éléments d'une antenne en losange. Les côtés 1, 2 de l'élément A résonnent en quart d'onde à la fréquence de fonctionnement et ils sont rapprochés parallèlement l'un à l'autre, de façon telle que l'angle au sommet qu'ils délimitent soit de zéro degrés. L'élément B, formé des côtés 3, 4, est semblable à l'élément A. La résistance de terminaison de l'antenne en losange est indiquée en 5 et le'feeder d'alimentation en 6.
Le chiffre de mérite pour la direction de radiation
<EMI ID=5.1>
<EMI ID=6.1>
<EMI ID=7.1>
sance en kilowatts, H = hauteur de l'antenne, L = longueur totale
<EMI ID=8.1>
Dans le cas de l'antenne représentée à la figure 1, la quantité ED est égale à 310 millivolts par mètre à 1 En, pour 1 kilowatt d'énergie rayonnée.
La direction de radiation maximum est perpendiculaire aux bras de l'antenne et elle se produit à un angle par rapport à la terre dont la valeur dépend de la hauteur de l'antenne audessus de la terre. ' Une autre méthode d'établissement consiste à considérer l'antenne comme un dipôle dans lequel le courant effectif en un point quelconque de sa longueur est la différence des courants dans les fils adjacents. Cette méthode est justifiée
si l'espacement entre les fils est une fraction très petite d'une longueur d'onde. Si l'on suppose que l'antenne est terminée sur son impédance caractéristique et que l'on néglige l'affaiblissement dans les fils de l'antenne, le courant est de même amplitude en tous points, mais il est sujet à une variation
<EMI ID=9.1>
phase du courant à l'extrémité A du dipôle équivalent, le courant effectif total à une distance x de cette extrémité est:
<EMI ID=10.1>
qui correspond à un courant distribué de façon sinusoïdale sur
<EMI ID=11.1>
La radiation sera donc la même que pour un dipôle
à extrémités ouvertes, alimenté en son milieu, de même longueur et de même hauteur au-dessus du sol, mais parcouru par un courant
<EMI ID=12.1>
dans un fil. La résistance de radiation d'une antenne à dipôle
à extrémités ouvertes, dont chaque bras est long d'un quart de longueur d'onde, est approximativement de 72 ohms. La résistance de radiation de l'antenne à terminaison, de même longueur totale est quadruple, c'est-à-dire de 288 ohms, puisque le courant dans la ligne n'est que la moitié du courant effectif. Pour la direction de radiation maximum, le dipôle à extrémités ouvertes a un chiffre de mérite ED , approximativement égal à 410. Pour l'an-
tenne à terminaison, (figure 1) la même puissance rayonnée implique une perte dans la résistance de terminaison, (en prenant l'impédance d'entrée égale à 600 ohms) c'est-à-dire égale à la résistance de terminaison et la résistance de radiation égale à
288 ohms, le chiffre de mérite de l'antenne complète est donné
<EMI ID=13.1>
kilowatt.
En vertu de ce qui précède, le chiffre de mérite de l'antenne complète est de l'ordre de 300 millivolts par mètre à
<EMI ID=14.1>
ment à celui d'un dipôle de même longueur totale alimenté en son milieu. Comme l'antenne est terminée sur une résistance, son impédance est pratiquement constante sur une bande d'ondes d'au moins 2 à 1. On constate que les antennes en losange à terminaison procurent généralement une bonne adaptation d'impédances sur une bande de longueur d'onde de 3 à 1, ou même plus large.
Le diagramme de radiation d'une antenne telle que celle représentée à la figure 1 n'est pas circulaire dans le plan
<EMI ID=15.1>
l'angle de radiation par rapport à la terre augmente. Dans les communications sur ondes courtes, par exemple avec des longueurs d'ondes comprises entre 15 et 120 mètres et avec une polarisation horizontale, la radiation de l'onde d'espace a seule de l'intérêt et, pour les communications sur des distances atteignant par
<EMI ID=16.1>
rieur à 20 degrés, par rapport au sol et le champ, dans la direction de la radiation minimum, ne sera jamais inférieur de plus
de 11 décibels au champ dans la direction de radiation maximum. Pour un angle de radiation de 30 degrés, correspondant à une antenne disposée à une demi-longueur d'onde au-dessus du sol, le rapport du champ maximum au champ minimum est d'environ 8 db .
Le chiffre de mérite diminue notablement quand la longueur d'onde augmente, la longueur de l'antenne étant maintenue constante. Ceci est une propriété inhérente à toute antenne dont <EMI ID=17.1>
gueur d'onde et qui a une terminaison dmique. C'est, pour ainsi dire, le prix de l'apériodieité.
On a supposé dans ce qui précède que l'impédance caractéristique du conducteur d'antenne est de 600 ohms. Cette valeur est à peu près correcte pour toute antenne monofilaire, mais elle peut être modifiée, dans le cas présent, par suite de la proximité des conducteurs qui forment ensemble\un bras du dipôle équivalent. Elle est également susceptible d'être modifiée par suite des effets de réflection aux coudes à angle droit du conducteur. Il est donc nécessaire de déterminer expérimentalement la valeur réellement la plus convenable de la résistance de terminaison, donnant le degré voulu de constance d'impédance.
Si l'impédance caractéristique de l'antenne est.diminuée jusqu'à, par exemple, 300 ohms, la résistance de terminaison diminue de façon correspondante et le chiffre de mérite augmente approximativement dans le rapport V 2/1 , ou de 3 db. Cette diminution d'impédance et cette amélioration du chiffre de mérite peuvent être obtenus, en utilisant comme conducteur d'antenne, non plus un simple fil, mais une cage d'environ 20 cm de diamètre. Toutefois, ceci suppose l'adaptation sur une ligne de 300 ohms, ladite ligne à son tour étant adaptée à une impédance de sortie d'émetteur de 300 ohms. La réduction de l'impédance de ligne de
600 ohms à 300 ohms peut être produite en passant d'une ligne à deux fils à une ligne ouverte à quatre fils, mais l'adaptation
de l'émetteur peut présenter des difficultés dans certains cas.
La figure 1 représente la résistance de terminaison directement connectée à l'antenne. En pratique, il est d'ordinaire plus commode que la résistance soit dans une enceinte fermée au niveau du sol et reliée par une ligne de transmission d'impédance caractéristique correcte aux points terminaux de l'antenne proprement dite. Il est toutefois préférable, pendant les essais destinés à déterminer la valeur de résistance la plus convenable, de connecter la résistance en essais directement à l'antenne, pour éviter la nécessité d'avoir à changer l'impédance caractéristique de la ligne de transmission, chaque fois que la valeur de la résistance est changée.
On remarquera qu'un système d'antenne du type envisagé peut être polarisé verticalement, auquel cas la radiation
<EMI ID=18.1>
partie la plus basse de l'antenne soit approximativement à 1,20 m, ou plus au-dessus du sol, comme c'est généralement le cas dans
le fonctionnement sur ondes courtes, l'impédance caractéristique des deux bras de l'antenne ne sera pas sérieusement déséquilibrée.
De la sorte, quand la polarisation verticale est nécessaire ou admissible, on peut obtenir une antenne omni-directionnelle à large bande en utilisant l'antenne verticale du type du quasi-dipôle replié avec terminaison, comme représenté à la figure 2.
Sur cette figure, les numéros de référence sont les mêmes que sur la figure 1 pour les mêmes organes. La résistance de terminaison est représentée connectée par une ligne de trans-
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
longueur d'onde maximum de fonctionnement et l'espacement peut être d'environ ^ /100, mais aucune de ces valeurs n'a besoin d'être réalisée avec précision.
Quand la polarisation horizontale est essentielle, on peut obtenir une approximation d'une antenne omni-directionnelle à large bande, en utilisant une antenne en quasi-dipôle replié, avec terminaison et avec les mêmes valeurs de L et s. Pour les communications à courte distance, la hauteur au-dessus du sol du dipôle peut être à peu près égale à L, alors que, pour
<EMI ID=21.1> <EMI ID=22.1>
longueur d'onde maximum, si possible, et le dipôle doit être placé de manière à ce que ses bras soient perpendiculaires à
la direction la plus importante.
Bien que l'antenne conforme à certaines caractéristiques de l'invention n'ait été décrite ci-dessus qu'à propos de l'émission, elle fonctionne tout aussi bien pour la réception.
Le même type d'antenne peut également être utilisé comme réflecteur apériodique, à condition que l'extrémité normalement consacrée à l'alimentation soit fermée sur une seconde résistance de 600 ohms. Toutefois, l'efficacité d'un tel réflecteur sera toujours moindre que celle du dipôle de longueur optimum, à cause des pertes dans les résistances de 600 ohms et, dans tous les cas, le pouvoir réfléchissant est fonction de l'espace entre radiateur et réflecteur. Pour les meilleurs résultats,
cet espace doit varier avec la longueur d'onde, o'est-à-dire
que l'ensemble radiateur-réflecteur n'est pas vraiment apériodique.
L'antenne conforme à certaines caractéristiques de l'invention peut également être utilisée en combinaison avec un réflecteur constitué par un miroir parabolique. L'ensemble est alors apériodique sur une gamme de fréquences convenable.
<EMI ID=23.1>
ptthèse ordinaire que la réaction de la radiation ne modifie
pas de façon profonde la distribution du courant, par rapport à celle obtenue sur une ligne non radiatrioe. On a fait une autre approximation, plus importante, en ce que l'on a supposé que l'impédance des conducteurs d'antenne était constante sur toute leur longueur, bien qu'ils ne soient plus tendus à l'espace libre, mais repliés sur eux-mêmes, de sorte qu'il doit y avoir un couplage modificateur très appréciable entre les deux demilongueurs d'onde qui constituent un bras du dipôle. On est quelque peu justifié à négliger cette inductance mutuelle, car elle ne parait pas modifier considérablement le fonctionnement du dipôle replié ordinaire, mais elle doit certainement être prise en compte dans toute analyse s'appliquant au détail du fonctionnement.