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.
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.
203~621 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
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 VERY WIDE BAND AND LOW RATE ELECTRIC RADIO ANTENNA
STATIONARY WAVE
The invention relates to a radio antenna a very wide band and low standing wave rate.
More particularly but not exclusively the invention relates to an antenna having, on the one hand, a low rate standing wave especially in the high range frequencies i.e. mainly between 3 and 30 megahertz and on the other hand a good yield on the aforementioned strip.
We will return later to these characteristics of the rate standing wave and efficiency but it is specified that they essentially characterize the ability of an antenna to dispersing effective, - in electromagnetic energy the energy applied to it.
The antenna of the invention is particularly intended for mobile communication services that use high frequencies as communication frequencies.
In this area of radio transmissions, it is necessary to have antennas which are, on the one hand, light 20 and easy to implement, that is to say essentially of small footprint and, secondly, radio electrically efficient, that is to say whose standing wave rate is as f ~ ible as possible considering a high yield.
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- Currently, we know how to make strong antennas efficiency and whose 1st standing wave rate is low but this only in a very narrow frequency band.
To be able to cover a wide frequency band, it is 5 known to split the strip into successive areas and use an antenna specific to each domain according to the frequency of communication.
Also, it is known to use only one antenna but read it and / or electronically re-tune it 10 so that it presents radioelectric characteristics acceptable at the chosen communication frequency.
These manipulations of changing antennas and / or reassembly can of course be automated.
However, they are found to be incompatible with 15 new communication technique which tends to develop and consists in using transmitter devices and receptor which, in synchronism change rapidly and frequently their operating frequency.
We understand the interest of this technique for 20 confidential communications.
However, the width of the frequency band in which operate these communication devices is implicitly limited to that in which the antenna can be used without drawbacks.
However, we recently managed to extend the width of the useful band of an antenna, particularly in the field very high frequencies, for example between 30 and 90 megahertz.
~ in particular, one of the solutions adopted is described in 30 the patent US-A-4,302,760 and essentially resides in the construction of the antenna.
Precisely, the antenna includes a plurality of elements linear conductors, of different chosen lengths and which, on the one hand, are arranged parallel to the head of a support 35 slender by being electrically isolated from each other and, on the other hand, have one of their ends electrically connected to a common line.
According to the holders of the aforementioned patent, an antenna of this type has given excellent results in a range of frequencies between 30 and 88 megahertz.
Unfortunately, this solution could not be used with 5 successes in the field of high frequency communications that is to say below 30 megahertz.
In fact, in known manner, the length of an antenna monopoly i.e. an antenna made up of an element the linear conductor generally corresponds to a quarter of the 10 wavelength at its lowest frequency of use of the antenna.
Precisely to cover a band of frequencies located above 3 megahertz, one of the linear elements of the antenna according to the above solution should have a length 15 of 18.2 meters which is completely incompatible with use that we have considered for the antenna object of the present application.
Another solution in the high frequency domain was adopted by the technicians; it is described in the Patent FR-A-2,597,266.
It leads to reducing the ratio of amplitudes of tensions essentially for the lowest frequencies in the band of frequencies to be covered and this by interposing means electrically resistant between the antenna and the line of transmission to which it is connected.
However, this solution only gives good results.
for a fairly small frequency band, that is to say especially when the ratio between the highest frequency and the lowest frequency in the band is three.
Besides, if we tried to apply this solution 30 unique to a very wide band antenna for example a band whose ratio between the highest frequency and the frequency the lowest is 10, we could get a low ratio voltage amplitudes but the antenna efficiency would be also very weak.
A result that the invention aims to obtain is an antenna very broad band which presents a good yield as well as a low standing wave rate while being in use compatible with a mobile communication device.
203 ~ 621 The present invention relates to a radio antenna comprising several substantially linear conductive elements of electricity, which antenna is connected by a line of transmission to a communication device, said several substantially linear elements comprising at least two elements linear which, in combination, are substantially of the same length and form an angle with a median axis of the antenna predetermined having a vertex, when the angle differs from zero degree, which is a point close to the extremities of the bases elements, said base ends being electrically connected to the transmission line, each of said elements comprising:
- at least one electrically resistant means interposed between two predetermined fractions of the element in question, and - at least one electrically inductive means interposed substantially between the base end of the element in question and the transmission line, said inductive means having chosen inductance values which are different from one of said linear elements to another of said linear elements.
The invention will be better understood using the description below made by way of nonlimiting example with regard to attached drawing which shows diagrammatically:
- Figure 1: a simplified electrical diagram of the antenna, - Figure 2: the graph of the evolution of the wave rate stationary as a function of frequency, - Figure 3: perspective view, an antenna according the invention in a preferred embodiment.
Referring to the drawing, we see an antenna 1 connected by an electric transmission line 2 to a device 3 of radio communication such as a transmitter and! or a receiver.
As it appears ~ t antenna 1 conventionally includes several linear elements 4 conductors of electricity and these elements 4 are each electrically connected to the line of AT
4a transmission 2 by one 40 of their ends 40, 41, which end is hereinafter called "base".
As it appears in figure 2, the antenna is studied to present a low standing wave rate and in particular 5 a standing wave rate less than or equal to five in a very low frequency band which extends from 3 to 30 megahertz.
~ 5 ~ 3 ~~
, - It is specified that the standing wave rate character ~ e ~ makes the propensity of antennas to reflect across the line of transmission of the electrical energy applied to them via this line by a transmitter device.
S The antenna of the invention also has a yield which changes significantly from 10% 3 to the lowest frequency 3 25%
3 the highest frequency.
It is also specified that the performance of an antenna characterizes its ability 3 to disperse in energy 10 electromagnetic effective the electrical energy it has accepted by the transmitter taking into account its wave rate stationary.
According to the invention, the antenna 1 is particular in that it comprises at least two linear elements 4 which, 15 in combination, on the one hand, are substantially the same length L
and form with the median axis 42 of the antenna an angle predetermined A whose vertex is, when the angle A differs from zero degree, a point P close to those called bases 40 of their ends 40, 41, namely those which are electrically 20 connected 3 the transmission line 2, and on the other hand, each include:
- at least one electrically resistant means 5 interposed between two predetermined fractions of each element and, - at least one means 6 electrically inductive as for him 25 interposed substantially between the base 40 of each element 4 and the transmission line 2, these ~ inductive means 6 having chosen values Ll, L2, L3 of inductance which are different from one linear element 3 to another.
According to the invention, the angle A is between zero and 30 thirty degrees included.
According to the invention, the resistant means 5 have a linear element 3 another all substantially the same value Chosen.
In a preferred embodiment, each element 35 linear includes a resistant means 5 and this is located substantially one third of the length of the element measured 3 from its end 40 called base which is associated with the line
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, ` 7 20~621 - 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. 2.
. - 6 2033621 ~ In an alternative embodiment, each linear element includes two resistant means 5 and these means are substantially located one to two thirds, the other one third of the length of the element ~ measure from its extremity called base 5 40.
In a second embodiment, each element linear includes a resistant means 5 and this is located at substantially two thirds of the length of the element measures a from its extremity 40 called base which is associated with the line 10 2.
In accordance with the invention, in an advantageous form of realization, the antenna includes three linear elements diverging in radially oriented planes around the median axis 42 of the antenna and shifts between them of approximately 120 15 degrees.
Preferably, each linear element forms an angle A
about 18 with the median axis 42 of the antenna.
The median axis of the antenna will advantageously be oriented vertically and the antenna will be oriented so 20 that its elements diverge towards the sky.
According to the inventor, it is essentially in the last configuration which has just been described as the antenna achieves the desired results.
Precisely respecting the values indicated below, 25 We managed to build an antenna which, consisting of three linear elements each only of a length of approximately seven thousand nine hundred millimeters presents a useful band of frequency ranging from 3 megahertz to 30 megahertz with a efficiency which changes from 10% at the lowest frequency to 25%
30 at the highest frequency and an amplitude ratio of voltage less than five on this frequency band.
The above-mentioned antenna therefore comprises three linear elements arranged as above and each comprising a resistance 5 with an R value of 100 ohms located substantially at 35 thirds of its length measured from its end called base 40 and on the other hand connecting their so-called base end to the line of transmission:
- a first an inductance 6 with a L1 value of 0.1 microhenry, `7 20 ~ 621 - a second inductor 6 with an L2 value of 7.5 microhenry, - a third inductor 6 with an L3 value of 22 microhenry.
As shown, each inductive means 5 is at least in the immediate vicinity of the base 40 of an element linear 4.
- For example, the inductive means can be constituted by a winding of conductive wire directly made on the support 10 of the linear element (which support has not been represented more than winding).
In the nonlimiting example of making the antenna which has just been mentioned, we note the short length of the linear elements (less than eight meters) compared to the 15 length of those of a conventional antenna of the type cited in the preamble (at least eighteen meters) for the same value of the low frequency.