CA2550213A1

CA2550213A1 - Polar skew antenna device

Info

Publication number: CA2550213A1
Application number: CA 2550213
Authority: CA
Inventors: Pierre-Luc Sigaut
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-12-15

Abstract

Dispositif qui permet de modifier la polarisation de l'onde émise sur l'arrière d'un groupement d'antennes, de façon à ce que celle-ci devienne perpendiculaire ou opposée à celle émise vers l'avant. Le dispositif comporte au moins deux antennes, orientées de 45 degrés par rapport à la verticale et de 90 degrés entre elles, dont l'une est décalée horizontalement d'un quart de longueur d'onde. Le dispositif comporte en outre un répartiteur d'amplitudes et un déphaseur.Device which allows the polarization of the wave emitted on the back of a group of antennas to be modified, so that it becomes perpendicular or opposite to that emitted towards the front. The device comprises at least two antennas, oriented 45 degrees relative to the vertical and 90 degrees between them, one of which is horizontally offset by a quarter wavelength. The device further comprises an amplitude distributor and a phase shifter.

Description

DESCRIPTION
L'invention concerne un procédé et un dispositif permettant de choisir le type de polarisation dans la direction qui nous intéresse, et est destinée plus particulièrement à la radiodiffusion de type isofréquence, lequel système de radiodiffusion est caractérisé par des relais ou stations d'émission le long d'un trajet et calés sur la même fréquence.
En général, le but est d'assurer le maximum de réception aux mobiles sur le trajet, et comme l'ensemble des antennes fouets de réception se situent dans le plan vertical, les antennes de chaque relais sont aussi dans ce plan. Or, selon ce système de relais en isofréquence, il se crée une zone dîte d'interférences entre chaque relais, située sur l'arrière du relais par exemple (n). Les ondes émises par le relais (n-1) et les ondes émises par le relais (n), se trouvent en quasi-égalité
d'amplitude dans cette zone. Les ondes n'ayant pas les mêmes phases, il se crée des creux de modulation néfastes pour les auditeurs parcourant cette zone.
La présente invention a pour but de réduire considérablement ces effets, par un dispositif d'antennes et de réglages permettant de changer la polarisation des ondes émises sur l'arrière par le relais (n) et de garder la polarisation utile dans l'axe de propagation de ladîte station-relais.
De cette manière, le signal émis sur l'arrière du relais (n), qui est considéré comme non désiré, présente une polarisation opposée ou perpendiculaire à celle des antennes de réception des mobiles.
Selon cette demande, on utilise pour un relais, des groupements d'antennes élémentaires, qui sont orientés chacun par rapport à la verticale d'un angle de 45 degrés et qui forment entre elles un angle de 90 degrés.
D'autre part, un groupement d'antennes est décalé
physiquement d'un quart de période, par rapport à
l'autre, et alimenté de telle sorte que les ondes émises vers l'avant s'ajoutent tout en formant la polarisation désirée, et se conjuguent sur l'arrière du relais de ,. _,.. .,. .. _ DESCRIPTION
The invention relates to a method and a device to choose the type of polarization in the direction that interests us, and is intended more particularly to type broadcasting isofrequency, which broadcasting system is characterized by relays or transmitting stations along of a trip and stalled on the same frequency.
In general, the goal is to ensure maximum reception to the mobiles on the way, and like all antennas whips are located in the plane vertical, the antennas of each relay are also in this plan. However, according to this isofrequency relay system, it creates a zone of interference between each relay, located on the back of the relay for example (not). The waves emitted by the relay (n-1) and the waves emitted by the relay (n), are almost equal amplitude in this area. The waves not having the same phases, modulation hollows are created harmful to the listeners in this area.
The present invention aims to reduce considerably these effects, by an antenna device and settings to change the polarization of waves emitted on the back by the relay (n) and to keep the useful polarization in the axis of propagation of the lodge relay station.
In this way, the signal transmitted on the back of the relay (n), which is considered to be undesired, presents a polarization opposite or perpendicular to that of mobile receiving antennas.
According to this request, a relay is used for groupings of elementary antennas, which are oriented each in relation to the vertical of a 45 degree angle and which form an angle of 90 degrees between them.
On the other hand, a group of antennas is shifted physically a quarter period, compared to the other, and powered so that the waves emitted forward add up while forming polarization desired, and combine on the back of the relay of ,. _, ...,. .. _

2 manière à former une onde résultante, non désirée, avec une polarisation opposée ou perpendiculaire.
L'invention sera mieux comprise grâce aux figures suivantes La figure 1 représente deux stations d'émission et la zone d'interférences.
La figure 2 montre schématiquement le montage des antennes d'émission.
La figure 3 montre le dispositif de réglage des puissances vers les antennes.
La figure 4 représente les deux stations-relais après réglage et la zone d'interférences.
La figure 5 indique l,amélioration apportée à la zone d' interférences .
La figure 6 représente les vecteurs champ des deux antennes et leurs composantes.

Dans l'exemple pris, on considère deux stations-relais calées sur la même fréquence, et émettant dans la même direction, de manière à pouvoir considérer une zone d'interférences sur l'arrière du relais (n).
On voit bien sur la figure 1 ce qui se passe dans la zone d'interférences et que les ondes peuvent s'additionner jusqu'à obtenir 2V ou bien se soustraire totalement.
Tous ces signaux présentent une polarisation rectiligne et dans le plan vertical.
L'invention propose d'orienter les antennes du relais (n) selon la figure 2, sur laquelle on voit bien qu'il y a un angle de 90 degrés entre elles. Cette différence d'angle est importante ainsi que le décalage physique de l'une d'elle par rapport à l'autre d'un quart de période.
Grâce à cette disposition des antennes, et en alimentant correctement en phase celles-ci, selon un réglage établi par les éléments 1 et 2 de la figure 2, le système permet d'obtenir le but recherché. De plus, comme il existe des différences d'amplitude du fait de l'écart de hauteur des aériens et de la configuration du sol, le dispositif permet d'ajuster correctement les deux niveaux émis par les deux antennes sur l'arrière à partir de l'élément 3 de la figure 2. 2 to form a resultant wave, unwanted, with an opposite or perpendicular polarization.
The invention will be better understood thanks to the figures following Figure 1 shows two transmitting stations and the interference zone.
Figure 2 shows schematically the assembly of transmit antennas.
Figure 3 shows the adjustment device of powers to the antennas.
Figure 4 shows the two relay stations after setting and the interference zone.
Figure 5 shows the improvement to the area interference.
Figure 6 shows the field vectors of the two antennas and their components.

In the example taken, we consider two relay stations stalled on the same frequency, and emitting in the same direction, so that an area can be considered interference on the back of the relay (n).
We can clearly see in Figure 1 what is happening in the area interference and that the waves can add up until you get 2V or completely evade.
All these signals have a rectilinear polarization and in the vertical plane.
The invention proposes to orient the antennas of the relay (n) according to Figure 2, which clearly shows that there is a angle of 90 degrees between them. This angle difference is important as well as the physical shift of one from her compared to the other by a quarter of a period.
Thanks to this arrangement of the antennas, and by feeding correctly in phase, according to an established by elements 1 and 2 of Figure 2, the system allows to achieve the desired goal. Moreover, since there are differences in amplitude due to the difference in height between aerial and soil configuration, the device allows to correctly adjust the two levels emitted by the two antennas on the back from element 3 of Figure 2.

3 Le but de l'invention est de rendre maximum par exemple, la valeur de l'onde résultante, sur l'arrière du relais (n), dans la polarisation perpendiculaire à celle émise vers l'avant.
Ce but est atteint, en ce que on détermine par une mesure de champ dans la zone présumée d'interférences les rayonnements des antennes sur l'arrière du relais (n).
Puis, on ajuste les amplitudes de chaque antenne grâce au dispositif 3 de la figure 2.
Le dispositif de réglage d'amplitude est caractérisé par le fait qu'il est constitué de deux coupleurs directifs associés ensemble selon la figure 3, sur un support 2.
L'entrée du dispositif 1 est connectée à la sortie de l'émetteur. Les deux coupleurs 6 et 7 sont reliés entre eux par deux câbles HF, dont l'un comporte une ligne ajustable 3, laquelle permet la variation de puissance entre les sorties 4 et 5 reliées aux antennes.
Le dispositif permet de régler les ondes vers l'avant des antennes de manière à ce qu'elles s'additionnent.
Les composantes verticales s'additionnent car elles sont en phase, alors que les composantes horizontales se soustraient car elles en opposition de phase.
Comme on peut le comprendre, il se passe le résultat inverse sur l'arrière du relais, c'est à dire que les composantes verticales s'annulent, alors que les composantes horizontales s'ajoutent.

Sur la figure 4, on peut voir le résultat d'un tel réglage et les effets dans la zone d'interférences. Il est représenté le sens de la polarisation rectiligne de chaque station-relais par des flèches.
Les deux ondes des deux relais sont représentées avec leurs composantes respectives, qui tournent en sens inverse pour indiquer les variations d'amplitude qu'elles subissent en fonction du temps. On comprend facilement que les deux ondes ne s'annulent plus selon le même axe et que les effets d'annulation de porteuse disparaissent.
Une particularité de l'invention est qu'elle permet aussi de réduire la longueur de cette zone d'interférences. En effet, il existe dans le cas d'antennes fouets de réception, ce que l'on appelle un rapport de protection entre deux signaux émis en polarisation perpendiculaire. 3 The object of the invention is to make maximum, for example, the value of the resulting wave, on the back of the relay (n), in the polarization perpendicular to that emitted forward.
This goal is achieved in that it is determined by a field measurement in the presumed area of interference the antenna radiation on the back of the relay (n).
Then, we adjust the amplitudes of each antenna thanks to Device 3 of Figure 2.
The amplitude adjustment device is characterized by the fact that it consists of two directional couplers associated together according to Figure 3, on a support 2.
The input of device 1 is connected to the output of the transmitter. The two couplers 6 and 7 are connected between them by two HF cables, one of which has a line adjustable 3, which allows the variation of power between the outputs 4 and 5 connected to the antennas.
The device makes it possible to adjust the waves towards the front antennas so that they add up.
The vertical components add up because they are in phase, while the horizontal components are subtract because they in opposition of phase.
As can be understood, the result is reverse on the back of the relay, ie vertical components cancel each other out, while horizontal components are added.

In Figure 4, we can see the result of such setting and effects in the interference zone. he is represented the direction of the rectilinear polarization of each relay station by arrows.
The two waves of the two relays are represented with their respective components, which make sense inverse to indicate the amplitude variations they undergone as a function of time. We understand easily that the two waves no longer cancel each other along the same axis and that the carrier canceling effects disappear.
A particularity of the invention is that it also allows to reduce the length of this interference zone. In Indeed, it exists in the case of whip antennas of reception, what is called a protection report between two signals transmitted in perpendicular polarization.

4 Ce rapport est de l'ordre de 10 dB, pour les antennes fouet des mobiles. Si l'on considère grâce à la présente invention que l'onde résultante sur l'arrière de la station (n) est horizontale, alors le niveau reçu par une antenne fouet verticale, sera de 10dB inférieur, comme indiqué sur la figure 5. En effet, on observe bien que le niveau 3 est bien inférieur au niveau 4, et que la zone d'interférences 1 se trouve décalée vers la station et diminue pour devenir la zone 2.
De cette manière, la zone d'interférences se trouve réduite en longueur, puisque le point de raccordement se rapproche de la station (n).
Une autre particularité de l'invention, est qu'elle permet de modifier la polarisation de l'onde émise vers l'avant : comme on peut le remarquer sur la figure 6, la combinaison des champs dans une direction choisie s'établit en fonction du réglage du dispositif , et la polarisation peut prendre plusieurs formes: rectiligne vertical, rectiligne horizontal, circulaire ou elliptique.
Les deux champs reçus en un point donné, s'apparentent à
l'addition de deux vecteurs champs, qui chacun se décompose en deux autres vecteurs tournants en sens inverse comme indiqué sur la figure 6.
Si l'on représente la situation dans le plan vertical et vu dans l'axe de propagation, on peut représenter le vecteur champ 1 d'une antenne par rapport aux axes vertical y et horizontal x. L'antenne 1 se positionne sur l'axe 2 de fait de sa position spatiale, l'axe 3 concerne l'autre antenne. En fonction du temps, ce vecteur champ 1 se traduit par la somme de deux vecteurs tournants en sens inverse, une période correspondant à une révolution complète.
Lorsque les deux antennes sont excitées, on obtient donc quatre vecteurs tournants.
Un déphasage sur l'un des deux vecteurs principaux provoque la modification de l'angle de polarisation et le type de polarisation.
Dans certain cas, il est souhaitable d'avoir en émission une polarisation circulaire dans la direction utile, puisqu'elle présente un meilleur résultat aux accidents de diffraction et de réflexions. L'énergie ainsi rayonnée est toujours répartie selon les deux axes, ce qui est un atout dans certaines zones de propagation difficile.
Bien sûr, ce procédé et dispositif peuvent s'appliquer à 4 This ratio is of the order of 10 dB, for antennas whip of mobiles. If we consider through this invention that the resulting wave on the back of the station (n) is horizontal, then the level received by a vertical whip antenna, will be 10dB lower, like indicated in Figure 5. In fact, we observe that the level 3 is well below level 4, and that the area interference 1 is shifted to the station and decreases to become zone 2.
In this way, the interference zone is scaled down in length, since the connection point is closer to the station (n).
Another peculiarity of the invention is that it allows to change the polarization of the wave emitted towards the front: as can be seen in Figure 6, the combination of fields in a chosen direction is established according to the setting of the device, and the Polarization can take many forms: straight vertical, rectilinear horizontal, circular or elliptical.
The two fields received at a given point are similar to the addition of two vector fields, each of which breaks down into two other rotating vectors reverse as shown in Figure 6.
If we represent the situation in the vertical plane and seen in the axis of propagation, we can represent the vector field 1 of an antenna with respect to the axes vertical y and horizontal x. Antenna 1 is positioned on the axis 2 in fact of its spatial position, axis 3 concerns the other antenna. As a function of time, this vector field 1 results in the sum of two rotating vectors in opposite direction, a period corresponding to a revolution complete.
When both antennas are excited, we get four rotating vectors.
A phase shift on one of the two main vectors causes the polarization angle to change and the type of polarization.
In some cases, it is desirable to have a circular polarization in the useful direction, since it presents a better result to accidents diffraction and reflections. The energy thus radiated is always distributed along both axes, which is a advantage in some areas of difficult propagation.
Of course, this method and device can be applied to

5 un ensemble d'antennes plus important que dans l'exemple pris, notamment avec d'autres antennes en parallèle, le nombre d'éléments n'étant pas limité. 5 a larger set of antennas than in the example taken, in particular with other antennas in parallel, the number of elements not being limited.

Claims

1 Broadcasting method of modifying the polarization of the wave on the back of a station transmission and / or reception, characterized in that the wave becomes perpendicular or opposite to the polarization transmitted and / or received on the front, and characterized in that the polarizations are synthesize from the different components horizontal and vertical emitted and / or received, substantially equal amplitudes.

The process according to claim 1 which comprises improve the interference zone generated by two stations (n-1) and (n), transmitting approximately in the same direction and stalled on the same frequency, characterized in that the polarization emitted on the back by the station (n) is perpendicular or opposite to that emitted by the station (n-1) and also to all antennas reception of mobiles moving in this area.

3 Radiation device of an emission radio frequency, allowing the implementation of the method according to the preceding claims and characterized by having an air system of antennas consisting of at least one pair of antennas elementary staggered vertically from a certain height and horizontally a quarter period, and characterized in that it further comprises a variable power distributor allowing to adjust the amplitude of the fields received from each of the elementary antennas and a correction device phase on each of the elementary antennas, way to get a field resulting in a zone determined at the back of the antenna group and whose the polarization is opposite or perpendicular to the one emitted forward.

4 Broadcasting device according to the claim

4, characterized in that the transmitting antennas and / or reception make an angle of 45 degrees ratio to the vertical, and a 90-degree angle between them.

Device according to claim 3, characterized in what the power splitter is made of two directional couplers, and an adjustable line to allow adjustment of the amplitudes of each transmission antenna.

Device according to claim 3, characterized in that what the setting of the phases of the antennas is done by an adjustable line.

7 Use of the process according to claim 1 or 2, to a chain of transmitters or radio repeaters in isofrequency along a geographic corridor.