Dispositif d'antennes
La présente invention a pour objet un dispositif d'antennes et a pour but d'obtenir un tel dispositif présentant une directivité susceptible de tourner et qui, lorsqu'il est employé pour la transmission, peut être utilisé dans un radiophare et, lorsqu'il est employé pour la réception, peut être utilisé dans un radiochercheur directionnel.
On rencontre pratiquement des difficultés considérables pour obtenir des radiophares et des radiochercheurs directionnels utilisables pour les hautes fréquences et les ultra-hautes fréquences. On utilise ordinairement un expédient consistant à employer, par exemple, deux antennes perpendiculaires l'une à l'autre connectées au stator d'un radiogoniomètre dont le rotor est connecté à un émetteur ou à un récepteur, selon le cas. Un tel système devient pratiquement toujours plus imparfait quand les fréquences augmentent et on atteint rapidement un point où ce type d'antennes ne peut plus donner satisfaction. On a fréquemment recours alors à une antenne à directivité susceptible de tourner présentant un diagramme en forme de lemniscate.
Un exemple connu d'un tel système est donné par un dipôle susceptible de tourner horizontalement, monté dans un guide d'ondes de section circulaire, appelé aussi tour, présentant un anneau de fentes longitudinales, parallèles les unes aux autres et uniformément distribuées autour du guide d'ondes. Bien que les dispositifs connus de ce type soient électriquement satisfaisants s'ils sont fabriqués et installés de manière précise, ils présentent des inconvénients mécaniques évidents inhérents à la rotation de l'antenne intérieure. Ces dispositifs sont, en général, coûteux et difficiles à fabriquer, à installer et à entretenir.
L'invention vise, d'une part, à obtenir un tel dispositif qui soit susceptible d'être utilisé aux hautes fréquences et, d'autre part, à diminuer les difficultés mécaniques dues à la rotation.
Le dispositif d'antennes faisant l'objet de la présente invention, qui est à directivité susceptible de tourner, est caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, au moins une série d'antennes principales similaires, disposées à intervalles égaux autour d'un axe central et agencées par paires d'antennes opposées l'une à l'autre, les antennes de chaque paire étant connectées ensemble par un conducteur formant une partie de spire, tous ces conducteurs se raccordant sur ledit axe et, d'autre part, un petit cadre rotatif situé sur ledit axe et susceptible de tourner autour de ce dernier, ce cadre étant disposé dans une cage formée par les parties de spires desdits conducteurs et couplé à ladite cage.
Le dessin représente, schématiquement et à titre d'exemple, trois formes d'exécution du dispositif d'antennes selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est un schéma partiel de cette forme d'exécution.
Les fig. 3 et 4 sont des schémas de la seconde et de la troisième forme d'exécution, respectivement.
Dans la première forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2, il y a seize antennes principales constituées par de simples fils métalliques horizontaux disposés en rayon autour d'un point central et uni formément répartis sur un cercle. Ces antennes forment des paires d'antennes colinéaires la, lb à 8a, 8b et s'arrêtent à quelques centimètres du point central.
Les antennes ne sont pas dessinées en entier à la fig. 1, pour permettre la représentation à une grande échelle de la partie centrale. Une seule paire d'antennes la, lb est représentée à la fig. 2. Les antennes de chaque paire sont connectées ensemble à travers l'axe du système par un conducteur plié de manière à former un profil rectangulaire vertical à trois côtés constituant une partie de spire. Ces parties de spires, qui assurent la connexion entre les antennes de chaque paire, sont constituées par une structure cylindrique présentant un disque 9 à son sommet et dont la surface cylindrique est fendue par plusieurs traits de scie 20 parallèles à l'axe du cylindre et qui divisent la surface cylindrique en autant de parties qu'il y a d'antennes principales. Les traits de scie peuvent se prolonger radialement dans le disque 9 mais, évidemment, ne doivent pas se rencontrer.
Chaque antenne principale est connectée à son extrémité interne à l'une des parties cylindriques ainsi formées, de sorte que deux antennes diamétralement opposées formant une paire constituent avec le disque 9 un circuit représenté schématiquement à la fig. 2. Le fond du cylindre est ouvert et le cylindre reçoit un cadre de couplage 11 de forme rectangulaire et dimensionné de manière à se loger dans le cylindre.
Ce cadre est monté pour tourner dans le cylindre autour de l'axe de ce dernier. La longueur électrique totale de chaque paire d'antennes radiales telles que la et lb (comprenant la demi-spire qui les relie) correspond pratiquement à une demi-longueur d'onde.
Quand le cadre 11 tourne dans la cage, on obtient un diagramme polaire tournant en forme de lemniscate. En effet, le couplage principal du cadre est, pour ainsi dire, doucement transféré tour à tour de chaque paire d'antennes principales à la paire suivante, et en utilisant un nombre suffisant de paires d'antennes on obtient d'excellents résultats se rapprochant étroitement d'un diagramme polaire en forme de lemniscate tournant sans à-coups et progressivement.
En pratique, le cadre rotatif est un dispositif très petit, de sorte qu'il peut tourner à grande vitesse sans difficultés mécaniques. Ce cadre peut, par exemple, présenter une aire circonscrite de 30 cm2 seulement, correspondant à un carré d'environ 5,5 cm de côté.
Un tel cadre convient parfaitement pour un transfert d'énergie efficace à des fréquences de l'ordre de 100 Mc/sec.
Le système n'est pas limité à un nombre particulier de paires d'antennes principales, mais de bons résultats exigent en général au moins quatre paires d'antennes principales et les résultats sont ordinairement d'autant meilleurs que le nombre d'antennes principales (pratiquement sans limite) est plus élevé.
Le système d'antennes représenté à la fig. 1 n'est pas exempt d'une erreur zénithale et, en conséquence, quand une telle erreur n'est pas permise, il doit être monté centralement dans un écran polarisant vertical ou dans un guide d'ondes fendu.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 3, chaque paire d'antennes principales est constituée par des côtés verticaux 12 et 13 d'un cadre dont le périmètre total est égal à une longueur d'onde et comprenant un côté supérieur horizontal 14 reliant les extrémités supérieures des côtés 12 et 13, et un côté inférieur horizontal 15 connectant les extrémités inférieures desdits côtés et plié pour former une partie de spire rectangulaire 9, 10 comme dans la première forme d'exécution représentée. Il est entendu que la fig. 3 ne représente qu'un des cadres utilisés et qu'il existe plusieurs cadres identiques présentant un axe commun et faisant entre eux des angles égaux.
Les parties de spires peuvent être constituées par un cylindre vertical fendu, comme dans la première forme d'exécution. Les flèches de la fig. 3 indiquent les sens du courant permanent.
Cette forme d'exécution n'est pas exempte non plus d'une erreur zénithale, celle-ci augmentant avec la distance séparant les côtés 12 et 13 et, en conséquence, elle doit être utilisée avec un écran polarisant ou un guide d'ondes fendu quand une telle erreur est inacceptable.
La troisième forme d'exécution, qui est représentée à la fig. 4, comprend des antennes principales constituées par des dipôles verticaux 16a, 167'eut 17, 1772. Les extrémités correspondantes des moitiés de dipôles 16a, 1 7a sont connectées par un conducteur central 15, plié pour former une partie de spire 10, 9, 10, tandis que les extrémités intérieures des moitiés de dipôles 1 6b et 1 7b sont connectées de la même manière. Les deux parties de spire sont dirigées en sens opposés de manière à circonscrire ensemble un espace rectangulaire dans lequel peut tourner le cadre 11.
Les séries supérieure et inférieure des parties de spire peuvent, comme précédemment, être constituées chacune par un cylindre fendu similaire, les deux cylindres fendus étant colinéaires et les extrémités ouvertes étant en regard l'une de l'autre.
Les dipoles n'ont pas été représentés en entier à la fig. 4 et les flèches indiquent les sens du courant permanent. La fig. 4 ne montre qu'une seule paire de dipôles, mais il est évident que le système comprend plusieurs paires de dipôles disposées chacune dans son propre plan vertical, les plans se coupant sur l'axe en faisant entre eux des angles égaux. Un écran 18 est monté à proximité des parties de spires formant cage et des conducteurs horizontaux, de sorte que le système représenté permet d'obtenir un diagramme tournant en forme de lemniscate et polarisé verticalement.
Les dispositifs d'antennes représentés peuvent servir pour la transmission et pour la réception.
Antenna device
The object of the present invention is an antenna device and its aim is to obtain such a device having a directivity capable of rotating and which, when it is used for transmission, can be used in a radiobeacon and, when it is used for transmission. is used for reception, can be used in a directional radio searcher.
In practice, considerable difficulties are encountered in obtaining radiobeacons and directional radio researchers usable for high frequencies and ultra-high frequencies. Usually an expedient of employing, for example, two antennas perpendicular to each other connected to the stator of a direction finder, the rotor of which is connected to a transmitter or a receiver, as the case may be. Such a system practically always becomes more imperfect when the frequencies increase and a point is quickly reached where this type of antenna can no longer be satisfactory. Frequent use is then made of a directivity antenna capable of rotating having a diagram in the form of a lemniscate.
A known example of such a system is given by a dipole capable of rotating horizontally, mounted in a waveguide of circular section, also called a tower, having a ring of longitudinal slots, parallel to each other and uniformly distributed around the waveguide. Although the known devices of this type are electrically satisfactory if they are manufactured and installed in a precise manner, they have obvious mechanical drawbacks inherent in the rotation of the indoor antenna. These devices are, in general, expensive and difficult to manufacture, install and maintain.
The invention aims, on the one hand, to obtain such a device which is capable of being used at high frequencies and, on the other hand, to reduce the mechanical difficulties due to rotation.
The antenna device forming the subject of the present invention, which has directivity capable of rotating, is characterized in that it comprises, on the one hand, at least one series of similar main antennas, arranged at equal intervals. around a central axis and arranged in pairs of antennas opposite to each other, the antennas of each pair being connected together by a conductor forming a part of a turn, all of these conductors being connected to said axis and, d 'on the other hand, a small rotating frame located on said axis and capable of rotating around the latter, this frame being arranged in a cage formed by the parts of turns of said conductors and coupled to said cage.
The drawing represents, schematically and by way of example, three embodiments of the antenna device according to the invention.
Fig. 1 is a perspective view of the first embodiment.
Fig. 2 is a partial diagram of this embodiment.
Figs. 3 and 4 are diagrams of the second and the third embodiment, respectively.
In the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, there are sixteen main antennas made up of simple horizontal metal wires arranged in a radius around a central point and uniformly distributed in a circle. These antennas form pairs of collinear antennas 1a, 1b to 8a, 8b and stop a few centimeters from the central point.
The antennas are not fully drawn in fig. 1, to allow the representation on a large scale of the central part. A single pair of antennas 1a, 1b is shown in FIG. 2. The antennas of each pair are connected together through the axis of the system by a conductor bent so as to form a vertical rectangular profile with three sides constituting a coil part. These parts of turns, which ensure the connection between the antennas of each pair, are constituted by a cylindrical structure having a disc 9 at its top and the cylindrical surface of which is split by several saw cuts 20 parallel to the axis of the cylinder and which divide the cylindrical surface into as many parts as there are main antennas. The saw cuts can extend radially into the disc 9 but, of course, must not meet.
Each main antenna is connected at its internal end to one of the cylindrical parts thus formed, so that two diametrically opposed antennas forming a pair constitute with the disc 9 a circuit shown schematically in FIG. 2. The bottom of the cylinder is open and the cylinder receives a coupling frame 11 of rectangular shape and dimensioned to fit into the cylinder.
This frame is mounted to rotate in the cylinder around the axis of the latter. The total electrical length of each pair of radial antennas such as 1a and 1b (including the half-turn which connects them) practically corresponds to a half-wavelength.
When frame 11 rotates in the cage, a rotating lemniscate-shaped polar diagram is obtained. This is because the main coupling of the frame is, so to speak, gently transferred in turn from each main pair of antennas to the next pair, and using a sufficient number of pairs of antennas one obtains excellent results approximating closely of a lemniscate-shaped polar diagram rotating smoothly and gradually.
In practice, the rotating frame is a very small device, so that it can rotate at high speed without mechanical difficulties. This frame can, for example, have a circumscribed area of only 30 cm2, corresponding to a square of about 5.5 cm side.
Such a frame is perfectly suited for efficient energy transfer at frequencies of the order of 100 Mc / sec.
The system is not limited to a particular number of main antenna pairs, but good results generally require at least four main antenna pairs and the results are usually better the greater the number of main antennas ( almost limitless) is higher.
The antenna system shown in fig. 1 is not free from an overhead error and, therefore, when such an error is not allowed, it must be mounted centrally in a vertical polarizing screen or in a split waveguide.
In the embodiment shown in FIG. 3, each pair of main antennas is formed by vertical sides 12 and 13 of a frame whose total perimeter is equal to one wavelength and comprising a horizontal upper side 14 connecting the upper ends of sides 12 and 13, and a horizontal lower side 15 connecting the lower ends of said sides and folded to form a rectangular coil portion 9, 10 as in the first embodiment shown. It is understood that fig. 3 shows only one of the frames used and that there are several identical frames having a common axis and forming equal angles between them.
The parts of turns can be formed by a split vertical cylinder, as in the first embodiment. The arrows in fig. 3 indicate the direction of the permanent current.
This embodiment is not free from an overhead error either, this one increasing with the distance separating the sides 12 and 13 and, consequently, it must be used with a polarizing screen or a waveguide. split when such an error is unacceptable.
The third embodiment, which is shown in FIG. 4, comprises main antennas formed by vertical dipoles 16a, 167'eut 17, 1772. The corresponding ends of the dipole halves 16a, 17a are connected by a central conductor 15, bent to form a part of turn 10, 9, 10, while the inner ends of the dipole halves 16b and 17b are connected in the same way. The two coil parts are directed in opposite directions so as to circumscribe together a rectangular space in which the frame 11 can rotate.
The upper and lower series of coil parts can, as before, each be formed by a similar split cylinder, the two split cylinders being collinear and the open ends facing each other.
The dipoles have not been shown in full in FIG. 4 and the arrows indicate the direction of the permanent current. Fig. 4 shows only one pair of dipoles, but it is obvious that the system comprises several pairs of dipoles each arranged in its own vertical plane, the planes intersecting on the axis by making equal angles between them. A screen 18 is mounted near the parts of the turns forming the cage and the horizontal conductors, so that the system shown provides a rotating diagram in the form of a lemniscate and vertically polarized.
The antenna devices shown can be used for transmission and for reception.