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.