EP0350364A1 - Antenne de réception à large bande - Google Patents

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EP0350364A1
EP0350364A1 EP89401791A EP89401791A EP0350364A1 EP 0350364 A1 EP0350364 A1 EP 0350364A1 EP 89401791 A EP89401791 A EP 89401791A EP 89401791 A EP89401791 A EP 89401791A EP 0350364 A1 EP0350364 A1 EP 0350364A1
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Maurice Elkael
Joel Jeannolle
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Thales SA
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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/30Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40Element having extended radiating surface
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation

Abstract

L'invention concerne une antenne destinée à la réception d'ondes dans les bandes myriamétriques à décamétriques et même métriques. L'antenne comporte un aérien (A) du type cône renversé, placé en surélévation par rapport au sol et couplé aux récepteurs (R, R') à alimenter par autant de voies faites d'éléments passifs que de récepteurs ; chaque voie comporte sa cellule de filtrage (L1-C1, L2-C2), son circuit d'adaptation d'impédance (T1, T2) pour le couplage au récepteur (R, R') et éventuellement une résistance (R1, R2) servant en particulier à régler, à un niveau de réception optimal, le signal fourni au récepteur. Application aux antennes de réception à large bande.

Description

  • La présente invention concerne une antenne à large bande, destinée à la réception sur des longueurs d'onde allant de la gamme myriamétrique (correspondant à la bande VLF de la littérature anglo-saxonne) à la gamme décamétrique (corres­pondant à la bande HF de la littérature anglo-saxonne) et même métrique (correspondant à la bande VHF de la littérature anglo-saxonne).
  • Il existe des antennes de réception fonctionnant des ondes myriamétriques aux ondes décamétriques. Mais ces antennes sont des antennes actives, c'est-à-dire qu'elles compor­tent des composants actifs, non linéaires, tels que des transis­tors. Ces antennes actives présentent divers inconvénients :
    - elles nécessitent une alimentation,
    - du fait de leur relativement grande hauteur efficace, elles sont très sensibles à des brouilleurs constitués, par exemple, par une antenne émettrice voisine,
    - elles présentent des non-linéarités importantes du fait des composants actifs utilisés pour l'adaptation d'impé­dance et, de plus, ces composants actifs génèrent un bruit important,
    - elles sont très sensibles aux perturbations dues à des impulsions électromagnétiques de forte amplitude.
  • Le but de la présente invention est d'éviter ou, pour le moins, de réduire ces inconvénients.
  • Ceci est obtenu par l'association d'un aérien spéciale­ment conçu pour présenter une large bande de fréquences d'utili­sation, et de voies étudiées pour réaliser un couplage optimal entre l'aérien et les récepteurs à relier à cet aérien.
  • Selon la présente invention il est proposé une antenne de réception à large bande, caractérisée par la combinaison d'un aérien de type cône renversé, d'un support conducteur pour placer le sommet du cône en surélévation par rapport au sol d'une hauteur de l'ordre de grandeur de la hauteur du cône et d'un circuit d'adaptation passif comportant n voies (n : nombre entier positif) relatives respectivement à n bandes de fréquen­ces de réception, chaque voie étant couplée à l'aérien et compor­tant, en série, une cellule de filtrage pour isoler sa bande de fréquences de réception et un transformateur d'adaptation d'impédance à large bande.
  • La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent :
    • - la figure 1, une vue en perspective d'une antenne selon l'invention
    • - la figure 2, une vue partielle, en coupe, de l'antenne selon la figure 1,
    • - la figure 3, le schéma électrique de l'antenne selon la figure 1.
  • Sur les différentes figures les éléments correspondants ont été désignés par les mêmes repères.
  • La figure 1 montre une antenne selon l'invention dont l'aérien, A, comporte un cône renversé,B, surmonté d'une nappe de toit, T ; le cône repose sur un pied P.
  • Le cône renversé, B, de l'aérien est réalisé au moyen de huit tiges métalliques B1 à B8 régulièrement disposées selon des génératrices du cône ; le cône fait un angle de 33 degrés et les tiges qui le constituent ont une longueur de 1,50 mètres. Le choix d'un aérien du type cône renversé est dû au fait que la structure "épaisse" d'un tel aérien lui assure une large bande de fonctionnement.
  • La nappe de toit, T, est formée de huit tiges métalliques de un mètre, disposées en étoile et fixées par des rivets sur les extrémités supérieures des tiges B1 à B8. La présence de cette nappe de toit permet d'augmenter fortement la capacité interne de l'aérien.
  • La rigidité du cône et de la nappe de toit est renforcée par une tige métallique verticale, D, disposée selon l'axe, non représenté, du cône ; cette tige D est fixée, à son extrémité supérieure, au centre de l'étoile formée par la nappe de toit ; la fixation, à leur extrémité inférieure, des tiges du cône renversé B et de la tige D sera précisée à l'aide de la figure 2. Il est à noter que la tige D étant entièrement disposée à l'intérieur du cône, ne participe pas à l'activité radio-­électrique de l'aérien.
  • Le pied P comporte un cylindre métallique vertical P1, de 1,20 mètres de haut et de 18 centimètres de diamètre surmonté par un couvercle, P2, dont le rôle est d'assurer la liaison mécanique entre le cylindre et l'aérien tout en les isolant électriquement l'un de l'autre ; la constitution du couvercle P2 sera précisée à l'aide de la figure 2. La cylindre P1, dont la hauteur est de l'ordre de grandeur de celle du cône B, est fixé au sol par l'intermédiaire d'une embase métallique, P3, formée d'une plaque horizontale et de quatre équerres verticales sou­dées sur l'extrémité inférieure du cylindre P1. L'utilisation d'un pied, tel que le pied P, pour surélever l'aérien par rap­port au sol, a été déterminée par le désir d'augmenter la hau­teur effective de l'antenne, c'est-à-dire le rapport entre la tension disponible au point d'alimentation de l'antenne et le champ incident au voisinage de l'antenne.
  • La figure 2 est une vue partielle, dans un plan de coupe vertical passant par la tige D, du pied P et du bas de l'aérien A de l'antenne selon la figure 1. Pour des facilités de représen­tation une découpe, indiquée par deux lignes brisées en traits d'axe, a permis de réduire sur le dessin la longueur du pied en supprimant la partie centrale qui est identique au haut de la partie basse et au bas de la partie haute du pied.
  • La figure 2 montre la plaque métallique de l'embase P3 qui est soudée à l'extrémité inférieure du cylindre P1 et qui repose sur le sol. Un ensemble de fixation, non représenté, est associé à l'embase, il est fait de tiges filetées qui traversent verticalement la plaque de l'embase P3, de boulons visés sur les tiges filetées et venant en appui sur la plaque, et de blocs de béton coulés dans le sol et dans lesquels sont prises les extré­mités inférieures des tiges filetées.
  • La figure 2 montre également la constitution de la partie supérieure du pied P, avec le couvercle P2 traversé par les tiges de l'aérien A et par un éclateur Y, avec un circuit imprimé G dont le schéma électrique est représenté sur la figure 3 et avec des liaisons entre l'aérien, le circuit imprimé, le cylindre P1 et deux fiches coaxiales de sortie de l'antenne, S1-S2, S3-S4, qui traversent la paroi de la partie inférieure du cylindre P1. Le couvercle P2 comporte une plaque métallique, horizontale J qui recouvre une plaque isolante K posée sur une collerette solidaire de l'extrémité supérieure du cylindre P1 ; la fixation de la plaque K sur la collerette d'une part et de la plaque J sur la plaque K d'autre part est assurée au moyen de vis non représentées. L'éclateur Y, dont le boîtier est isolant, est fermé par un capuchon accessible au dessus de la plaque J ; l'éclateur Y est en contact électrique, par l'une de ses bornes, avec la plaque J et, par l'autre de ses bornes, avec le cylindre P1 auquel il est relié par l'intermédiaire d'un support métallique soudé sur la paroi interne du cylindre P1. Le circuit imprimé G, qui est disposé dans le cylindre P1 au voisinage immédiat du couvercle, est un circuit d'adaptation destiné à permettre le couplage entre l'aérien A et des récepteurs à brancher sur les prises S1-S2 et S3-S4 ; le circuit d'adaptation porté par le circuit imprimé est en contact électrique d'une part en un point N avec la pointe du cône de l'aérien grâce à une liaison H qui n'est autre que la prolongation de la tige D en dessous du couvercle P2 et d'autre part, sur toute la périphérie M du circuit imprimé, avec la paroi interne du cylindre métallique P1 ; deux câbles Q1, Q2 assurent les liaisons entre le circuit imprimé G et les prises S1-S2, S3-S4. Il est à noter que les tiges telles que B1, B5 et D traversent la plaque métallique J par des trous aux parois desquels elles sont soudées de manière à donner une bonne rigidité à l'aérien et à assurer un potentiel strictement identique aux extrémités inférieures de toutes les tiges.
  • La figure 3 est un schéma électrique de l'antenne selon les figures 1 et 2 avec, en plus, deux résistances R et R′ bran­chées respectivement sur les prises S1-S2 et S3-S4 ; ces deux résistances figurent les récepteurs destinés à être branchés sur l'antenne. La figure 3 représente l'aérien A des figures 1 et 2 avec ses bornes N et M correspondant respectivement au point chaud et à la masse de l'antenne.
  • Entre les bornes M et N est branché l'éclateur Y, qui présente une capacité parasite de 5 pF. Cet éclateur est conçu pour se mettre en court-circuit, et ainsi préserver les composants montés en aval de lui, lorsqu'il détecte une "agres­sion électromagnétique" captée par l'aérien A. Cette détection intervient lorsque la tension aux bornes de l'éclateur dépasse la tension de seuil de l'éclateur ; il y a alors ionisation du gaz contenu dans le tube de l'éclateur ce qui produit un arc électrique entre les bornes de l'éclateur et cet arc qui forme court-circuit persiste le temps que dure la perturbation.
  • Entre les bornes M et N sont également branchées deux voies qui aboutissent respectivement aux résistances R et R′ figurant des récepteurs.
  • La première voie, qui sera dite voie haute, est conçue pour aboutir à un récepteur travaillant dans la bande 2-30 mHz. Elle comporte, en série de la borne N jusqu'à la borne M, une résistance R1 de 330 ohms, un condensateur C1 de 220 pF et une inductance L1 de 100 microhenrys ; un transformateur d'adaptation d'impédance, T1, de rapport 4/1 a son primaire, dont une borne est à la masse, branché en parallèle sur l'inductance L1 et son secondaire, dont une borne est à la masse, relié à la résistance R ; un condensateur C′ dessiné en traits interrompus figure la capacité parasite, de l'ordre de 10 pF, qui existe au primaire du transformateur T1.
  • La seconde voie, qui sera dite voie basse, est conçue pour aboutir à un récepteur travaillant dans la bande 20-100 kHz. Elle comporte, en série de la borne N vers la borne M, une résistance R2 de 10 kilo-ohms et une inductance L2 de 0,7 henry. Un condensateur C2 de 100 pF est monté en parallèle sur l'inductance L2 de même que le primaire d'un transformateur d'adaptation d'impédance, T2, de rapport 25/1 ; le secondaire du transformateur T2 dont une des deux bornes de sortie est à la masse, est relié à la résistance R2.
  • Dans le montage selon la figure 3 les résistances R1 et R2 ont plusieurs fonctions :
    - régler le niveau du signal fourni au récepteur branché sur la voie, de manière que ce récepteur fonctionne au niveau de signal reçu optimum, c'est-à-dire avec un niveau suffisant pour permet­tre l'écoute mais pas plus, de manière à ne pas avoir trop de bruit,
    - servir à protéger la voie contre le résiduel de tension para­site non arrêté par l'éclateur lors, par exemple, d'une agres­sion par la foudre.
  • Il est à noter que les résistances R1 et R2 sont en réali­té constituées par deux ensembles de résistances, dont les va­leurs totales sont celles indiquées ci-avant, et que des courts-circuits mobiles permettent de court-circuiter tout ou partie des résistances R1 et R2 de manière à optimiser la réception en fonction du site où se trouve l'antenne.
  • La cellule de filtrage constituée par le condensateur C1 et l'inductance L1 est destinée à isoler la voie haute de la voie basse en assurant un filtrage passe-haut, tandis que la cellule de filtrage L2-C2 isole la voie basse de la voie haute en formant un circuit bouchon sensiblement centré sur 20 kHz. Il est à noter que, dans le montage selon la figure 3 les va­leurs indiquées pour L1, L2 et C2 tiennent respectivement compte des inductances parasites aux bornes du primaire des transformateurs T1 et T2 et de la capacité parasite aux bornes du primaire du transformateur T2.
  • L'antenne qui vient d'être décrite présente un diagramme de rayonnement omnidirectionnel en azimut pour une polarisation verticale du champ électrique et un diagramme à un seul lobe, avec un zéro sur l'axe vertical, pour une polarisation verticale du champ électrique. Pour ce qui est de la hauteur efficace de l'antenne, c'est-à-dire du rapport V/E entre les tensions fournies aux bornes des récepteurs et le module du champ incident au voisinage de l'antenne, les résultats suivants ont été obtenus :
    -hauteur efficace dans la bande 20 à 100 kHz :
    -40 à -35 dB.m
    - hauteur efficace dans la bande 2 à 30 MHz :
    -13 à -8 dBm
    ces valeurs, qui sont compatibles avec les niveaux de bruit d'origine galactique, atmosphérique et industrielle reçus par l'aérien, assurent une bonne sensibilité de réception tout en minimisant l'influence des brouilleurs éventuels existant au voisinage de l'aérien.
  • De plus il est à noter que l'antenne, qui vient d'être décrite, peut être utilisée avec un récepteur travaillant dans le bas de la bande métrique sous réserve d'une adaptation de la voie haute à un tel usage ; il est également à noter que cette antenne présente une bonne protection contre une agression électromagnétique et, du fait du caractère passif de ses compo­sants tant que l'éclateur Y n'est pas déclenché, présente une grande linéarité de fonctionnement.
  • La présente invention n'est pas limitée à l'exemple dé­crit, c'est ainsi que le nombre de voies peut être réduit à 1 ou être supérieur à 2 ; chaque voie est déterminée en fonction du récepteur auquel elle est destinée et de l'isolement à réaliser par rapport aux autres voies. De même l'antenne peut ne pas comporter d'éclateur ou utiliser, dans ses voies, des cellules de filtrage et des circuits d'adaptation d'impédance différents de ceux décrits à l'aide de la figure 3.

Claims (4)

1. Antenne de réception à large bande, caractérisée par la combinaison d'un aérien (A) de type cône renversé (B), d'un support conducteur (P) pour placer le sommet (N) du cône en surélévation par rapport au sol (S) d'une hauteur de l'ordre de grandeur de la hauteur du cône et d'un circuit d'adaptation passif comportant n voies (n : nombre entier positif) relatives respectivement à n bandes de fréquences de réception, chaque voie étant couplée à l'aérien et comportant, en série, une cel­lule de filtrage (C1-L1, C2-L2) pour isoler sa bande de fréquences de réception et un transformateur d'adaptation d'impédance à large bande (T1, T2).
2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une des n voies comporte en série un élément atté­nuateur (R1, R2).
3. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un éclateur (Y) couplé à l'aérien pour constituer une protection contre la foudre.
4. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'aérien (A) comporte un toit (T) consti­tué par un élément plan disposé à la base du cône renversé (B) de l'aérien pour augmenter la hauteur effective et la capacité équivalente de l'aérien.
EP89401791A 1988-07-08 1989-06-23 Antenne de réception à large bande Expired - Lifetime EP0350364B1 (fr)

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EP0350364B1 (fr) 1995-01-11
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