EP0524045A1 - Antenne en ondes décamétriques à prise au vent réduite - Google Patents
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- H01Q1/005—Damping of vibrations; Means for reducing wind-induced forces
Definitions
- the present invention relates to antennas with HF dipole arrays and relates more particularly to the problem of their resistance to wind. This problem arises particularly, but not only, with rotating curtain antennas; this is why the solution to this problem will be studied, in the following, with such antennas.
- the adaptation of the solution to fixed antennas, such as antennas where the where the dipole arrays are stretched between fixed masts, generally vertical, will also be mentioned. In all these antennas the dipoles of the same network are arranged substantially in the same plane, which makes it possible to speak indifferently of a network or curtain of dipoles.
- HF antennas with dipole arrays, are antennas that are several tens of meters high and several tens of meters wide; some reach and even exceed a hundred meters high and a hundred meters in span.
- the known antennas have rectangular vertical arrays made of dipoles regularly distributed in superimposed lines and in columns, and an array of antenna dipoles is presented substantially like a rectangle or a square.
- a reflector generally made up of parallel wires and this reflector which, too, is substantially like a rectangle or a square of dimensions substantially greater than those of the network, is arranged parallel to the network of dipoles.
- the object of the present invention is to avoid or at least reduce these drawbacks.
- an HF antenna comprising a vertical reflector and a vertical curtain designed to work in a given frequency range, the curtain being made of radiating dipoles distributed in groups on n different levels, with at least n integer equal to 2, characterized in that, for reasons of wind resistance, the number of dipoles of the group located at the highest level is at least one unit less than that of the group located at the lowest level and in this that, between any two of the groups, the upper group has a number of dipoles at most equal to that of the lower group.
- Figures 1 and 2 show a rotary antenna, double, for HF, 82 meters high and 76 meters wide, which includes a support and two antennas proper: a low range antenna working in the radio bands from 6 to 11 MHz and a high range antenna working in the radio bands from 11 to 26 MHz.
- the support has a hollow base, in masonry, forming a room L inside which are placed transmitters and a mechanical assembly with a motor shaft which rotates a crown C arranged on the roof of the room.
- This crown is integral with the lower end of a vertical mast M on which are fixed four horizontal beams P1 to P4 arranged in the same vertical plane; forty beams such as b1 to b4 and B1 to B6 are integral at their first end with one of the beams.
- Rigid bars constituting crutches, such as T1 and T2, or spacers, such as T3 are mounted at the ends of the beams P1 to P4, and are arranged substantially in the plane of these beams; the two spacers such as T3, allow the beam P2 to support the beam P1.
- Guy lines such as H1 and H2, connect the beams to the mast at an oblique angle.
- the mast has three parts: a vertical cylindrical barrel with circular cross section, M1, surmounted by a vertical truss beam, M2, itself surmounted by an assembly M3 formed by two bars welded to the rune of their ends to form an acute angle with point facing upwards.
- the low range antenna is an antenna of the HR 4/4 / 0.5 type, that is to say that it comprises a curtain of horizontal dipoles, H, with reflector, R, with 4 half-wave dipoles folded per line and 4 per column in the curtain and with a height of the first line of dipoles from the ground equal to 0.5 times the average operating wavelength of this antenna.
- the dipole curtain of the low range antenna thus consists of 16 dipoles d1 to d16 fixed on the free ends of 16 of the 40 beams, like the beams b1 to b4; these dipoles are arranged in the same vertical plane parallel to the vertical plane of the beams P1 to P4. It should be noted that in FIG. 1, as in fact in FIGS.
- the different dipoles are represented from the front by thick lines in their rigid part and by parallel fine lines in their wire part. It is between the vertical plane of the dipoles d1 to d16 and the vertical plane of the beams or, more exactly, in the plane of the front faces of the beams P1 to P4 that a third plane is arranged.
- the high range antenna is an antenna of the HR 4/6 / 0.75 type, that is to say that it comprises a curtain of horizontal dipoles, H, with reflector, R, with 4 half-wave dipoles folded per line and 6 per column in the curtain and with a height of the first line of dipoles from the ground equal to 0.75 times the average operating wavelength of this antenna.
- the dipole curtain of the high range antenna therefore consists of 24 dipoles, D1 to D24, fixed on the free ends of 24 of the 40 beams, like the beams B1 to B6; these dipoles are arranged in the same vertical plane parallel to the vertical plane of the beams P1 to P4.
- Rh of the high range antenna it is made of a vertical sheet of horizontal wires arranged in the plane of the rear faces of the beams P1 to P4, between the reflector Rb and the dipole curtain of the range antenna high; the horizontal wires of the reflector Rh are held in a frame delimited by the upper beam P1, by border cables such as C2, held at their lower end by two crutches such as T4 secured to one of their ends of the lower beam P4; the spacing between the horizontal wires of the Rh reflector is kept using vertical cables such as K2, on which the horizontal wires are fixed at regular intervals.
- the reflector Rh has not been shown in its entirety in FIG. 1 in order to reveal the dipole curtain of the high range antenna which is behind it, and, in FIG. 2, it has been represented schematically by a dashed line which symbolizes its trace in the plane of the figure.
- the wind Because of the geometrical dimensions of the antenna according to FIGS. 1 and 2 and therefore of the surfaces that constitute the two dipole curtains and the two reflectors, the wind generates in the structure of the antenna significant forces which must be transmitted to the ground. Now the dynamic wind pressure increases with height, that is to say that the preponderant forces are generated by the wind in the upper parts of the antenna structure and the effect is further amplified by the fact that the arm of lever relative to the ground is obviously the longest in the upper parts. In addition, the upper parts of the antenna greatly increase the periods of oscillation of the structure, but the greater the period, the more the dynamic effect of the wind is. amplified. This led to thinking of modifying the antenna of FIGS. 1 and 2, in its upper parts.
- Figures 3 and 4 are two embodiments of antennas obtained by modifications of the upper parts of the antenna according to Figures 1 and 2. These modifications have brought a significantly lower cost of the antenna in particular because the mast M and the hollow base L not having to undergo such great efforts, are less costly to produce.
- the antenna according to FIG. 4 corresponds to the antenna according to FIGS. 1 and 2 in which the dipoles d1, d4, d5, d8 of the low range antenna and the dipoles D1, D4, D5, D8 of l have been deleted. '' high range antenna. These deletions allowed a reduction of almost two thirds of the length of the beams P1 and P2 and a reduction of the surfaces of the reflectors Rb and Rh by a suppression of their upper corners; and it should be noted that this suppression is significantly greater than in the case of the antenna according to FIG. 3.
- the present invention is not limited to the examples described, thus it applies in a very general manner to fixed or rotary antennas, in HF, comprising at least one vertical curtain of dipoles distributed in groups on different levels with fewer dipoles at the higher level than at the lowest level and, between any two of the levels, a number of dipoles in the upper group at most equal to that in the lower group.
- the number of dipoles in some of the groups can also be odd and even in the others, in which case, without it being an obligation, the symmetry of the curtain can be preserved by shifting the dipoles of the even groups with respect to the dipoles of the odd groups, that is to say by not keeping the arrangement in column between the dipoles of the different levels.
- the invention has been described with folded half-wave dipoles, it also applies to cases where the dipoles are of different types and in particular to cases where the dipoles are, for example, whole-wave dipoles.
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Support Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
- La présente invention se rapporte aux antennes à réseaux de dipôles en ondes décamétriques et concerne plus particulièrement le problème de leur résistance au vent. Ce problème se pose tout particulièrement mais pas uniquement, avec les antennes rideaux rotatives ; c'est pourquoi la solution à ce problème sera étudiée, dans ce qui suit, avec de telles antennes. L'adaptation de la solution à des antennes fixes, comme les antennes où le où les réseaux de dipôles sont tendus entre des mâts fixes, généralement verticaux, sera également mentionnée. Dans toutes ces antennes les dipôles d'un même réseau sont disposés sensiblement dans un même plan, ce qui permet de parler indifféremment de réseau ou de rideau de dipôles.
- Les antennes en ondes décamétriques, à réseaux de dipôles, sont des antennes qui font plusieurs dizaines de mètres de haut et plusieurs dizaines de mètres d'envergure ; certaines atteignent et même dépassent cent mètres de haut et cent mètres d'envergure. Les antennes connues présentent des réseaux verticaux rectangulaires faits de dipôles régulièrement répartis en ligne superposées et en colonnes, et un réseau de dipôles d'antenne se présente sensiblement comme un rectangle ou un carré. A ce réseau est associé un réflecteur généralement constitué de fils parallèles et ce réflecteur qui se présente sensiblement, lui aussi, comme un rectangle ou un carré de dimensions sensiblement supérieures à celles du réseau, est disposé parallèlement au réseau de dipôles. Etant donné les dimensions d'une antenne en ondes décamétriques il est difficile et donc très coûteux d'assurer une bonne rigidité à l'antenne ; quand cette rigidité n'est pas correctement assurée il en résulte, par vents forts, une modification importante, de ses caractéristiques d'adaptation ; cette modification peut faire que l'émission est perturbée voire même qu'elle doit être arrêtée.
- La présente invention a pour but d'éviter ou, pour le moins, de réduire ces inconvénients.
- Ceci est obtenu en particulier en donnant aux dipôles, dans le rideau, une répartition différente de celle selon l'art connu, c'est-à-dire différente d'un rectangle ou d'un carré.
- Selon l'invention il est proposé une antenne en ondes décamétriques comportant un réflecteur vertical et un rideau vertical conçus pour travailler dans une gamme de fréquences donnée, le rideau étant fait de dipôles rayonnants répartis par groupes sur n niveaux différents, avec n entier au moins égal à 2, caractérisée en ce que, pour des raisons de résistance au vent, le nombre de dipôles du groupe situé au niveau le plus élevé est inférieur d'au moins une unité à celui du groupe situé au niveau le plus bas et en ce que, entre deux quelconques des groupes, le groupe supérieur a un nombre de dipôles au plus égal à celui du groupe inférieur.
- 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 :
- les figures 1 et 2, respectivement des vues de face et de côté d'une antenne selon l'art connu,
- les figures 3 et 4, deux vues de face relatives respectivement à deux antennes selon l'invention.
- Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères.
- Les figures 1 et 2 représentent une antenne rotative, double, pour ondes décamétriques, de 82 mètres de haut et 76 mètres d'envergure, qui comporte un support et deux antennes proprement dites : une antenne gamme basse travaillant dans les bandes radio de 6 à 11 MHz et une antenne gamme haute travaillant dans les bandes radio de 11 à 26 MHz.
- Le support comporte une base creuse, en maçonnerie, formant un local L à l'intérieur duquel sont placés des émetteurs et un ensemble mécanique avec un arbre moteur qui entraîne en rotation une couronne C disposée sur le toit du local. Cette couronne est solidaire de l'extrémité inférieure d'un mât vertical M sur lequel sont fixés quatre poutres horizontales P1 à P4 disposées dans un même plan vertical ; quarante poutrelles telles que b1 à b4 et B1 à B6 sont solidaires à leur première extrémité d'une des poutres. Des barres rigides constituant des béquilles, telles que T1 et T2, ou des entretoises, telles que T3 sont montées aux extrémités des poutres P1 à P4, et sont disposées sensiblement dans le plan de ces poutres ; les deux entretoises telles que T3, permettent à la poutre P2 de soutenir la poutre P1. Des haubans, tels que H1 et H2, relient, en oblique, les poutres au mât. Le mât comporte trois parties : un fût vertical cylindrique à section transversale circulaire, M1, surmonté d'une poutre verticale en treillis, M2, elle-même surmontée d'un assemblage M3 formé de deux barres soudées à l'rune de leurs extrémités pour former un angle aigu à pointe tournée vers le haut.
- L'antenne gamme basse est une antenne du type HR 4/4/0.5, c'est-à-dire qu'elle comporte un rideau de dipôles horizontaux, H, à réflecteur, R, avec 4 dipôles demi-onde repliés par ligne et 4 par colonne dans le rideau et avec une hauteur de la première ligne de dipôles par rapport au sol égale à 0,5 fois la longueur d'onde moyenne de fonctionnement de cette antenne. Le rideau de dipôles de l'antenne gamme basse est ainsi constitué de 16 dipôles d1 à d16 fixés sur les extrémités libres de 16 des 40 poutrelles, comme les poutrelles b1 à b4 ; ces dipôles sont disposés dans un même plan vertical parallèle au plan vertical des poutres P1 à P4. Il est à noter que sur la figure 1 comme d'ailleurs sur les figures 3 et 4 les différents dipôles sont représentés de face par des traits épais dans leur partie rigide et par des traits fins parallèles dans leur partie filaire. C'est entre le plan vertical des dipôles d1 à d16 et le plan vertical des poutres ou, plus exactement, dans le plan des faces avant des poutres P1 à P4 qu'est disposé un troisième plan vertical, parallèle aux deux premiers, fait d'une nappe de fils horizontaux et constituant le réflecteur Rb de l'antenne gamme basse ; les fils horizontaux de ce réflecteur sont maintenus par un câble de bordure C1 qui passe par le sommet du mât M et par les extrémités libres des barres constituant des béquilles telles que T1 et T2 ; l'écartement entre les fils horizontaux du réflecteur Rb est conservé à l'aide de câbles verticaux tels que K1, sur lesquels les fils horizontaux sont fixés à intervalles réguliers, Le réflecteur Rb de l'antenne gamme basse n'a pas été dessiné en entier sur la figure 1, de manière à permettre de voir l'antenne gamme haute qui se trouve placée derrière lui, et, sur la figure 2, il a été représenté schématiquement par une ligne en traits interrompus qui symbolise sa trace dans le plan de la figure.
- L'antenne gamme haute est une antenne du type HR 4/6/0.75, c'est-à-dire qu'elle comporte un rideau de dipôles horizontaux, H, à réflecteur, R, avec 4 dipôles demi-onde repliés par ligne et 6 par colonne dans le rideau et avec une hauteur de la première ligne de dipôles par rapport au sol égale à 0,75 fois la longueur d'onde moyenne de fonctionnement de cette antenne. Le rideau de dipôles de l'antenne gamme haute est donc constitué de 24 dipôles, D1 à D24, fixés sur les extrémités libres de 24 des 40 poutrelles, comme les poutrelles B1 à B6 ; ces dipôles sont disposés dans un même plan vertical parallèle au plan vertical des poutres P1 à P4. Quant au réflecteur, Rh, de l'antenne gamme haute il est fait d'une nappe verticale de fils horizontaux disposée dans le plan des faces arrières des poutres P1 à P4, entre le réflecteur Rb et le rideau de dipôles de l'antenne gamme haute ; les fils horizontaux du réflecteur Rh sont maintenus dans un cadre délimité par la poutre supérieure P1, par des câbles de bordure tels que C2, maintenus à leur extrémité inférieure par deux béquilles telles que T4 solidaires à une de leurs extrémités de la poutre inférieure P4 ; l'écartement entre les fils horizontaux du réflecteur Rh est conservé à l'aide de câbles verticaux tels que K2, sur lesquels les fils horizontaux sont fixés à intervalles réguliers. Comme le réflecteur Rb, le réflecteur Rh n'a pas été représenté en entier sur la figure 1 afin de laisser voir le rideau de dipôles de l'antenne gamme haute qui se trouve derrière lui, et, sur la figure 2, il a été représenté schématiquement par une ligne en traits interrompus qui symbolise sa trace dans le plan de la figure.
- Du fait des dimensions géométriques de l'antenne selon les figures 1 et 2 et donc des surfaces que constituent les deux rideaux de dipôles et les deux réflecteurs, le vent engendre dans la structure de l'antenne des efforts importants qui doivent être transmis vers le sol. Or la pression dynamique du vent croît avec la hauteur, c'est-à-dire que les efforts prépondérants sont engendrés par le vent dans les parties hautes de la structure d'antenne et l'effet est encore amplifié du fait que le bras de levier par rapport au sol est évidemment le plus long dans les parties hautes. De plus les parties hautes de l'antenne augmentent très fortement les périodes d'oscillation de la structure, or plus la période est grande, plus l'effet dynamique du vent est. amplifié. Ceci a conduit à penser à modifier l'antenne des figures 1 et 2, dans ses parties hautes.
- Les figures 3 et 4 sont deux exemples de réalisation d'antennes obtenues par des modifications des parties hautes de l'antenne selon les figures 1 et 2. Ces modifications ont apporté un coût nettement plus faible de l'antenne en particulier du fait que le mât M et la base creuse L n'ayant pas à subir des efforts aussi importants, sont moins coûteux à réaliser.
- L'antenne selon la figure 3 correspond a l'antenne selon les figures 1 et 2 dans laquelle ont été supprimés les dipôles d1 et d4 de l'antenne gamme basse et, en conséquence,
- la longueur de la poutre supérieure P1 a été réduite de près des deux tiers,
- les deux entretoises telles que T3 ont été remplacées par deux poutrelles obliques, telles que J, qui s'appuient sur le mât et soutiennent la poutre P1
- la surface du réflecteur gamme basse, Rb, a été fortement réduite par suppression de ses coins supérieurs, la fixation des fils de ce réflecteur restant assurée de la même façon mais avec de nouvelles béquilles, telles que T5 à T6, aux extrémités des poutres P1 et P2
- la surface du réflecteur gamme haute, Rh, a été légèrement réduite du fait d'une modification, dans ses deux coins supérieurs, de son système de fixation : prolongation vers le haut des câbles de bordure tels que C2, en raison de la réduction de longueur de la poutre P1.
- La comparaison de l'antenne selon la figure 3 à l'antenne selon les figures 1 et 2 donne les résultats suivants :
- pas de modification des performances de l'antenne gamme haute
- réduction de l'ordre de 0,5 dB du gain de l'antenne gamme basse
- pointage en site relevé de 0,8 degré pour l'antenne gamme basse ; ceci peut être réduit en fournissant plus de puissance aux dipôles supérieurs
- réduction de poids d'environ 15% sur la partie de l'antenne située au dessus de la base L.
- L'antenne selon la figure 4 correspond à l'antenne selon les figures 1 et 2 dans laquelle ont été supprimés les dipôles d1, d4, d5, d8 de l'antenne gamme basse et les dipôles D1, D4, D5, D8 de l'antenne gamme haute. Ces suppressions ont permis une réduction de près des deux tiers de la longueur des poutres P1 et P2 et une réduction des surfaces des réflecteurs Rb et Rh par une suppression de leurs coins supérieurs ; et il est à noter que cette suppression est nettement plus importante que dans le cas de l'antenne selon la figure 3.
- La comparaison de l'antenne selon la figure 4 à l'antenne selon les figures 1 et 2 donne les résultats suivants
- réduction de l'ordre de 1 à 1,5 dB , selon la fréquence, du gain de l'antenne gamme basse dont l'angle de site est relevé de 1 à 1,5 degrés, selon la fréquence,
- réduction de l'ordre de 0,8 à 1 dB, selon la fréquence, du gain de l'antenne gamme haute dont l'angle de site est relevé de 1 degré,
- La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits, c'est ainsi qu'elle s'applique d'une façon très générale aux antennes fixes ou rotatives, en ondes décamétriques, comportant au moins un rideau vertical de dipôles répartis par groupes sur différents niveaux avec moins de dipôles au niveau le plus élevé qu'au niveau le plus bas et, entre deux quelconques des niveaux, un nombre de dipôles dans le groupe supérieur au plus égal à celui dans le groupe inférieur. Le nombre de dipôles dans certains des groupes peut d'ailleurs être impair et pair dans les autres, dans quel cas, sans que ce soit une obligation, la symétrie du rideau pourra être conservée en décalant les dipôles des groupes pairs par rapport aux dipôles des groupes impairs, c'est-à-dire en ne conservant pas l'arrangement en colonne entre les dipôles des différents niveaux.
- L'invention a été décrite avec des dipoles demi-onde repliés, elle s'applique également aux cas où les dipôles sont de types différents et en particulier aux cas où les dipôles sont, par exemple, des dipôles onde entière.
et il est à noter que, là encore, la modification de l'angle de pointage peut être réduite en fournissant plus de puissance aux dipôles supérieurs, c'est-à-dire aux dipôles des lignes comportant moins de dipôles que la ligne la plus basse du réseau considéré.
Claims (6)
- Antenne en ondes décamétriques comportant un réflecteur vertical (Rb) et un rideau vertical conçus pour travailler dans une gamme de fréquences donnée, le rideau étant fait de dipôles rayonnants (d2, d3, d5-d16 ; d2, d3, d6, d7, d9-d16) répartis par groupes sur n niveaux différents, avec n entier au moins égal à 2, caractérisée en ce que, pour des raisons de résistance au vent, le nombre de dipôles du groupe (d2, d3) situé au niveau le plus élevé est inférieur d'au moins une unité à celui du groupe (d13-d16) situé au niveau le plus bas et en ce que, entre deux quelconques des groupes, le groupe supérieur a un nombre de dipôles au plus égal à celui du groupe inférieur.
- Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un mât (M) vertical tournant et en ce que le réflecteur (Rb) et le rideau (d2, d3, d15-d16 ; d2, d3, d6, d7, d9-d16) sont solidaires du mât.
- Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un autre rideau vertical de dipôles (D1-D24 ; D2, D3, D6, D7, D9-D24), disposé parallèlement au réflecteur (Rb), de l'autre côté du réflecteur par rapport au rideau conçu pour travailler dans la gamme de fréquences donnée, solidaire du mât et conçu pour travailler dans une gamme de fréquences supérieure à la gamme donnée.
- Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'autre rideau est un rideau rertangulaire (D1-D24) de dimensions hors-tout inférieures aux dimensions du rideau conçu pour travailler dans la gamme de fréquences donnée.
- Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que les dipôles de l'autre rideau (D2, D3, D6, D7, D9-D24) sont répartis par groupes sur m niveaux différents, avec m entier au moins égal à 2, en ce que le nombre de dipôles du groupe (D2, D3) situé au niveau le plus élevé est inférieur d'au moins une unité à celui du groupe (D21-D24) situé au niveau le plus bas et en ce que, entre deux quelconques des groupes, le groupe supérieur a un nombre de dipôles au plus égal à celui du groupe inférieur.
- Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que de la puissance est distribuée sur les dipôles de façon que, entre deux groupes à nombre de dipôles différent, ce soient les dipôles du groupe à plus petit nombre de dipôles qui reçoivent le plus de puissance.
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