EP0889541B1 - Antenne en hélice variable - Google Patents

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EP0889541B1
EP0889541B1 EP98401449A EP98401449A EP0889541B1 EP 0889541 B1 EP0889541 B1 EP 0889541B1 EP 98401449 A EP98401449 A EP 98401449A EP 98401449 A EP98401449 A EP 98401449A EP 0889541 B1 EP0889541 B1 EP 0889541B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
helix
propeller
antenna according
cpi
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98401449A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0889541A1 (fr
Inventor
Philippe Piole
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telediffusion de France ets Public de Diffusion
Orange SA
Original Assignee
Telediffusion de France ets Public de Diffusion
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Telediffusion de France ets Public de Diffusion, France Telecom SA filed Critical Telediffusion de France ets Public de Diffusion
Publication of EP0889541A1 publication Critical patent/EP0889541A1/fr
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Publication of EP0889541B1 publication Critical patent/EP0889541B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08—Helical antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/362—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith for broadside radiating helical antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/06—Details
    • H01Q9/14—Length of element or elements adjustable
    • H01Q9/145—Length of element or elements adjustable by varying the electrical length

Definitions

  • the present invention relates to an antenna in propeller to broadcast and receive waves radio, especially waves metrics for radio signals in the band FM sound broadcasting between 87 and 110 MHz, and more generally in a frequency band from 70 to 150 MHz approximately.
  • a transmit / receive antenna operating in this frequency band is a almost omnidirectional antenna in azimuth of type "whip" or "end of wire” consisting of a strand substantially vertical conductor having a length equal to half a wavelength, one to two about meters.
  • transmitters synchronized at the same frequency mark out the motorways.
  • the transmitters can also broadcast data signals to automatically tune receivers using of digital messages identifying the radio programs.
  • Such a broadcasting system frequency modulation is known by the acronym RDS (Radio Data System).
  • RDS Radio Data System
  • the antenna reception, or transmission / reception should have small dimensions for reasons of space in situ and aesthetic, while retaining the character omnidirectional in a horizontal plane specific to the sound broadcasting.
  • the antenna length must be reduced, but at the expense of bandwidth which is all the more diminished. In this case, the antenna will be granted over relatively bandwidth narrow, a few MHz.
  • the length would be reduced to about twenty about centimeters, a gain in length of around 75%.
  • the antenna would be tuned to the desired frequency and adapted to the impedance of a coaxial line at which it is connected.
  • Such an antenna can for example be fixed to the top of a bus stop sign, or at the top of an even higher tubular post for a parking staking system, or on the frame of an urban tele-display screen which can be more than five meters above the ground. All of these antennas are difficult to access.
  • a helical antenna comprising four propellers parallel conductors extending around an axis common central in the same direction is disclosed in patent application WO 96/07215.
  • a unique dielectric helix concentric with the common axis extends inside the four propellers, and has a length substantially equal to that of the propellers which are regularly spaced and fixed on the dielectric helix.
  • a box contains the propellers and is attached to one end of the propeller dielectric.
  • a tuning device is attached to the other end of the dielectric helix and can rotate relative to the housing, so that the rotation of the tuning device changes the pitch of the propeller dielectric and therefore not common to conductive propellers without significant variation in nominal diameter of the propellers. For example, when the number of turns per unit of length decreases, the length of the conducting propellers increases.
  • Patent application EP 0 593 185 discloses a helical antenna according to the first part of claim 1.
  • Such antennas are antennas of reception in a telecommunications system by satellite and radiate axially in polarization circular at very high higher frequencies at the gigahertz.
  • the modification of the geometry of conductive propellers allows you to change the aperture of the antenna radiation pattern according to radiation directions close to the direction vertical axial.
  • the objective of the invention is to provide a correcting linear polarized helix antenna to the drawbacks of the above-mentioned known antennas, and more specifically, provide a helical antenna which can be tuned in frequency very easily and very quickly by any unqualified person, without using an in situ measuring device and without dismantle the antenna.
  • a helical antenna comprising first and second conductive propellers extending around a common central axis along a same sense, is characterized in that the first and second propellers have first portions nested one inside the other without being in contact mechanical and second non-nested portions, and the antenna includes means for moving helically by sliding on itself the second propeller relative to the first propeller.
  • the antenna is tuned to the desired frequency.
  • the propellers are not in mechanical contact, i.e. are galvanically isolated and are only coupled by electromagnetic flux. This galvanic insulation of propellers improves quality signals received and / or transmitted by the antenna when the antenna, or the part of the antenna surrounding the decoupled propeller of the coaxial power supply cable the antenna inadvertently touches a wire electrical or metallic ground.
  • the first and second propellers are substantially identical, and preferably the turns of the first propeller portions nested are regularly spaced apart by compared to others, preferably substantially half a turn of the propeller.
  • the means for move helically includes a first element of fixed insulating material and containing at least partially the first propeller, and a second insulating material which is screwed on the first element and which contains at least partially the second propeller. Screwing and unscrewing the second element to the first element respectively decreases and increases the length of the propeller portions radiant nested and so respectively increases and decreases the tuning frequency of the antenna. At least the second portion of the second propeller can be attached to the second element.
  • the first and second elements constitute practice a protective cover for the antenna. The desired frequency can be selected easily by any unqualified person by turning the second element on the first element.
  • a frequency graduation is provided along the said first element, cooperating with one end of the second element, for example by overlap partial variable.
  • the screwing / unscrewing of the second element is stopped for example when the edge of the threaded end of the second element is opposite of the desired frequency marked on the scale.
  • a base is provided metallic having a face to which is fixed a microwave line connector having a central conductor which is connected to a strand of the second portion of the first propeller, and on the other side of which one end of said first element is applied.
  • the tightness of the cover formed by the first and second elements can be provided by a sealing washer housed between said end of said first element and the base.
  • a end of the second element can be closed, preferably by a removable hat, by which the two propellers are accessible.
  • the propellers can be provided with a cylindrical piece of insulating material which is fixed and housed substantially axially in the first propeller, which first propeller can be fixed to the cylindrical piece; or a piece cylindrical in insulating material which is movable with the second propeller and housed substantially axially in the second propeller, which second propeller can be fixed to the cylindrical part.
  • an antenna in propeller comprises two propellers electrically conductive circulars HI and HS.
  • the propellers have a common central axis YY and are substantially identical, i.e. have no constant and substantially equal turns P, constant and substantially equal diameters D, and constant and substantially equal lengths LH.
  • the HI and HS propellers are the same direction; according to illustrated embodiment, the propellers are direct (at left), although according to another embodiment they may be downgraded (right).
  • HI and HS propellers have first portions HI1 and HS1 which are nested one inside the other and second non-nested portions HI2 and HS2 between which the first nested portions HI1 and HS1 extend to the center of the antenna.
  • the turns of the first HI1 portion are arranged parallel to and evenly spaced of the other first portion HS1 and are not not in mechanical contact with them.
  • Each turn of one of the first portions HI1 and HS1 is substantially located half a P / 2 step from two turns successive of the other first portion.
  • the second HI2 portion complementary to the first HI1 portion has a BR end strand connected to the central DC conductor of an AC coaxial cable which is connected to receiving equipment, or transmitter receiver.
  • the second portion HS2 complementary to the first portion HS1 constitutes the free end of the helical antenna.
  • the YY axis of the helical antenna is in practice arranged vertically.
  • the first propeller HI is located at the bottom of the antenna and the second HS propeller is located in the upper part of the antenna.
  • the first nested propeller portions HI1 and HS1 are then respectively a portion upper of the first HI propeller and a portion bottom of the second HS propeller.
  • one of the HI and HS propellers is movable helically relative to the other propeller.
  • the first HI propeller is fixed and the second HS propeller is helically movable by sliding on itself, that is to say by undergoing a translation of the pitch propeller P for a rotation of one turn on itself.
  • the HS propeller can be simultaneously rotated around the YY axis of the antenna and translated along the antenna axis YY, the helical displacements, i.e. rotations and simultaneous translations of the HS mobile propeller can sometimes be following a direction, sometimes following opposite direction, as indicated by the double arrows R and T.
  • the length LA of the antenna decreases, respectively increases, and in the same proportions, the IM nesting length of first portions of HI1 and HS1 propeller increases, respectively decreases, and the useful length antenna (LH-IM) of each of the second portions HI2 and HS2 propeller decreases, increases respectively.
  • the antenna according to the invention is thus roughly equivalent to a helical antenna which has two radiating portions HI2 and HS2 in length variable (LH-IM) to receive and / or send electromagnetic waves, and a central part of variable length IM constituted by the first HI1 and HS1 end portions.
  • the central part antenna is analogous to a transformer impedance whose transformation ratio is always equal to 1 since the numbers of turns coupled between the first HI1 and HS1 portions of propellers are always equal.
  • the transformer impedance is an impedance centralizer which is the seat of a current belly.
  • the antenna behaves as a dipole which is variable in length and at center of which the current is variable.
  • impedance input of the helical antenna is thus a function of number of turns "reduced” by the first portions nested HI1 and HS1 of the propellers and impedance of the helical antenna which is mainly composed of the impedances of the second HI2 portions and HS2 propellers and brought to the foot of the antenna, at strand level BR.
  • the impedance of the antenna can be adapted to the impedance characteristic of the AC coaxial cable and at the desired frequency including a station radio.
  • the HI and HS propellers are housed substantially in a lower CPI and a CPS upper part of a cylindrical cover hollow insulating material.
  • the lower part of the CPI is fixed with glue or screws on an EM metal base by through a sealing washer in RO rubber.
  • the HI propeller is at least partially housed in the lower part of the CPI cover and is held coaxially with this part of the CPI cover around a cylindrical guide in GU insulating material which can be longer than the first HI propeller, even almost as long as double the length of each HI, HS propeller. At least turns of the second HI2 portion of the first propeller can be glued to the GU guide.
  • the GU guide is fixed, by example by gluing, on the upper side of the metal base EM through the washer RO. At center of the external underside of the base metallic EM is attached a cable CO connector coaxial CA.
  • EM base is by square or circular example and is fixed at the top of a pole or a mast of remote display or of everything other support, or serves as a base to be fixed on the roof of a vehicle, or on the edge of a table, or on the case of a microcomputer.
  • the upper part of the CPS hood has a lower end tapped AND so as to be screwed around an EF threaded upper end of the lower cover part CPI.
  • the steps of ET and EF threaded and threaded end threads are equal to the helix pitch P in order to maintain the coils of substantially parallel propellers and equidistant between them when screwing the part CPS to the CPI section.
  • hood In the upper part of the bore of the upper part of CPS hood is provided with a groove helical GH so as to fix it, for example by bonding, at least a few turns at the end upper portion of the second HS2 portion of the second HS propeller.
  • the upper base of the hood part CPS is closed by a monolithic bottom with the CPS part, or by a CH cap fixed so removable on the hood part CPS.
  • the second HS propeller descends or rises in the first HI propeller, and more precisely the variable length IM of the first propeller portions nested HI1 and HS1 increases or decreases so to tune and adapt the helical antenna to a higher or lower desired frequency.
  • the relative displacement of one HS of the propellers by compared to the other HI propeller, and more precisely the second part of the CPS mobile hood relative to the first part of the fixed cover CPI is indicated by GR graduation along the upper end the part of the CPI cover which is covered partially by the hood part CPS.
  • the graduation at divisions of 5 or 10 MHz for example in order to tune manually and precisely the antenna, without using a measuring device.
  • the graduation is established experimentally in the factory, and is for example engraved on the cover part CPI.
  • Each of the HI and HS propellers consists of a copper wire wrapped in a thin sheath plastic or coated with a layer of insulating protection, such as varnish, for example.
  • the antenna according to the invention offers a certain flexibility which makes it insensitive to vibrations communicated by the support of the antenna through the base and the cover, thanks to the absence of mechanical contact between the propellers.
  • the cover CPI-CPS and the other elements in matter insulating G and D are for example in Plexiglas.
  • the cover has a length which varies between approximately 15 cm and 25 cm approximately.
  • the helical antenna according to the invention radiates in linear polarization and presents a quasi diagram omni-directional in azimuthal directions substantially perpendicular to the YY axis, i.e. substantially parallel to the ground.
  • the helical antenna of the invention described above advantageously does not present parts superfluous mobiles, direct propeller contacts with the outside and risk of water infiltration.
  • the antenna is insensitive to mechanical vibrations. No tools are required to tune the antenna.
  • the dimensions of two propellers making up the antenna can be different in particular in diameter and length.
  • the GU inner guide can be fixed under the bottom CH of the upper part of the CPS hood instead of being fixed on the EM base, and at least turns of the second portion HS2 of the second propeller can be glued to the guide instead of being glued in the GU groove according to the illustrated embodiment.
  • the threads of the lower parts and upper cover CPI and CPS are respectively internal and external so that the CPS hood part is screwed into the part of the CPI cover.
  • the means including the first and second cover parts can further be associated with a remotely controllable motor so as to automatically move the second propeller and tune the helix antenna to the frequency desired.

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Description

La présente invention concerne une antenne en hélice pour diffuser et recevoir des ondes radioélectriques, particulièrement des ondes métriques pour des signaux radio dans la bande de radiodiffusion sonore en modulation de fréquence entre 87 et 110 MHz, et plus généralement dans une bande de fréquence de 70 à 150 MHz environ.
Actuellement, une antenne d'émission/réception fonctionnant dans cette bande de fréquences est une antenne quasiment omnidirectionnelle en azimut de type "fouet" ou "bout de fil" constituée par un brin conducteur sensiblement vertical ayant une longueur égale à une demi-longueur d'onde, soit un à deux mètres environ.
Pour améliorer la diffusion des programmes radio stéréophoniques et pour assurer un meilleur confort d'écoute à des auditeurs le long d'axes autoroutiers, des émetteurs synchronisés à la même fréquence jalonnent les axes autoroutiers. Les émetteurs peuvent également diffuser des signaux de données pour accorder automatiquement des récepteurs au moyen de messages numériques d'identification des programmes radio. Un tel système de radiodiffusion à modulation de fréquence est connu sous le sigle RDS (Radio Data System). Dans le cadre également de la diffusion d'informations numériques, celles-ci peuvent être produites par des micro-ordinateurs pour être diffusées vers des -récepteurs associés à des panneaux de télé-affichage dans des villes et dans des véhicules de transport en commun, à des bornes de parking, etc.
Pour toutes ces applications, l'antenne de réception, ou d'émission/réception, devrait avoir de petites dimensions pour des raisons d'encombrement in situ et d'esthétique, tout en conservant le caractère omnidirectionnel dans un plan horizontal propre à la radiodiffusion sonore. Pour satisfaire les conditions précédentes, la longueur de l'antenne doit être réduite, mais au détriment de la bande passante qui est d'autant plus diminuée. Dans ce cas, l'antenne sera accordée sur une bande passante relativement étroite, de quelques MHz.
Pour pallier les problèmes de dimension d'adaptation de l'antenne fouet, celle-ci pourrait être remplacée par une simple antenne en hélice dont la longueur serait réduite à une vingtaine de centimètres environ, soit un gain de longueur de l'ordre de 75 %. En sélectionnant expérimentalement le nombre de spires de l'hélice de l'antenne, l'antenne serait accordée à la fréquence souhaitée et adaptée à l'impédance d'une ligne coaxiale à laquelle elle est connectée.
Une telle antenne peut être par exemple fixée au sommet d'un poteau d'affichage pour arrêt de bus, ou au sommet d'un poteau tubulaire encore plus haut pour un système de télé-jalonnement de parking, ou bien sur le cadre d'un écran de télé-affichage urbain qui peut être à plus de cinq mètres au-dessus du sol. Toutes ces antennes sont difficiles d'accès.
Lorsqu'un opérateur d'une station radio privée ou locale décide de changer la fréquence d'émission de la station, ou bien lorsque l'opérateur est remplacé par un autre, toutes les antennes de réception, et/ou d'émission/réception, doivent être calées sur la nouvelle fréquence d'émission de station en changeant les antennes et en effectuant de nouvelles mesures pour accorder celles-ci.
Une antenne en hélice comprenant quatre hélices conductrices parallèles s'étendant autour d'un axe central commun suivant un même sens est divulguée dans la demande de brevet WO 96/07215. Une unique hélice diélectrique concentrique avec l'axe commun s'étend à l'intérieur des quatre hélices, et a une longueur sensiblement égale à celles des hélices conductrices qui sont régulièrement espacées et fixées sur l'hélice diélectrique. Un boítier contient les hélices et est fixé à une extrémité de l'hélice diélectrique. Un dispositif d'accord est fixé à l'autre extrémité de l'hélice diélectrique et peut tourner par rapport au boítier, afin que la rotation du dispositif d'accord modifie le pas de l'hélice diélectrique et par conséquent le pas commun aux hélices conductrices sans variation notable du diamètre nominal des hélices. Par exemple, lorsque le nombre de spires par unité de longueur diminue, la longueur des hélices conductrices augmente.
Une autre antenne en hélice à quatre fils ou "filaments" rayonnants hélicoïdaux est divulguée dans la demande de brevet WO 96/19846 et comprend également un moyen pour faire tourner une extrémité des fils par rapport à l'autre extrémité fixe de ceux-ci de manière à modifier la longueur et le pas des fils.
La demande de brevet EP 0 593 185 divulgue une antenne en hélice conforme à la première partie de la revendication 1.
De telles antennes sont des antennes de réception dans un système de télécommunications par satellite et rayonnent axialement en polarisation circulaire à des fréquences très élevées supérieures au gigahertz. La modification de la géométrie des hélices conductrices permet de modifier l'ouverture du diagramme de rayonnement de l'antenne suivant des directions de rayonnement proches de la direction axiale verticale.
L'objectif de l'invention est de fournir une antenne en hélice à polarisation linéaire remédiant aux inconvénients des antennes connues précitées, et plus précisément, fournir une antenne en hélice qui peut être accordée en fréquence très facilement et très rapidement par toute personne non qualifiée, sans utiliser d'appareil de mesure in situ et sans démonter l'antenne.
A cette fin, une antenne en hélice comprenant des première et deuxième hélices conductrices s'étendant autour d'un axe central commun suivant un même sens, est caractérisée en ce que les première et deuxième hélices ont des premières portions imbriquées l'une dans l'autre sans être en contact mécanique et des deuxièmes portions non imbriquées, et l'antenne comprend un moyen pour déplacer hélicoïdalement en glissant sur elle-même la deuxième hélice par rapport à la première hélice.
Grâce au déplacement hélicoïdal de la deuxième hélice par rapport à la première hélice, les hélices ayant des caractéristiques géométriques constantes, l'antenne est accordée à la fréquence souhaitée.
Les hélices ne sont pas en contact mécanique, c'est-à-dire sont isolées galvaniquement et sont seulement couplées par flux électromagnétiques. Cette isolation galvanique des hélices améliore la qualité des signaux reçus et/ou émis par l'antenne lorsque l'antenne, ou la partie de l'antenne entourant l'hélice découplée du câble coaxial d'alimentation de l'antenne, vient à toucher par inadvertance un fil électrique ou une masse métallique.
De manière à centrer le transformateur d'impédance réalisé par les premières portions imbriquées des hélices, les première et deuxième hélices sont sensiblement identiques, et de préférence les spires des premières portions d'hélice imbriquées sont régulièrement espacées les unes par rapport aux autres, de préférence sensiblement du demi-pas de spire d'hélice.
Selon une réalisation préférée, le moyen pour déplacer hélicoïdalement comprend un premier élément en matière isolante fixe et contenant au moins partiellement la première hélice, et un deuxième élément en matière isolante qui est vissé au premier élément et qui contient au moins partiellement la deuxième hélice. Le vissage et le dévissage du deuxième élément au premier élément respectivement diminue et augmente la longueur des portions d'hélice non imbriquées rayonnantes et ainsi respectivement augmente et diminue la fréquence d'accord de l'antenne. Au moins la deuxième portion de la deuxième hélice peut être fixée au deuxième élément. Les premier et deuxième éléments constituent en pratique un capot de protection de l'antenne. La fréquence souhaitée peut être sélectionnée aisément par toute personne non qualifiée en tournant le deuxième élément sur le premier élément. A cet effet est prévue une graduation en fréquence le long dudit premier élément, coopérant avec une extrémité du deuxième élément, par exemple par recouvrement partiel variable. Le vissage/dévissage du deuxième élément est arrêté par exemple lorsque le bord de l'extrémité filetée du deuxième élément est en regard de la fréquence souhaitée marquée sur la graduation.
Pour fixer l'antenne sur un poteau, montant ou toute autre assise, il est prévu une embase métallique ayant une face à laquelle est fixé un connecteur de ligne hyperfréquence ayant un conducteur central qui est relié à un brin de la deuxième portion de la première hélice, et sur l'autre face de laquelle une extrémité dudit premier élément est appliquée. L'étanchéité du capot formé par les premier et deuxième éléments peut être assurée par une rondelle d'étanchéité logée entre ladite extrémité dudit premier élément et l'embase. Une extrémité du deuxième élément peut être fermée, de préférence par un chapeau amovible, par lequel les deux hélices sont accessibles.
Pour maintenir dressées les hélices avec une certaine souplesse en cas de choc ou de vibration communiquée à l'embase ou au capot, il peut être prévu une pièce cylindrique en matière isolante qui est fixe et logée sensiblement axialement dans la première hélice, laquelle première hélice peut être fixée à la pièce cylindrique ; ou bien une pièce cylindrique en matière isolante qui est mobile avec la deuxième hélice et logée sensiblement axialement dans la deuxième hélice, laquelle deuxième hélice peut être fixée à la pièce cylindrique.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels :
  • la figure 1 est un schéma de principe d'une antenne en hélice selon l'invention ; et
  • la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une antenne en hélice selon une réalisation préférée de l'invention.
En référence à la figure 1, une antenne en hélice selon l'invention comprend deux hélices circulaires conductrices électriquement HI et HS. Les hélices ont un axe central commun YY et sont sensiblement identiques, c'est-à-dire présentent des pas de spire P constants et sensiblement égaux, des diamètres D constants et sensiblement égaux, et des longueurs LH constantes et sensiblement égales. Les hélices HI et HS sont de même sens ; selon la réalisation illustrée, les hélices sont directes (à gauche), bien que selon une autre réalisation elles peuvent être rétrogrades (à droite).
Les hélices HI et HS ont des premières portions HI1 et HS1 qui sont imbriquées l'une dans l'autre et des deuxièmes portions non imbriquées HI2 et HS2 entre lesquelles les premières portions imbriquées HI1 et HS1 s'étendent au centre de l'antenne.
Les spires de la première portion HI1 sont disposées parallèlement aux et régulièrement espacées des spires de l'autre première portion HS1 et ne sont pas en contact mécanique avec celles-ci. Chaque spire de l'une des premières portions HI1 et HS1 est sensiblement située à un demi-pas P/2 de deux spires successives de l'autre première portion.
Dans l'une des hélices, par exemple la première hélice HI, la deuxième portion HI2 complémentaire à la première portion HI1 a un brin d'extrémité BR relié au conducteur central CC d'un câble coaxial CA qui est relié à un équipement récepteur, ou émetteur/récepteur. Dans l'autre hélice, c'est-à-dire la deuxième hélice HS, la deuxième portion HS2 complémentaire à la première portion HS1 constitue l'extrémité libre de l'antenne en hélice.
L'axe YY de l'antenne en hélice est en pratique disposé verticalement. Par exemple la première hélice HI est située en partie inférieure de l'antenne et la deuxième hélice HS est située en partie supérieure de l'antenne. Les premières portions d'hélice imbriquées HI1 et HS1 sont alors respectivement une portion supérieure de la première hélice HI et une portion inférieure de la deuxième hélice HS.
Selon l'invention, l'une des hélices HI et HS est mobile hélicoïdalement par rapport à l'autre hélice. Selon la réalisation illustrée, la première hélice HI est fixe et la deuxième hélice HS est déplaçable hélicoïdalement en glissant sur elle-même, c'est-à-dire en subissant une translation du pas d'hélice P pour une rotation d'un tour sur elle-même. En d'autres termes, l'hélice mobile HS peut être simultanément tournée autour de l'axe YY de l'antenne et translatée suivant l'axe d'antenne YY, les déplacements hélicoïdaux, c'est-à-dire les rotations et translations simultanées, de l'hélice mobile HS pouvant être tantôt suivant un sens, tantôt suivant le sens opposé, comme indiqué par les doubles flèches R et T. Lorsque la deuxième hélice HS est déplacée hélicoidalement, la longueur LA de l'antenne diminue, respectivement augmente, et dans les mêmes proportions, la longueur d'imbrication IM des premières portions d'hélice HI1 et HS1 augmente, respectivement diminue, et la longueur utile d'antenne (LH-IM) de chacune des deuxièmes portions d'hélice HI2 et HS2 diminue, respectivement augmente.
L'antenne selon l'invention est ainsi sensiblement équivalente à une antenne en hélice qui a deux portions rayonnantes HI2 et HS2 de longueur variable (LH-IM) pour recevoir et/ou émettre des ondes électromagnétiques, et une partie centrale de longueur variable IM constituée par les premières portions d'extrémité HI1 et HS1. La partie centrale de l'antenne est analogue à un transformateur d'impédance dont le rapport de transformation est toujours égal à 1 puisque les nombres de spires couplées entre les premières portions HI1 et HS1 des hélices sont toujours égaux. Le transformateur d'impédance est un centreur d'impédance qui est le siège d'un ventre de courant. L'antenne se comporte comme un dipôle qui est variable en longueur et au centre duquel le courant est variable. L'impédance d'entrée de l'antenne en hélice est ainsi fonction du nombre de spires "réduit" par les premières portions imbriquées HI1 et HS1 des hélices et de l'impédance de l'antenne en hélice qui est principalement composée des impédances des deuxièmes portions HI2 et HS2 des hélices et ramenée au pied de l'antenne, au niveau du brin BR.
Ainsi, en déplaçant hélicoïdalement la deuxième hélice HS par rapport à la première hélice HI et, en conséquence, en faisant varier le couplage électromagnétique des hélices, l'impédance de l'antenne peut être adaptée à l'impédance caractéristique du câble coaxial d'alimentation CA et à la fréquence souhaitée notamment d'une station radio.
Selon une réalisation préférée montrée à titre d'exemple à la figure 2, les hélices HI et HS sont logées sensiblement dans une partie inférieure CPI et une partie supérieure CPS d'un capot cylindrique creux en matière isolante.
La partie inférieure CPI est fixée avec de la colle ou des vis sur une embase métallique EM par l'intermédiaire d'une rondelle d'étanchéité en caoutchouc RO. L'hélice HI est au moins partiellement logée dans la partie inférieure de capot CPI et est maintenue coaxialement à cette partie de capot CPI autour d'un guide cylindrique en matière isolante GU qui peut être plus long que la première hélice HI, voire presqu'aussi long que le double de la longueur de chaque hélice HI, HS. Des spires au moins de la deuxième portion HI2 de la première hélice peuvent être collées au guide GU. Le guide GU est fixé, par exemple par collage, sur la face supérieure de l'embase métallique EM à travers la rondelle RO. Au centre de la face inférieure externe de l'embase métallique EM est fixé un connecteur CO de câble coaxial CA. Le brin BR à l'extrémité inférieure de la portion inférieure HI2 de la première hélice HI est soudé au conducteur central CC du connecteur CO à travers un trou adéquat TR. L'embase EM est par exemple carrée ou circulaire et est fixée au sommet d'un poteau ou d'un mât de télé-affichage ou de tout autre support, ou bien sert de socle pour être fixée sur le pavillon d'un véhicule, ou sur le bord d'une table, ou sur le boítier d'un micro-ordinateur.
La partie supérieure de capot CPS a une extrémité inférieure taraudée ET de manière à être vissée autour d'une extrémité supérieure filetée EF de la partie de capot inférieure CPI. Les pas de filetage des extrémités taraudée et filetée ET et EF sont égaux au pas d'hélice P afin de maintenir les spires des hélices sensiblement parallèles et équidistantes entr'elles lors du vissage de la partie CPS à la partie CPI.
Dans la partie supérieure de l'alésage de la partie supérieure de capot CPS est ménagée une gorge hélicoïdale GH de manière à y fixer, par exemple par collage, au moins quelques spires à l'extrémité supérieure de la deuxième portion HS2 de la deuxième hélice HS. La base supérieure de la partie de capot CPS est fermée par un fond monolithique avec la partie CPS, ou bien par un chapeau CH fixé de manière amovible sur la partie de capot CPS.
Ainsi, lorsque la partie supérieure de capot CPS est vissée sur ou dévissée de la partie inférieure de capot CPI, la deuxième hélice HS descend ou monte dans la première hélice HI, et plus précisément la longueur variable IM des premières portions d'hélice imbriquées HI1 et HS1 augmente ou diminue de manière à accorder et adapter l'antenne en hélice à une fréquence souhaitée plus élevée ou plus faible. Le déplacement relatif de l'une HS des hélices par rapport à l'autre hélice HI, et plus précisément de la deuxième partie de capot mobile CPS par rapport à la première partie de capot fixe CPI est indiqué par une graduation GR le long de l'extrémité supérieure de la partie de capot CPI qui est recouverte partiellement par la partie de capot CPS. La graduation a des divisions de 5 ou 10 MHz par exemple afin d'accorder manuellement et précisément l'antenne, sans recourir à un appareil de mesure. La graduation est établie expérimentalement en usine, et est par exemple gravée sur la partie de capot CPI.
Chacune des hélices HI et HS est constituée d'un fil métallique en cuivre enrobé dans une mince gaine en matière plastique ou revêtu d'une couche de protection isolante, telle que vernis, par exemple.
Avantageusement, l'antenne selon l'invention offre une certaine flexibilité qui la rend insensible à des vibrations communiquées par le support de l'antenne à travers l'embase et le capot, grâce à l'absence de contact mécanique entre les hélices.
A titre indicatif, une antenne en hélice pour recevoir ou émettre des ondes radio-électriques dans des fréquences comprises entre 70 MHz environ et 150 MHz environ comprend une longueur de fil conducteur pour chaque hélice de l'ordre du quart d'onde, c'est-à-dire chaque hélice a une longueur sensiblement comprise entre 7 et 12 cm, un diamètre D de 3 à 5 cm environ et un pas P de l'ordre du centimètre. Le capot CPI-CPS et les autres éléments en matière isolante G et D sont par exemple en Plexiglas. Le capot a une longueur qui varie entre 15 cm environ et 25 cm environ.
L'antenne en hélice selon l'invention rayonne en polarisation linéaire et présente un diagramme quasi omni-directionnel suivant des directions azimutales sensiblement perpendiculaires à l'axe YY, c'est-à-dire sensiblement parallèles au sol.
L'antenne en hélice de l'invention décrite ci-dessus ne présente pas avantageusement de pièces mobiles superflues, de contacts directs des hélices avec l'extérieur et des risques d'infiltration d'eau. L'antenne est insensible aux vibrations mécaniques. Aucun outil n'est requis pour accorder l'antenne.
Bien que l'invention ait été décrite suivant un exemple de réalisation préféré, d'autres réalisations pourront être adaptées par l'homme du métier en fonction de l'accord en fréquence et de l'adaptation d'impédance souhaitées. Ainsi, les dimensions des deux hélices composant l'antenne peuvent être différentes notamment en diamètre et longueur. Le guide intérieur GU peut être fixé sous le fond CH de la partie supérieure de capot CPS au lieu d'être fixé sur l'embase EM, et des spires au moins de la deuxième portion HS2 de la deuxième hélice peuvent être collées au guide au lieu d'être collées dans la gorge GU selon la réalisation illustrée. Selon une autre variante, les filetages des parties inférieure et supérieure de capot CPI et CPS sont respectivement interne et externe afin que la partie de capot CPS soit vissée dans la partie de capot CPI.
D'autres montages du type assemblage vis-écrou pour déplacer hélicoïdalement en glissant sur elle-même la deuxième hélice par rapport à la première peuvent être prévus. Le moyen comprenant les première et deuxième parties de capot peut en outre être associé à un moteur télécommandable de manière à automatiquement déplacer la deuxième hélice et accorder l'antenne en hélice à la fréquence souhaitée.

Claims (11)

  1. Antenne en hélice comprenant des première et deuxième hélices conductrices rayonnantes (HI, HS) s'étendant autour d'un axe central commun (YY) suivant un même sens, les première et deuxième hélices ayant des premières portions (HI1, HS1) imbriquées l'une dans l'autre sans être en contact mécanique et des, deuxièmes portions non imbriquées (HI2, HS2), caractérisée en ce que l'antenne comprend un moyen (CPI, CPS) pour déplacer hélicoïdalement en glissant sur elle-même la deuxième hélice (HS) par rapport à la première hélice (HI).
  2. Antenne conforme à la revendication 1, dans laquelle les première et deuxième hélices (HI et HS) sont sensiblement identiques.
  3. Antenne conforme à la revendication 1 ou 2, dans laquelle les spires des premières portions d'hélice imbriquées (HI1, HS1) sont régulièrement espacées les unes par rapport aux autres, de préférence sensiblement à mi-distance (P/2).
  4. Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le moyen pour déplacer hélicoïdalement comprend un premier élément en matière isolante (CPI) fixe et contenant au moins partiellement la première hélice (HI), et un deuxième élément en matière isolante (CPS) qui est vissé au premier élément (CPI) et qui contient au moins partiellement la deuxième hélice (HS).
  5. Antenne conforme à la revendication 4, dans laquelle au moins la deuxième portion (HS2) de la deuxième hélice (HS) est fixée au deuxième élément (CPS).
  6. Antenne conforme à la revendication 4 ou 5, comprenant une embase métallique (EM) ayant une face à laquelle est fixé un connecteur de ligne hyperfréquence (CO) ayant un conducteur central (CC) qui est relié à un brin (BR) de la deuxième portion (HI2) de la première hélice (HI), et sur l'autre face de laquelle une extrémité dudit premier élément (CPI) est appliquée.
  7. Antenne conforme à la revendication 6, comprenant une rondelle d'étanchéité (RO) logée entre ladite extrémité dudit premier élément (CPI) et ladite embase (EM).
  8. Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans laquelle une extrémité dudit deuxième élément (CPS) est fermée, de préférence par un chapeau amovible (CH).
  9. Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 8, comprenant une graduation en fréquence (GR) le long dudit premier élément (CPI) et coopérant avec une extrémité dudit deuxième élément (CPS).
  10. Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une pièce cylindrique en matière isolante (GU) qui est fixe et logée sensiblement axialement dans au moins la première hélice (HI).
  11. Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une pièce cylindrique en matière isolante qui est mobile avec la deuxième hélice (HS) et est logée sensiblement axialement dans au moins la deuxième hélice.
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