EP0958635B1 - Antenne a geometrie variable - Google Patents

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EP0958635B1
EP0958635B1 EP98910784A EP98910784A EP0958635B1 EP 0958635 B1 EP0958635 B1 EP 0958635B1 EP 98910784 A EP98910784 A EP 98910784A EP 98910784 A EP98910784 A EP 98910784A EP 0958635 B1 EP0958635 B1 EP 0958635B1
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EP
European Patent Office
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relay
sections
antenna
module
rod
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Expired - Lifetime
Application number
EP98910784A
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German (de)
English (en)
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EP0958635A1 (fr
Inventor
Frédéric Thomson-CSF S.C.P.I. NGO BUI HUNG
William Thomson-Csf S.C.P.I. Rebernak
Sylvain Thomson-Csf S.C.P.I. Kretschmer
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.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Priority claimed from FR9701428A external-priority patent/FR2759497A1/fr
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP0958635A1 publication Critical patent/EP0958635A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0958635B1 publication Critical patent/EP0958635B1/fr
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
    • H01Q3/247—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching by switching different parts of a primary active element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/48—Combinations of two or more dipole type 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
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/18—Vertical disposition of the antenna
    • 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
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • 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
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/32—Vertical arrangement of element

Definitions

  • the present invention relates to antennas whose dimensions can be modified in order to modify their characteristics generally for the purpose of making them work, choice, in one of several frequency bands; these antennas are mainly used at frequencies below 1 GHz.
  • Antennas which comprise at least one element radiating with variable electrical length, made from an alignment of n, with n integer greater than 1, conductive sections separated by switching modules designed to electrically interconnect all or part of the sections. From that of its two ends where it is supplied, the alignment constitutes a radiating element which is made, choice of 1, 2, ... n sections. This is how, in in particular, unipolar antennas with variable geometry.
  • the switching modules are simply constituted by fixing means, generally a screw and a nut respectively carried by the ends opposite the sections to electrically connect.
  • fixing means generally a screw and a nut respectively carried by the ends opposite the sections to electrically connect.
  • the object of the present invention is to avoid the drawbacks mentioned above in antennas whose geometry is adjustable remotely.
  • the antenna according to claim 1 comprises sections of switching comprising an electromechanical relay with two stable states, controlled by two photovoltaic devices which are themselves controlled respectively by two fiber optic cables.
  • sections of switching comprising an electromechanical relay with two stable states, controlled by two photovoltaic devices which are themselves controlled respectively by two fiber optic cables.
  • US-A-5,293,172 which describes an antenna in which antenna sections are connected between them by switching modules comprising an electronic relay to two states, controlled by a photovoltaic device which is itself controlled by fiber optic cable; this antenna has, in particular, two drawbacks: - the relay does not allow to pass from strong powers - to maintain one of the two states the device photovoltaic must be permanently lit.
  • the antenna according to claim 2 comprises sections antenna interconnected by switching modules comprising a conductive piece that an insulating rod slides along the antenna thus making it possible to couple two sections of the antenna; in this antenna which is located above a ground plane, the rod insulator crosses the ground plane and so it is possible to maneuver the rod from below the ground plane, thus avoiding disturbing the antenna operation.
  • patent application EP-A-0 428 229 which describes an antenna made of antenna sections with, to connect two consecutive sections together of the antenna, an electromechanical bistable relay "incorporated” in the interval between the two sections considered; this relay includes two position contacts, one rod to move the contacts and two rod drive devices which are controlled from signals taken from the antenna using wires; this antenna comprises, for connecting two sections, some elements which are comparable to those of the claim 2 but on the one hand it does not include the "part conductive which slides "and which authorizes high powers and strong tensions and on the other hand its constituent elements are all incorporated in the interval between the sections considered and are therefore not without effect on the functioning of the antenna contrary to what is passes into the antenna according to claim 2 wherein the second end of the insulating rod is located under a ground plane so that the means for driving the insulating rod can be arranged under this ground plan.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an antenna according to the invention. It is a unipolar antenna, also called antenna whip.
  • This antenna is of variable geometry and has a part radiating 1 and a ground plane M.
  • the radiating part comprises two conductive sections, aligned, 11, 12, separated by a gap with, associated with this interval, a switching module, 2, which will described in more detail using FIG. 2; this radiant part is arranged perpendicular to the ground plane M, at the level of a hole T drilled in the ground plane, and is entirely above the plane with mass M.
  • the conductive sections 11, 12 are hollow cylinders the opposite ends of which are electrically connected respectively with two accesses of the switching module 2.
  • Two optical fibers F1, F2 that is to say electrically insulating light conductors and transparent to radio waves, connect two optical connectors C1, C2 located under the ground plane M, to the module switching 2; these fibers pass through the hole T then inside the section 11 taking advantage of the fact that this section is a hollow cylinder open at both ends.
  • a control box, L comprising a laser power source, allows to send, a light pulse, as desired, on the optical connector C1 or on the optical connector C2.
  • the transmit-receive access of the antenna is between the plane of ground M and a terminal A located on the conductive section 11 at immediate vicinity of the ground plane.
  • the antenna according to FIG. 1 is intended to work between 1.5 and 30 MHz, in a low band 1.5 - 7.5 MHz and a high band 7.5 - 30 MHz.
  • the length of each of the sections 11, 12 has been grip substantially equal to 5 meters and, thanks to the module switching 2, the conductive section 12 may or may not be connected to section 11 which gives the antenna a height radio frequency of 10 meters for the low band and 5 meters for the high band.
  • FIG 2 is a schematic view of the switching module 2 in Figure 1.
  • This module includes an R relay and two cells photovoltaic 21, 22.
  • Relay R is a bi-stable electromechanical relay, both of which stable states are respectively controlled by pulses of current, from two inputs E1, E2.
  • the two stable states correspond respectively to the opening and closing of a internal contact at the relay.
  • the terminals S1, S2 of this contact constitute the accesses for using the relay; they are respectively connected sections 11 and 12 shown in FIG. 1 so that allow, as indicated above, to ensure or not a connection electric between these two sections.
  • Relay R can consist of a REED SUPERDIL type relay marketed by CELDUC under the reference G31R3210.
  • optical fibers F1, F2 lead respectively to the light inputs of the photovoltaic cells 21, 22 and the outputs of current of these cells are respectively connected to the inputs E1, E2 of relay R.
  • an impulse light coming, as it was indicated previously, from the case L is routed via the optical connector C1 and the optical fiber F1 to the photovoltaic cell 21; the current pulse which results at the output of the photovoltaic cell 21 passes or leaves in closed position the contact of relay R depending on whether this contact was in open or closed position before the impulse arrives.
  • a light pulse is sent from the housing L to the photovoltaic cell 22; the resulting current pulse at the output of the photovoltaic cell 22 passes or leaves in position open the contact of relay R depending on whether this contact was in position closed or open before the impulse arrives.
  • the conductive section 11 was hollow for passing the optical fibers inside and that without any noticeable disadvantage on the operating plan, the fibers can be placed outside the conductive section and in particular on the conductive section; in the if the conductive section is full this way of passing fibers would also be the only possible.
  • FIG 3 is the simplified diagram of another antenna according to the invention.
  • the antenna is here of the horizontal dipole type and each of the two arms of the dipole have three aligned conducting sections, separated from each other by switching modules 2a, 3a, 2b, 3b.
  • These switching modules represented schematically by a simple contact, are, in the antenna which served as an example to the present description, of the same type as the switching module 2 in the figures 1 and 2.
  • optical fibers not shown, are used to control these modules; they run along dipole arm, coming from the middle of the dipole, to reach the different modules.
  • the antenna used as an example for the drawing according to Figure 3 is an antenna designed for microwave links by reflection ionospheric in the 1.5-12 MHz band over a distance of 0 to 500 km.
  • the antenna When the four switch modules are open the antenna has an electrical span of 15 meters, the sections 11a, 11b being alone in operation. The antenna is then provided for operate between 6 and 12 MHz.
  • modules 2a, 2b are closed and modules 3a, 3b open, the electrical span is increased to 30 meters and the antenna is designed to operate between 3 and 6 MHz. And, when the four switch modules are closed, the span electric is 60 meters and the antenna is designed to work between 1.5 and 3 MHz.
  • the invention in the context of the use of optical fibers, is not not limited to the examples described or mentioned; this is how switching modules can have a relay in a stable state and an unstable state; in this case a single optical fiber and a single cell sufficient and the control of the unstable state is done by sending a continuous luminous flux through the optical fiber during all the time that this unstable state must be maintained; return to the state stable is achieved by stopping the sending of the luminous flux.
  • This way of certainly has the advantage of reducing the number of elements to ensure switching but has the disadvantage of requiring, for the maintenance in an unstable state, a continuous luminous flux, i.e. continuous energy and possibly a more light source powerful than with a relay with two stable states controlled by pulses.
  • a third type of switching module can be used; he has a relay with two stable states but with only one input, and this relay, of the counter type, changes state with each pulse received on his entry.
  • this relay of the counter type, changes state with each pulse received on his entry.
  • a single optical fiber and a single photovoltaic cell are required by module and, as with the module described using the Figure 2, the control is done by pulses.
  • this module presents the disadvantage of requiring specific means for the operator signaling of the open or closed state of the relay; indeed with two types of modules preceding the remote controls of the open states - and closed are separate and either the last remote control can be easily signposted, either the desired remote control can be carried out for all practical purposes, as a safety measure, in the event of doubt about relay status; it is different with a counter type relay since, in case of doubt about the state of the relay, it cannot be carried out to a security command and therefore, for example, knowing the state of the relay at a given time, have a means of modulo 2 counting for remote controls carried out from this given time.
  • the relay of a switching module can be of the type electronic.
  • antennas comprising several modules switching
  • photovoltaic cells that have been discussed above they can be replaced by cell batteries photovoltaic while optical fibers can be replaced by optical cables comprising several optical fibers in parallel.
  • module relays not not ordinary "open-closed” relays but relays which in one of their two states, even in their two states, commute a impedance, for example: infinite impedance in the open state and impedance Z in the closed state.
  • Figure 4 is a schematic sectional view of an antenna which is distinguished from the antenna according to FIG. 1 only by the module of switching and control device of this module.
  • the Figure 4 shows a unipolar antenna with variable geometry with: - the same radiating part 1 made of two conductive sections, aligned 11, 12 separated by an interval with, associated with this interval, a switching module, 2 ', consisting of a two-state relay, open-closed, of the mechanical switch type, - a ground plane M arranged like the one in figure 1 - and a transmission-reception access between the plane and a terminal A located at the bottom of the conductive section 11.
  • the control of the mechanical switch 2 ' is provided by an assembly consisting of a plunger core coil, 5, the movable part 51 of which is extended by a rod 6 made of a material insulating, transparent to electromagnetic waves.
  • the coil is located under the ground plane M through which the rod 6 passes through a hole Tm.
  • the rod is bent at a right angle and comes into contact with the switch blade 2 '.
  • FIGS 5a, 5b are schematic sectional views which correspond to an alternative embodiment of the antenna according to the figure 4; in this realization, always with the same type of antenna, the switching of the conductive section 12 is done by a module switching consisting of a conductive sleeve 7 which can slide inside the hollow sections 11 and 12, against the part of these sections located in the vicinity of the interval between them; this sleeve thus plays a role of mechanical relay in two states, open-closed, between the hollow sections 11 and 12.
  • a plunger core coil, 5 is used; it is located under the ground plane M, directly above the hole T drilled in the ground plane under the radiating part 1.
  • the part mobile 51 of the coil 5 is extended by a rod 6 '.
  • This rod is a straight rod which penetrates, at its upper end, into the sleeve 7 in which it is blocked.
  • the movable part 51 is in the retracted position or output as shown respectively in Figures 5a and 5b.
  • the conductive sleeve 7 does contact with section 11, so that the antenna is designed to operate with only this section as a radiating element.
  • the conductive sleeve 7 makes contact with the two sections 11 and 12 and, this time, the antenna is designed to operate with the two sections 11 and 12 as radiant elements.
  • FIGS 6a, 6b are schematic sectional views which correspond to an alternative embodiment of the antenna according to the invention.
  • a module for 7 'switching is used which, instead of ensuring a connection by conductive element between two radiating sections, ensures connection by capacitive coupling.
  • this antenna is not distinguished from the antenna according to FIGS. 5a, 5b only by the switching module 7 '; therefore it was considered preferable, to bring out the difference, to show, in Figures 6a, 6b only the part of the antenna located at neighborhood of the switching module.
  • the switching module 7 ' has two sleeves: one inner sleeve 70 an outer sleeve 71.
  • the inner sleeve is a conductive sleeve; an insulating rod, 6 ', identical to the rod 6' according to Figures 5a, 5b enters the sleeve 70, at its end upper and is locked inside the sleeve.
  • the sleeve outer, thin, is a dielectric sleeve, blocked, with its lower part, inside a hollow, conductive section 11 and, at its upper part, inside a hollow conductive section 12.
  • the inner sleeve 70 slides in the outer section 71.
  • the rod 6 ' is shown in the lower position, with the sleeve 70 entirely contained in section 11; in this position the module 7 'does not provide an electrical connection between the sections 11 and 12.
  • the rod 6 ' is shown in the high position, with the sleeve 70, the lower part of which is contained in the section 11 and the upper part in the section 12.
  • the facing portions of the section 11 and of the sleeve 70 on the one hand and of the section 12 and of the sleeve 70 on the other hand respectively constitute the plates of two capacitors.
  • the sections 11 and 12 are thus connected by these two capacitors arranged in series.
  • the dielectric sleeve 71 greatly reduces wear due to sliding since eliminates the friction metal on metal of the realization according to the figures 5a, 5b.
  • the section 12 of FIGS. 6a, 6b has a length greater than that of the section 12 of the antenna according to FIGS. 5a, 5b; this is due to the capacity brought by the switching module, capacity which leads a decrease in the electrical length of the antenna.
  • the invention is not not limited to the examples described, this is how it can be applied in the case of more than two aligned radiating sections; insulating rods for controlling switching modules can then be arranged next to each other or made so concentric.
  • the conductive sleeves of the modules must be drilled eccentric holes to allow the passage of the insulating rods of order modules placed above them. Plus the stems insulation will be curved so that it can be ordered in translation independently of each other, so as to pass the lower modules by eccentric holes and so as to be centered when they enter their respective modules.
  • the stems are concentric they must, at at least all except one, have an off-center part at their end lower, to allow control in translation independently of each other.
  • the translational commands of the insulating rods can be performed in various ways and, in particular, manually.
  • the conductive sections can be full when the rods insulators are external as in the case of FIG. 4.
  • Switch modules can consist of sleeves which, instead of penetrating into the conductive sections, surround these conductive sections; but again the module of switching is arranged at the interval between the two sections it switches and switching is ensured by sliding of the conductive sleeve along the sections.

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Description

La présente invention concerne les antennes dont les dimensions peuvent être modifiées afin de modifier leurs caractéristiques radioélectriques dans le but, généralement, de les faire travailler, au choix, dans une parmi plusieurs bandes de fréquences ; ces antennes sont principalement utilisées à des fréquences inférieures à 1 GHz.
Des antennes sont connues qui comportent au moins un élément rayonnant à longueur électrique variable, réalisé à partir d'un alignement de n, avec n entier supérieur à 1, tronçons conducteurs séparés par des modules de commutation conçus pour relier électriquement entre eux tout ou partie des tronçons. A partir de celle de ses deux extrémités où il est alimenté, l'alignement constitue un élément rayonnant qui est fait, au choix, de 1, 2, ... n tronçons. C'est ainsi que sont réalisées, en particulier, des antennes unipolaires à géométrie variable.
Dans certains cas les modules de commutation sont simplement constitués par des moyens de fixation, généralement une vis et un écrou respectivement portés par les extrémités en regard des tronçons à raccorder électriquement. Quand le raccordement doit être commandé à distance pour des raisons de facilité et/ou de rapidité de mise en oeuvre, il est connu d'utiliser un module de commutation du type relais électrique et des moyens de liaison faits de deux fils électriques pour commander le relais; la présence de ces fils qui sont isolés radioélectriquement des tronçons conducteurs de façon plus ou moins efficace, limite les performances de l'antenne et cette limitation est d'autant plus grande que l'antenne supporte de fortes puissances ou de fortes tensions, comme c'est le cas avec les antennes fonctionnant en ondes décamétriques.
Il est à noter également qu'il est connu, par le brevet US 4 728 805, de réaliser des antennes à partir d'une matrice tri-dimensionnelle dont les rangs sont faits de segments conducteurs avec, aux intersections des rangs, des éléments photoconducteurs qui assurent des connexions entre segments quand ils sont éclairés. Cette technique n'est utilisable, du fait des photoconducteurs disponibles dans le commerce, qu'avec des antennes de faible puissance et, de plus, ces photoconducteurs doivent être éclairés en permanence pour être maintenus dans l'état passant.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients précités dans les antennes dont la géométrie est réglable à distance.
Ceci est obtenu grâce à une commande à distance qui met en oeuvre des moyens de liaison qui ne perturbent pas le fonctionnement radioélectrique de l'antenne, associés à des moyens de commutation qui peuvent être choisis pour supporter de fortes puissances ou de fortes tensions.
Selon la présente invention cela est mis en oeuvre par des antennes telles que définies d'une part dans la revendication 1 et d'autre part dans la revendication 2.
L'antenne selon la revendication 1 comporte des tronçons de commutation comportant un relais électromécanique à deux états stables, commandé par deux dispositifs photovoltaïques qui sont eux-mêmes commandés respectivement par deux câbles à fibres optiques. Relativement à cette antenne il est à noter le brevet US-A-5 293 172 qui décrit une antenne dans laquelle des troncons d'antenne sont reliés entre eux par des modules de commutation comportant un relais électronique à deux états, commandé par un dispositif photovoltaïque qui est lui-même commandé par un câble à fibre optique ; cette antenne présente, en particulier, deux inconvénients : - le relais ne permet pas de passer de fortes puissances - pour maintenir l'un des deux états le dispositif photovoltaïque doit être éclairé en permanence.
L'antenne selon la revendication 2 comporte des tronçons d'antenne reliés entre eux par des modules de commutation comportant une pièce conductrice qu'une tige isolante fait coulisser le long de l'antenne permettant ainsi de coupler deux tronçons de l'antenne ; dans cette antenne qui est située au-dessus d'un plan de masse, la tige isolante traverse le plan de masse et ainsi il est possible de manoeuvrer la tige de dessous le plan de masse en évitant donc de perturber le fonctionnement de l'antenne. Relativement à cette antenne il est à noter la demande de brevet EP-A-0 428 229 qui décrit une antenne faite de tronçons d'antenne avec, pour relier entre eux deux tronçons consécutifs de l'antenne, un relais électromécanique bistable "incorporé" dans l'intervalle entre les deux tronçons considérés ; ce relais comporte des contacts à deux positions, une tige pour déplacer les contacts et deux dispositifs d'entraínement de la tige qui sont commandés à partir de signaux pris sur l'antenne à l'aide de fils ; cette antenne comporte, pour relier deux tronçons, certains éléments qui sont comparables à ceux de la revendication 2 mais d'une part elle ne comporte pas la "pièce conductrice qui coulisse" et qui autorise des puissances élevées et de fortes tensions et d'autre part ses éléments constitutifs sont tous incorporés dans l'intervalle entre les tronçons considérés et ne sont donc pas sans effet sur le fonctionnement de l'antenne à l'inverse de ce qui se passe dans l'antenne selon la revendication 2 où la seconde extrémité de la tige isolante est située sous un plan de masse de manière que les moyens d'entraínement de la tige isolante puissent être disposés sous ce plan de masse.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaítront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent :
  • la figure 1, une vue schématique d'une antenne selon l'invention,
  • la figure 2, une vue plus détaillée d'une partie de l'antenne selon la figure 1,
  • les figures 3, 4, 5a, 5b, 6a, 6b d'autres vues schématiques relatives à des antennes selon l'invention.
La figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'une antenne selon l'invention. Il s'agit d'une antenne unipolaire, aussi dite antenne fouet. Cette antenne est à géométrie variable et comporte une partie rayonnante 1 et un plan de masse M. La partie rayonnante comporte deux tronçons conducteurs, alignés, 11, 12, séparés par un intervalle avec, associé à cet intervalle, un module de commutation, 2, qui sera décrit plus en détail à l'aide de la figure 2 ; cette partie rayonnante est disposée perpendiculairement au plan de masse M, au niveau d'un trou T percé dans le plan de masse, et se situe toute entière au-dessus du plan de masse M. Les tronçons conducteurs 11, 12 sont des cylindres creux dont les extrémités en regard sont respectivement reliées électriquement à deux accès du module de commutation 2. Deux fibres optiques F1, F2, c'est-à-dire des conducteurs de lumière électriquement isolants et transparents aux ondes radioélectriques, relient respectivement deux connecteurs optiques C1, C2 situés sous le plan de masse M, au module de commutation 2 ; ces fibres passent par le trou T puis à l'intérieur du tronçon 11 en profitant du fait que ce tronçon est un cylindre creux ouvert à ses deux extrémités. Un boítier de commande, L, comportant une source laser de puissance, permet d'envoyer, une impulsion lumineuse, au choix, sur le connecteur optique C1 ou sur le connecteur optique C2.
L'accès émission-réception de l'antenne se fait entre le plan de masse M et une borne A située sur le tronçon conducteur 11 au voisinage immédiat du plan de masse.
Pour simplifier le dessin et parce qu'ils n'apportent rien à la compréhension de l'invention, les moyens de fixation qui relient mécaniquement entre elles toutes les pièces de la figure 1 n'ont pas été représentés ; il en est de même pour les autres figures de ce document.
L'antenne selon la figure 1 est destinée à travailler entre 1,5 et 30 MHz, en une bande basse 1,5 - 7,5 MHz et une bande haute 7,5 - 30 MHz. Pour cela la longueur de chacun des tronçons 11, 12 a été prise sensiblement égale à 5 mètres et, grâce au module de commutation 2, le tronçon conducteur 12 peut être ou ne pas être connecté au tronçon 11 ce qui donne à l'antenne une hauteur radioélectrique de 10 mètres pour la bande basse et de 5 mètres pour la bande haute.
La figure 2 est une vue schématique du module de commutation 2 de la figure 1. Ce module comporte un relais R et deux cellules photovoltaïques 21, 22.
Le relais R est un relais électromécanique bi-stable dont les deux états stables sont respectivement commandés, par impulsions de courant, à partir de deux entrées E1, E2. Les deux états stables correspondent respectivement à l'ouverture et à la fermeture d'un contact interne au relais. Les bornes S1, S2 de ce contact constituent les accès d'utilisation du relais ; elles sont respectivement connectées aux tronçons 11 et 12 représentés sur la figure 1 de manière à permettre, comme indiqué plus avant, d'assurer ou non une liaison électrique entre ces deux tronçons. Le relais R peut être constitué par un relais type REED SUPERDIL commercialisé par la société CELDUC sous la référence G31R3210.
Les fibres optiques F1, F2 aboutissent respectivement sur les entrées de lumière des cellules photovoltaïques 21, 22 et les sorties de courant de ces cellules sont respectivement reliées aux entrées E1, E2 du relais R.
Pour connecter en série les deux tronçons 11 et 12 représentés sur la figure 1, afin de constituer un aérien de 10 mètres, une impulsion lumineuse provenant, comme il a été indiqué précédemment, du boítier L est acheminée via le connecteur optique C1 et la fibre optique F1 jusqu'à la cellule photovoltaïque 21 ; l'impulsion de courant qui en résulte à la sortie de la cellule photovoltaïque 21 fait passer ou laisse en position fermée le contact du relais R selon que ce contact était en position ouverte ou fermée avant l'arrivée de l'impulsion.
De la même façon, lorsqu'un fonctionnement avec un aérien de 5 mètres est désiré, c'est-à-dire avec seulement le tronçon 11 représenté sur la figure 1, une impulsion lumineuse est envoyée du boítier L vers la cellule photovoltaïque 22 ; l'impulsion de courant qui en résulte à la sortie de la cellule photovoltaïque 22 fait passer ou laisse en position ouverte le contact du relais R selon que ce contact était en position fermée ou ouverte avant l'arrivée de l'impulsion.
L'antenne qui vient d'être décrite à l'aide des figures 1 et 2, en utilisant des fibres optiques au lieu de conducteurs électriques pour la télécommande du module de commutation entre les tronçons conducteurs 11, 12 évite le couplage qui se serait établi entre le tronçon et les conducteurs électriques.
Il est à noter que c'est par souci d'esthétique qu'il a été choisi de profiter de ce que le tronçon conducteur 11 était creux pour faire passer les fibres optiques à l'intérieur et que, sans inconvénient notoire sur le plan du fonctionnement, les fibres peuvent être placées à l'extérieur du tronçon conducteur et en particulier sur le tronçon conducteur ; dans le cas où le tronçon conducteur serait plein cette manière de faire passer les fibres serait d'ailleurs la seule possible.
La figure 3 est le schéma simplifié d'une autre antenne selon l'invention. L'antenne est ici du type dipôle horizontal et chacun des deux bras du dipôle comporte trois tronçons conducteurs alignés, séparés les uns des autres par des modules de commutation 2a, 3a, 2b, 3b. Ces modules de commutation représentés schématiquement par un simple contact, sont, dans l'antenne qui a servi d'exemple à la présente description, du même type que le module de commutation 2 des figures 1 et 2. Et, toujours dans l'antenne considérée, des fibres optiques, non représentées, servent à la commande de ces modules ; elles longent les bras du dipôle, en venant du milieu du dipôle, pour aboutir sur les différents modules.
L'antenne ayant servi d'exemple pour le dessin selon la figure 3 est une antenne conçue pour des liaisons hertziennes par réflexion ionosphérique dans la bande 1,5-12 MHz sur une distance de 0 à 500 km. Quand les quatre modules de commutation sont ouverts l'antenne a une envergure électrique de 15 mètres, les tronçons 11a, 11b étant seuls en fonctionnement. L'antenne est alors prévue pour fonctionner entre 6 et 12 MHz. Quand les modules 2a, 2b sont fermés et les modules 3a, 3b ouverts, l'envergure électrique est portée à 30 mètres et l'antenne est prévue pour fonctionner entre 3 et 6 MHz. Et, quand les quatre modules de commutation sont fermés, l'envergure électrique est de 60 mètres et l'antenne est prévue pour fonctionner entre 1,5 et 3 MHz.
L'invention, dans le cadre de l'utilisation de fibres optiques, n'est pas limitée aux exemples décrits ou mentionnés ; c'est ainsi que les modules de commutation peuvent comporter un relais à un état stable et un état instable ; dans ce cas une seule fibre optique et une seule cellule photovoltaïque suffisent et la commande de l'état instable se fait par l'envoi d'un flux lumineux continu à travers la fibre optique pendant tout le temps que doit être maintenu cet état instable ; le retour à l'état stable se fait par arrêt de l'envoi du flux lumineux. Cette façon de procéder a certes l'avantage de réduire le nombre d'éléments pour assurer la commutation mais a l'inconvénient de nécessiter, pour le maintien à l'état instable, un flux lumineux continu, c'est-à-dire de l'énergie en continu et éventuellement une source lumineuse plus puissante qu'avec un relais à deux états stables commandés par impulsions.
Un troisième type de module de commutation est utilisable ; il comporte un relais à deux états stables mais à une seule entrée, et ce relais, de type compteur, change d'état à chaque impulsion reçue sur son entrée. Comme avec le module décrit dans le paragraphe précédent, une seule fibre optique et une seule cellule photovoltaïque sont nécessaires par module et, comme avec le module décrit à l'aide de la figure 2, la commande se fait par impulsions. Mais ce module présente l'inconvénient de nécessiter, pour l'opérateur, des moyens spécifiques de signalisation de l'état ouvert ou fermé du relais ; en effet avec les deux types de modules précédents les télécommandes des états ouvert - et fermé sont distinctes et soit la dernière télécommande peut donc être facilement signalisée, soit la télécommande désirée peut être effectuée à toutes fins utiles, par mesure de sécurité, dans le cas d'un doute sur l'état du relais ; il en va différemment avec un relais de type compteur puisque, en cas de doute sur l'état du relais, il ne peut pas être procédé à une commande de sécurité et qu'il faut donc, par exemple, connaissant l'état du relais à un moment donné, disposer d'un moyen de comptage modulo 2 pour les télécommandes effectuées à partir de ce moment donné.
De même le relais d'un module de commutation peut être de type électronique.
Quant aux antennes comportant plusieurs modules de commutation, il est possible de réaliser certains de ces modules selon l'invention et d'autres selon l'art connu, par exemple en reliant certains tronçons conducteurs par des moyens de fixation du type vis-écrou.
Pour ce qui est des cellules photovoltaïques dont il a été question ci-avant elles peuvent être remplacées par des batteries de cellules photovoltaïques tandis que les fibres optiques peuvent être remplacées par des câbles optiques comportant plusieurs fibres optiques en parallèle.
Il est même possible d'utiliser, pour les relais des modules, non pas des relais "ouvert-fermé" ordinaires mais des relais qui dans un de leurs deux états, voire dans leurs deux états, commutent une impédance, par exemple : impédance infinie dans l'état ouvert et impédance Z dans l'état fermé.
Il est possible d'utiliser des tubes pleins pour la réalisation des tronçons conducteurs rayonnants, dans la mesure où les fibres optiques sont acheminées par l'extérieur de l'antenne.
Dans ce qui suit d'autres variantes de l'invention vont être décrites mais ces variantes ne se situent plus dans le cadre de l'utilisation de fibres optiques pour agir, par des dispositifs photovoltaïques, sur le relais électrique d'un module. Elles se situent dans le cadre de l'utilisation de tiges en matériau isolant et transparent aux ondes radioélectriques, destinées à commander la commutation de relais mécaniques placés entre deux tronçons d'antenne ; par relais mécanique il faut, bien entendu, comprendre des relais à commande mécanique mais qui sont destinés à réaliser des liaisons électriques entre tronçons.
La figure 4 est une vue schématique, en coupe, d'une antenne qui ne se distingue de l'antenne selon la figure 1 que par le module de commutation et le dispositif de commande de ce module. En effet la figure 4 montre une antenne unipolaire à géométrie variable avec : - la même partie rayonnante 1 faite de deux tronçons conducteurs, alignés 11, 12 séparés par un intervalle avec, associé à cet intervalle, un module de commutation, 2', constitué par un relais à deux états, ouvert-fermé, du type interrupteur mécanique, - un plan de masse M disposé comme celui de la figure 1 - et un accès émission-réception entre le plan de masse et une borne A située en bas du tronçon conducteur 11.
Dans cette antenne la commande de l'interrupteur mécanique 2' est assurée par un ensemble constitué d'une bobine à noyau plongeur, 5, dont la partie mobile 51 est prolongée par une tige 6 en un matériau isolant, transparent aux ondes électromagnétiques. La bobine est située sous le plan de masse M que la tige 6 traverse par un trou Tm. Du côté opposé à la bobine 5 la tige est coudée à angle droit et vient en contact avec la lame de l'interrupteur 2'. Sur la figure 4 l'interrupteur 2' est en position ouverte et la partie mobile 51 en position rentrée ; quand, par une commande électrique appliquée aux accès 5a, 5b de la bobine 5, la partie mobile est sortie, la tige 6 subit une translation vers le haut, comme indiqué par la flèche F, et, en poussant la lame mobile de l'interrupteur 2', ferme cet interrupteur et, donc, connecte le tronçon 12.
Les figures 5a, 5b sont des vues schématiques en coupe qui correspondent à une variante de réalisation de l'antenne selon la figure 4 ; dans cette réalisation, toujours avec le même type d'antenne, la commutation du tronçon conducteur 12 se fait grâce à un module de commutation constitué par un manchon conducteur 7 qui peut coulisser à l'intérieur des tronçons creux 11 et 12, contre la partie de ces tronçons située au voisinage de l'intervalle qui les sépare ; ce manchon joue ainsi un rôle de relais mécanique à deux états, ouvert-fermé, entre les tronçons creux 11 et 12. Là encore une bobine à noyau plongeur, 5, est utilisée; elle est située sous le plan de masse M, à l'aplomb du trou T percé dans le plan de masse sous la partie rayonnante 1. La partie mobile 51 de la bobine 5 est prolongée par une tige 6'. Cette tige est une tige droite qui pénètre, à son extrémité supérieure, dans le manchon 7 dans lequel elle est bloquée. Selon la commande appliquée aux bornes 5a, 5b de la bobine 5, la partie mobile 51 est en position rentrée ou sortie comme représenté respectivement sur les figures 5a et 5b. Dans la position représentée sur la figure 5a le manchon conducteur 7 ne fait contact qu'avec le tronçon 11, si bien que l'antenne est prévue pour fonctionner avec seulement ce tronçon comme élément rayonnant. Dans la position représentée sur la figure 5b le manchon conducteur 7 fait contact avec les deux tronçons 11 et 12 et, cette fois, l'antenne est prévue pour fonctionner avec les deux tronçons 11 et 12 comme éléments rayonnants.
Les figures 6a, 6b sont des vues schématiques en coupe qui correspondent à une variante de réalisation de l'antenne selon l'invention.
Dans la réalisation selon les figures 6a, 6b un module de commutation 7' est utilisé qui, au lieu d'assurer une connexion par élément conducteur entre deux tronçons rayonnants, assure une connexion par couplage capacitif.
Dans son principe de réalisation cette antenne ne se distingue de l'antenne selon les figures 5a, 5b que par le module de commutation 7' ; de ce fait il a été jugé préférable, pour bien faire ressortir la différence, de ne montrer, sur les figures 6a, 6b que la partie de l'antenne située au voisinage du module de commutation.
Le module de commutation 7' comporte deux manchons : un manchon intérieur 70 un manchon extérieur 71. Le manchon intérieur est un manchon conducteur ; une tige isolante, 6', identique à la tige 6' selon les figures 5a, 5b pénètre dans le manchon 70, à son extrémité supérieure et est bloquée à l'intérieur du manchon. Le manchon extérieur, de faible épaisseur, est un manchon en diélectrique, bloqué, à sa partie inférieure, à l'intérieur d'un tronçon conducteur, creux 11 et, à sa partie supérieure, à l'intérieur d'un tronçon conducteur creux 12.
Le manchon intérieur 70 coulisse dans le tronçon extérieur 71. Sur la figue 6a la tige 6' est représentée en position basse, avec le manchon 70 tout entier contenu dans le tronçon 11 ; dans cette position le module 7' n'assure pas de connexion électrique entre les tronçons 11 et 12. Sur la figue 6b la tige 6' est représentée en position haute, avec le manchon 70 dont la partie basse est contenue dans le tronçon 11 et la partie haute dans le tronçon 12. Les portions en regard du tronçon 11 et du manchon 70 d'une part et du tronçon 12 et du manchon 70 d'autre part constituent respectivement les plaques de deux condensateurs. Les tronçons 11 et 12 se trouvent ainsi reliés par ces deux condensateurs disposés en série. Le manchon en diélectrique 71 permet de réduire fortement l'usure due au coulissement puisqu'il supprime le frottement métal sur métal de la réalisation selon les figures 5a, 5b.
Il est à noter que, pour les mêmes fréquences d'utilisation de l'antenne, le tronçon 12 des figures 6a, 6b a une longueur supérieure à celle du tronçon 12 de l'antenne selon les figures 5a, 5b ; ceci est dû à la capacité amenée par le module de commutation, capacité qui entraíne une diminution de la longueur électrique de l'antenne.
Pour ces antennes à commande par tige isolante l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, c'est ainsi qu'elle peut être appliquée au cas de plus de deux tronçons rayonnants alignés ; les tiges isolantes pour la commande des modules de commutation peuvent alors être disposées à côté les unes des autres ou réalisées de manière concentriques.
Dans le cas où les tiges isolantes sont côte à côte et où la commande de commutation se fait par l'intérieur des tronçons rayonnants les manchons conducteurs des modules devront être percés de trous excentrés pour permettre le passage des tiges isolantes de commande des modules placés au dessus d'eux. De plus les tiges isolantes seront courbées de manière à pouvoir être commandées en translation indépendamment les unes des autres, de manière à passer les modules inférieurs par les trous excentrés et de manière à être centrées lors de leur pénétration dans leurs modules respectifs.
Dans le cas où les tiges sont concentriques elles doivent, au moins toutes sauf une, comporter une pièce décentrée, à leur extrémité inférieure, pour permettre de les commander en translation indépendamment les unes des autres.
Les commandes en translation des tiges isolantes peuvent être réalisées de diverses façons et, en particulier, manuellement.
Les tronçons conducteurs peuvent être pleins quand les tiges isolantes sont extérieures comme dans le cas de la figure 4.
Les modules de commutation peuvent être constitués de manchons qui, au lieu de pénétrer dans les tronçons conducteurs, entourent ces tronçons conducteurs ; mais là encore le module de commutation est disposé au niveau de l'intervalle entre les deux tronçons qu'il commute et la commutation est assurée par coulissement du manchon conducteur le long des tronçons.

Claims (5)

  1. Antenne à géométrie variable comportant au moins un alignement de n tronçons conducteurs (11, 12 ; 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b) où n est un entier supérieur à 1, séparés électriquement par n-1 intervalles, n-1 modules de commutation (2) respectivement affectés aux n-1 intervalles avec au moins un des modules qui comporte un relais à deux états (R) commandé par deux dispositifs photovoltaïques (21, 22) et, associés à ce module, des moyens de liaison (F1, F2) du type à fibre optique pour fournir de la lumière aux deux dispositifs photovoltaïques, caractérisée en ce que le relais est un relais électromécanique (R) à deux états stables et en ce que les moyens de liaison comportent deux câbles optiques, avec chacun au moins une fibre optique, pour fournir de la lumière respectivement aux deux dispositifs photovoltaïques et commander ainsi respectivement les deux états stables.
  2. Antenne à géométrie variable comportant au moins un alignement de n tronçons conducteurs (11, 12) où n est un entier supérieur à 1, séparés électriquement par n-1 intervalles, n-1 modules de commutation commandés respectivement par n-1 moyens de commande et respectivement affectés aux n-1 intervalles, avec au moins un des modules qui comporte un relais mécanique (2' ; 7 ; 7') à deux états et dont les moyens de commande comportent une tige mobile (6 ; 6') en un matériau électriquement isolant et transparent aux ondes électriques dont une première extrémité est reliée au relais mécanique, caractérisée en ce que, les tronçons étant situés au dessus d'un plan de masse (M), la tige (6') a sa seconde extrémité située sous le plan de masse, en ce que le relais comporte une pièce conductrice (7 ; 70) solidaire de la première extrémité de la tige et en ce que, pour permettre un couplage entre les deux tronçons (11, 12) séparés par l'intervalle auquel le module comportant le relais est affecté, la pièce conductrice peut coulisser, sous la commande de la tige, parallèlement à l'alignement.
  3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce conductrice (7) coulisse directement sur la partie les deux tronçons située au voisinage de l'intervalle auquel le module comportant ce relais est affecté.
  4. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le relais comporte une pièce en matériau diélectrique (71), solidaire des deux tronçons (11, 12) situés au niveau de l'intervalle auquel le module comportant ce relais est affecté et en ce que la pièce conductrice (70) coulisse en s'appuyant sur la pièce en matériau diélectrique.
  5. Antenne selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les moyens de commande du module avec relais mécanique comportent une bobine à noyau plongeur (5) avec une partie mobile (51) solidaire de la tige (6 ; 6') du relais mécanique.
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