EP1175711A1 - Systeme de communication a cable rayonnant pour assurer une couverture radio controlee d'un volume determine - Google Patents

Systeme de communication a cable rayonnant pour assurer une couverture radio controlee d'un volume determine

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EP1175711A1 EP00925362A EP00925362A EP1175711A1 EP 1175711 A1 EP1175711 A1 EP 1175711A1 EP 00925362 A EP00925362 A EP 00925362A EP 00925362 A EP00925362 A EP 00925362A EP 1175711 A1 EP1175711 A1 EP 1175711A1
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave

Definitions

  • Radiant cable communication system to ensure controlled radio coverage of a determined volume
  • the present invention relates to a radiating cable communication system for ensuring controlled radio coverage of a determined volume, in particular of the interior of an enclosure and its immediate environment.
  • radio communications are used more and more in a vehicle, whether it is the management of functions controlled from outside the vehicle such as the opening or closing of the doors or the starting of the vehicle, or the acquisition of vehicle-specific data such as tire pressure or temperature detected by sensors associated with the wheels, or concerning cartographic guidance information, traffic density, tourist information, etc.
  • such radiating cable which is intended to provide radio coverage for a long tunnel, is not suitable for use for communication inside or in the immediate environment of an enclosure such as a motor vehicle.
  • the radial range of the radiation is not an important criterion because the environment is confined, and leaks beyond the useful area are of no real consequence.
  • the adaptation of a traditional radiating cable to different applications is complicated because of the need to determine for each application a new pattern of the openings of the external tubular conductor.
  • a communication system comprising a first transmitter / receiver connected to a communication antenna comprising at least one section of cable comprising a pair of insulated conductive wires having first ends connected to a load equal to a characteristic impedance the pair of insulated conductors and second ends connected to a connector, and the assembly of the pair of insulated conductors is carried out in a controlled manner for each application to ensure radio communication with a second transmitter / receiver with a coverage rate greater than a first given value up to a first given distance and a coverage rate less than a second given value beyond a second given distance in relation to a dynamic range between the first transmitter / receiver and the second transmitter / receiver .
  • the characteristics of the communication antenna are adapted to the required conditions.
  • - Figure 1 is a schematic top view of a vehicle equipped with a communication antenna according to the invention according to a first embodiment
  • - Figure 2 is a schematic top view of a vehicle according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic top view of a vehicle according to a third embodiment of the invention.
  • the radiating cable according to the first embodiment comprises two sections of cable generally designated in 1 each comprising a pair of insulated conductive wires 2 twisted having first ends 3 connected to a load 4 and seconds ends 5 connected to a connector 6 according to a parallel mounting.
  • the two sections of cable 1 are identical and are each made from a pair of solid copper conductors having a diameter of 0.8 mm covered with an insulator having a thickness of 0.17 mm in cellular polyethylene having an expansion rate of 40% and covered with a polyethylene skin with a thickness of 0.08 mm.
  • a cable section comprising a twisted pair produced from these insulated conductors has a characteristic impedance of 100 ohms so that by connecting these conductors to a load 4 itself of 100 ohms, the impedance of the cable section is maintained at 100 ohms regardless of its length.
  • the two sections of cable 1 mounted in parallel therefore have an equivalent impedance of 50 ohms corresponding to the nominal impedance usually required at the input / output of a transmitter / receiver.
  • the insulated conductors 2 are preferably held together by a dielectric tape covered with a thin outer sheath of thermoplastic material or elastomer.
  • the communication antenna thus produced is connected by a coaxial cable 10 to a transmitter / receiver 11 carried by the vehicle and adapted to communicate with an external transmitter / receiver 12.
  • the transmitter / receiver 12 can be a transmitter fixed
  • the communication antenna is arranged according to a loop attached to the roof or floor of the vehicle.
  • the rate of radio coverage provided that is to say the percentage of frames correctly received by the receiver 12 by relative to the number of frames of communication signals transmitted by the transmitter 11, either greater than 80% up to a first distance of the order of 1 meter and that is less than 20% beyond a second distance of l 'order of 3 meters.
  • a radiating cable is preferably produced according to the helical assembly of the insulated conductor wires with a helix pitch equal to approximately 35 times the diameter of the insulated conductors.
  • an antenna in which the first distance is between 3 and 6 meters and the second distance is between 6 and 8 meters it is preferable to assemble the pair of insulated conductive wires by alternating the twist of the wires according to a direct helix and according to a reverse helix at a pitch of between 17 and 35 times the diameter of the insulated conductor wires, the number of helix turns in the same direction being between 2 and 15 and the inversion length between a direct propeller and a reverse propeller being between 0.5 and 4 times the pitch of the adjacent propeller.
  • a radiating cable is provided assembled in a helix, or alternatively in a helix direct and in reverse helix, at a pitch greater than 50 times the diameter of the insulated conductors, the assembly being able to go so far as to place the insulated conductors side by side without twisting.
  • the antenna designated at 14 comprises a single section of radiating cable disposed in a straight line under the floor of the vehicle to extend in a direction longitudinal of the vehicle between the wheels.
  • the antenna 15 comprises a single section of radiating cable placed in a loop under the roof of the vehicle and directly connected to the first transmitter / receiver 11.
  • the ratio of the pitch of the propellers to the diameter of the insulated conductors could be adapted as a function of the distances desired for each of the coverage rates, the variation in distance being at first approximation proportional to the variation in the pitch.
  • the distances vary according to the dynamics of the system, as a first approximation according to a power of ten whose exponent is 1/20 of the variation of dynamics expressed in decibels. From this approximation, the values given above can therefore be adapted according to the dynamics of the systems to be equipped and the required coverage rates.

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Abstract

Le système de communication comprend un premier émetteur/récepteur (11) connecté à une antenne de communication comportant au moins un tronçon (1) de câble rayonnant comprenant une paire de fils conducteurs isolés (2) ayant des premières extrémités reliées à une charge (4) égale à une impédance caractéristique de la paire de fils conducteurs isolés, et des secondes extrémités (5) reliées à un connecteur (6) et l'assemblage de la paire de fils conducteurs isolés est réalisé de façon contrôlée pour assurer une communication radio avec un second émetteur/récepteur (12) avec un taux de couverture supérieur à une première valeur donnée jusqu'à une première distance donnée et un taux de couverture inférieur à une seconde valeur donnée au-delà d'une seconde distance donnée pour une dynamique établie entre le premier émetteur/récepteur (11) et le second émetteur/récepteur (12).

Description

Système de communication à câble rayonnant pour assurer une couverture radio contrôlée d'un volume déterminé
La présente invention concerne un système de communication à câble rayonnant pour assurer une couverture radio contrôlée d'un volume déterminé, notamment de l'intérieur d'une enceinte et de son environnement immédiat.
On sait que les communications radio sont de plus en plus utilisées dans un véhicule, qu'il s'agisse de la gestion de fonctions commandées depuis l'extérieur du véhicule telles que l'ouverture ou la fermeture des portes ou la mise en route du véhicule, ou l'acquisition de données propres au véhicule telles que la pression ou la température des pneus détectée par des capteurs associés aux roues, ou concernant des informations de guidage cartographique, sur la densité du trafic, des informations touristiques ...
Dans tous les cas il est nécessaire d'assurer une couverture homogène sur une zone bien définie dans ou autour du véhicule en maîtrisant la portée du dispositif rayonnement afin que celui-ci soit adapté à l'application concernée sans interférer avec les véhicules adjacents dans le cas où l'application concernée est propre à un véhicule individuel, par exemple les informations relatives à la température ou à la pression des pneus. Il a été envisagé d'utiliser des antennes radio conventionnelles mais l'obtention d'une couverture homogène nécessite une ingénierie d'installation d'antenne compliquée et dépendante de la structure de chaque véhicule. Pour pallier ces difficultés il a été envisagé d'utiliser des câbles rayonnants traditionnels c'est-à-dire des câbles rayonnants comprenant un conducteur central entouré d'une couche isolante elle-même recouverte d'un conducteur tubulaire présentant des ouvertures pour assurer un rayonnement des signaux émis par le conducteur central. Toutefois, un tel câble rayonnant, qui est destiné à assurer une couverture radio d'un long tunnel, n'est pas adapté à l'utilisation pour une communication à l'intérieur ou dans l'environnement immédiat d'une enceinte telle qu'un véhicule automobile. En particulier, dans le câble rayonnant traditionnel, la portée radiale du rayonnement n'est pas un critère important car l'environnement est confiné, et des fuites au-delà de la zone utile sont sans réelle conséquence. En outre l'adaptation d'un câble rayonnant traditionnel à différentes applications est compliquée en raison de la nécessité de déterminer pour chaque application un nouveau motif des ouvertures du conducteur tubulaire externe.
Selon l'invention on prévoit un système de communication comprenant un premier émetteur/récepteur connecté à une antenne de communication comportant au moins un tronçon de câble comprenant une paire de fils conducteurs isolés ayant des premières extrémités reliées à une charge égale à une impédance caractéristique de la paire de fils conducteurs isolés et des secondes extrémités reliées à un connecteur, et l'assemblage de la paire de fils conducteurs isolés est réalisé de façon contrôlée pour chaque application pour assurer une communication radio avec un second émetteur/récepteur avec un taux de couverture supérieur à une première valeur donnée jusqu'à une première distance donnée et un taux de couverture inférieur à une seconde valeur donnée au-delà d'une seconde distance donnée en relation avec une dynamique entre le premier émetteur/récepteur et le second émetteur/récepteur. Ainsi, par une simple modification de l'assemblage qui peut être aisément réalisée sur une ligne de fabrication, on adapte les caractéristiques de l'antenne de communication aux conditions requises.
Selon un autre aspect de l'invention on prévoit en fonction de chaque application une mise en forme et une disposition particulière de l'antenne de communication.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de mise en oeuvre particuliers non limitatifs de l'antenne de communication selon l'invention en référence aux figures parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un véhicule équipé d'une antenne de communication selon l'invention selon un premier mode de mise en oeuvre, - la figure 2 est une vue de dessus schématique d'un véhicule selon un deuxième mode de mise en oeuvre de 1 ' invention,
- la figure 3 est une vue de dessus schématique d'un véhicule selon un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention.
En référence à la figure 1, le câble rayonnant selon le premier mode de mise en oeuvre comporte deux tronçons de câble généralement désignés en 1 comprenant chacun une paire de fils conducteurs isolés 2 torsadés ayant des premières extrémités 3 reliées à une charge 4 et des secondes extrémités 5 reliées à un connecteur 6 selon un montage en parallèle.
Dans le mode de réalisation illustré, les deux tronçons de câble 1 sont identiques et sont chacun réalisé à partir d'une paire de conducteurs en cuivre massif ayant un diamètre de 0,8 mm recouvert d'un isolant ayant une épaisseur de 0,17 mm en polyéthylène cellulaire ayant un taux d'expansion de 40 % et recouvert d'une peau en polyéthylène d'une épaisseur de 0,08 mm. Un tronçon de câble comportant une paire torsadée réalisée à partir de ces conducteurs isolés a une impédance caractéristique de 100 ohms de sorte qu'en reliant ces conducteurs à une charge 4 elle-même de 100 ohms, l'impédance du tronçon de câble est maintenue à 100 ohms quelle que soit sa longueur. Les deux tronçons de câble 1 montés en parallèle ont donc une impédance équivalente de 50 ohms correspondant à l'impédance nominale habituellement requise à l'entrée/sortie d'un émetteur/récepteur. Les conducteurs isolés 2 sont de préférence maintenus assemblés par un ruban diélectrique recouvert d'une gaine externe mince en matière thermoplastique ou en élastomère.
L'antenne de communication ainsi réalisée est reliée par un câble coaxial 10 à un émetteur/récepteur 11 porté par le véhicule et adapté à communiquer avec un émetteur/récepteur extérieur 12. Selon les applications, l'émetteur/récepteur 12 peut être un émetteur fixe
(transmission de données cartographiques ou de trafic) ou un émetteur/récepteur portable comme représenté lorsque l'émetteur/récepteur 12 est destiné à assurer des fonctions de clé électromagnétique. Dans le premier mode de mise en oeuvre illustré par la figure 1, qui est plus particulièrement destiné à assurer un diagramme de rayonnement homogène autour du véhicule afin de permettre une communication avec un émetteur-récepteur externe au véhicule, l'antenne de communication est disposée selon une boucle fixée au toit ou au plancher du véhicule.
Selon un premier exemple de réalisation l'antenne selon l'invention est destinée à être utilisée comme clé électromagnétique, on souhaite que le taux de couverture radio assuré, c'est-à-dire le pourcentage de trames correctement reçues par le récepteur 12 par rapport au nombre de trames de signaux de communication émises par l'émetteur 11, soit supérieur à 80 % jusqu'à une première distance de l'ordre de 1 mètre et soit inférieur à 20 % au- delà d'une seconde distance de l'ordre de 3 mètres. Pour un système émetteur/récepteur fonctionnant avec une dynamique, c'est-à-dire une différence entre la puissance émise par l'émetteur 11 et le seuil de sensibilité en puissance du récepteur 12, égale à environ 70 dB, on réalise de préférence un assemblage des paires de fils conducteurs isolés selon un montage en hélice, le pas de l'hélice étant égal à environ 17 fois le diamètre des fils isolés.
Selon un autre exemple de réalisation permettant d'obtenir pour une même dynamique des systèmes un taux de couverture supérieur à 80 % jusqu'à une distance de 3 mètres, et un taux de couverture inférieur à 20 % au-delà d'une distance de 6 mètres, on réalise de préférence un câble rayonnant selon l'assemblage en hélice des fils conducteurs isolés avec un pas de l'hélice égal à environ 35 fois le diamètre des conducteurs isolés.
Pour réaliser dans les mêmes conditions une antenne dans laquelle la première distance est comprise entre 3 et 6 mètres et la seconde distance est comprise entre 6 et 8 mètres, on réalisera de préférence un assemblage de la paire de fils conducteurs isolés en alternant la torsion des fils selon une hélice directe et selon une hélice inverse selon un pas compris entre 17 et 35 fois le diamètre des fils conducteurs isolés, le nombre de tours d'hélices dans un même sens étant compris entre 2 et 15 et la longueur d'inversion entre une hélice directe et une hélice inverse étant comprise entre 0,5 et 4 fois le pas de l'hélice adjacente.
Selon encore un autre exemple de réalisation permettant d'obtenir les mêmes taux de couverture pour une première distance comprise entre 6 et 8 mètres et une seconde distance comprise entre 8 et 10 mètres, on prévoit un câble rayonnant assemblé en hélice, ou alternativement en hélice directe et en hélice inverse, selon un pas supérieur à 50 fois le diamètre des conducteurs isolés, l'assemblage pouvant aller jusqu'à disposer les conducteurs isolés côte à côte sans torsion.
Selon un autre mode de mise en oeuvre illustré par la figure 2, plus particulièrement destiné à permettre de recueillir des données émises par des capteurs portés par le véhicule, par exemple des informations relatives à la pression ou à la température des pneus au moyen de capteurs portés par les roues 13 du véhicule, l'antenne désignée en 14 comporte un seul tronçon de câble rayonnant disposé selon un segment de droite sous le plancher du véhicule pour s'étendre selon une direction longitudinale du véhicule entre les roues.
Selon un troisième mode de mise en oeuvre illustré par la figure 3 l'antenne 15 comporte un seul tronçon de câble rayonnant disposé en boucle sous le toit du véhicule et directement relié au premier émetteur/récepteur 11.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, le rapport du pas des hélices au diamètre des conducteurs isolés pourra être adapté en fonction des distances souhaitées pour chacun des taux de couverture, la variation de distance étant en première approximation proportionnelle à la variation du pas. De même on notera que pour un pas d'hélice donné les distances varient en fonction de la dynamique du système, en première approximation selon une puissance de dix dont l'exposant est l/20ème de la variation de dynamique exprimée en décibels. A partir de cette approximation les valeurs données ci-dessus pourront donc être adaptées en fonction de la dynamique des systèmes à équiper et des taux de couverture requis.
Bien que dans le cas d'une antenne de communication sous forme d'un segment de droite celle-ci ait été illustrée selon une disposition longitudinale du véhicule à mi-distance entre les roues selon l'axe de celui-ci, on pourra prévoir de décaler l'antenne par rapport à l'axe du véhicule ou de disposer celle-ci de façon transversale par rapport au véhicule. On pourra également prévoir d'augmenter le rayonnement de l'antenne selon l'invention en provoquant des déséquilibres entre les différents éléments soit par des différences de dimensionnement des fils conducteurs, soit en faisant varier l'épaisseur ou la nature des matériaux isolants. On pourra également prévoir d'assurer une stabilisation de l'impédance caractéristique du câble en prévoyant un ruban métallique enroulé en hélice autour de l'assemblage ou des fils métalliques guipés autour de chacun des fils conducteurs isolés. Bien que l'antenne selon l'invention ait été décrite avec une seule paire de fils isolés, on peut prévoir dans une même gaine plusieurs paires réalisées selon des modes d'assemblage différents pour obtenir une antenne multifonction utilisée pour plusieurs applications différentes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de communication comprenant un premier émetteur/récepteur (11) connecté à une antenne de communication, caractérisé en ce que l'antenne de communication comporte au moins un tronçon (1, 14, 15) de câble rayonnant comprenant une paire de fils conducteurs isolés (2) ayant des premières extrémités reliées à une charge (4) égale à une impédance caractéristique de la paire de fils conducteurs isolés, et des secondes extrémités (5) reliées à un connecteur (6) et en ce que l'assemblage de la paire de fils conducteurs isolés est réalisé de façon contrôlée pour assurer une communication radio avec un second émetteur/récepteur (12) avec un taux de couverture supérieur à une première valeur donnée jusqu'à une première distance donnée et un taux de couverture inférieur à une seconde valeur donnée au-delà d'une seconde distance donnée pour une dynamique établie entre le premier émetteur/récepteur (11) et le second émetteur/récepteur (12, 13) .
2. Système de communication selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour une dynamique de l'ordre de 70 dB, une première valeur du taux de couverture supérieure à 80 % jusqu'à une première distance de l'ordre de 1 mètre à 3 mètres et une seconde valeur du taux de couverture inférieure à 20 % au-delà d'une seconde distance de l'ordre de 3 mètres à 6 mètres, l'assemblage des fils conducteurs isolés est réalisé selon une hélice ayant un pas de l'ordre de 17 à 35 fois le diamètre des fils conducteurs isolés.
3. Système de communication selon la revendication
1, caractérisé en ce que pour une dynamique de l'ordre de 70 dB, une première valeur du taux de couverture supérieure à 80 % jusqu'à une première distance de l'ordre de 3 mètres à 6 mètres et une seconde valeur du taux de couverture inférieure à 20 % au-delà d'une seconde distance de l'ordre de 6 mètres à 8 mètres d'assemblage des fils conducteurs isolés est réalisé selon une hélice alternativement directe et inverse selon un pas de l'ordre de 17 à 35 fois le diamètre des fils conducteurs isolés, le nombre de tours d'hélice dans un même sens étant compris entre 2 et 15 et la longueur d'inversion entre deux hélices de sens opposé étant comprise entre 0,5 et 4 fois le pas de l'hélice adjacente.
4. Système de communication selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour une dynamique de l'ordre de
70 dB, une première valeur du taux de couverture supérieure à 80 % jusqu'à une première distance de l'ordre de 6 mètres à 8 mètres et une seconde valeur du taux de couverture inférieure à 20 % au-delà d'une seconde distance de l'ordre de 8 mètres à 10 mètres d'assemblage des fils conducteurs isolés est réalisé en hélice ou selon des hélices alternées avec un pas supérieur à 50 fois le diamètre des conducteurs isolés .
5. Système de communication selon l'une des revendications l à 4, caractérisé en ce qu'elle est disposée selon une boucle fixée au toit ou au plancher d'un véhicule automobile.
6. Système de communication selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'elle est disposée selon un segment de droite fixé entre les roues sous le plancher d'un véhicule automobile.
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