EP1349235B1 - Système antennaire bi-bande vhf-uhf - Google Patents

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EP1349235B1
EP1349235B1 EP03100746A EP03100746A EP1349235B1 EP 1349235 B1 EP1349235 B1 EP 1349235B1 EP 03100746 A EP03100746 A EP 03100746A EP 03100746 A EP03100746 A EP 03100746A EP 1349235 B1 EP1349235 B1 EP 1349235B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
frequency band
uhf
line
radiating element
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03100746A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1349235A1 (fr
Inventor
Fréderic Thales Ngo Bui Hung
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
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 Thales SA filed Critical Thales SA
Priority to SI200330820T priority Critical patent/SI1349235T1/sl
Publication of EP1349235A1 publication Critical patent/EP1349235A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1349235B1 publication Critical patent/EP1349235B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • 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
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/321—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors within a radiating element or between connected radiating elements
    • 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
    • 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

Definitions

  • VHF Very High Frequencies
  • FIG. 1 is an example of antenna A installed on a terrestrial vehicle V.
  • the antenna is composed essentially of an upper radiating element 1 and a lower radiating element 2, which are both powered by means of a supply device 4.
  • the lower radiating element 2 is normally equipped at its lower end with a current blocker 3, usually designated in English by the expression "RF cable choke". ".
  • Modern transceivers operating for example in the frequency band 30 to 88 MHz currently have a service channel which implements other frequency bands, in particular the frequencies of the UHF band. (Ultra High Frequencies) 2.4 to 2.5 GHz.
  • the radiating elements 1 and 2 of the broadband antenna mentioned above which have a length dimensioned for the VHF band of 30 to 88 MHz, typically a length of the order of 1.6 meters, are not suitable to function properly with UHF frequencies from 2.4 to 2.5 GHz. These last require in fact radiating elements of dimension about thirty times smaller.
  • FIG. 2a An example of a block diagram of this solution is shown in FIG. 2b, in which is diagrammed a transceiver station 7 feeding a VHF antenna, A and a UHF antenna, A 'through a duplexer 8 whose role is to separate the VHF frequencies and UHF frequencies and route them to their respective antennas.
  • Patent FR 2 806 535 discloses an antenna system consisting of antennas dedicated to two frequency bands without electrical connection between them. It is known that the coupling between the different frequency bands is not stabilized and varies according to the installation configuration of the antenna system on the carrier vehicle. The supply of the antenna elements of the two high and low frequency bands must imperatively be performed by two distinct coaxials except for the use of an external duplexer. The antenna corresponding to the low frequency band consists of only one radiating element.
  • Patent DE 38 26 777 describes an antennal system consisting of two antennas, one in high band and the other in low band, superimposed one over the other. As a result, the total length of the antennal system is the sum of the lengths of the antennas that constitute it.
  • a low frequency frequency band [Fbb, Fbh]
  • Fhb, Fhh high frequency frequency band
  • the supply device is for example connected to a transceiver station by means of a transmission line and the lower radiating element consists for example of a section of the transmission line and the antenna assembly comprises at least a hollow radiating element disposed around the section.
  • the system may comprise several hollow elements interconnected and in series with the means of line portions, the core of a portion connecting the upper end of the hollow element indexed i to the lower end of the indexed element i +1 and the shielding of the index line portion i is connected to the coaxial line, for example to the shielding of the line.
  • a duplexer is for example arranged at the lower part of the antenna assembly and is connected to at least one hollow element and the line section.
  • the system is for example used for radio frequency signals.
  • FIG. 3 presents the block diagram of an antenna according to the invention intended to operate in particular in the two VHF frequency bands of 30 to 88 MHz and UHF of 2.4 to 2.5 GHz.
  • the antenna is in this example installed on a vehicle.
  • the distance between the feed device 4 and the current blocker 3 is for example of the order of 1.6 meters.
  • the mass M of the vehicle is taken in this embodiment as mass common to the entire system.
  • the coaxial transmission line 9 consists for example of several sections. These sections are connected together using, for example, known and not shown devices, such as male and female coaxial connectors, etc.
  • the fastening base 5 and its spring 6, the mechanical means that make the antenna of the latter or the ancillary elements (such as radome, connectors, etc.) that provide the rigidity and the assembly of the components will not be interdependent. detailed because they are not necessary for the understanding of the invention.
  • the current blocker 3 (adapted to the VHF) whose function is to delimit radioelectrically the section 9 1 of the coaxial transmission line 9, is realized for example according to the known techniques of the skilled person.
  • the implementation of a skirt around the coaxial transmission line or the winding of this line around a ferrite core, etc. will not be detailed for the sake of clarity.
  • the upper radiating element 1 and the lower radiating element 2 constitute, for example, the two strands of a dipole sized to radiate in the VHF frequency band, for example in the entire band of 30 to 88 MHz. They are fed through the power supply device 4 which realizes the impedance matching to allow the maximum transfer of RF (radio frequency) power supplied by the coaxial transmission line 9. This is true in the entire frequency band of 30 to 88 MHz.
  • An exemplary embodiment of the feed device 4 is shown schematically in FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view of an exemplary embodiment of the antenna assembly 10, where the line section 9 1 is interrupted to have for example a duplexer 8, thus leading to a lower part of the section and an upper part. of the section.
  • the ends of the interrupted section are referenced 9 11 and 9 12 .
  • the upper end 9 11 of the lower part of the section 9 1 is provided with a current blocker 11 sized for the UHF frequencies.
  • This current blocker has the particular function of isolating the signals of the UHF band while remaining transparent to the signals of the VHF band.
  • the technique for producing this current blocker is, for example, a quarter-wave skirt known to those skilled in the art.
  • a skirt body 11 1 of tubular shape surrounds the section 9 1 of the coaxial line, the lower edge 11 2 of this skirt body is short-circuited by a cover 11 4 to the shield 9 B of the coaxial line while the edge upper 11 3 is left open to provide the current blocking function.
  • duplexer-adapter 8 Between the lower part of the section and the upper part is arranged a duplexer-adapter 8.
  • the connection of the duplexer-adapter 8 to the ends 9 11 and 9 12 is effected for example by connecting the shielding of these ends to the common ground 12 of the duplexer-adapter 8 and in connecting the cores of the ends 9 11 and 9 12 of this coaxial line respectively to the input terminal 8 1 and to the output terminal 8 2 of the VHF channel of the duplexer-adapter 8.
  • This duplexer-adapter comprises a pass filter 13 which behaves as a direct connection between the input terminals 8 1 and 82 for the VHF signals and an open circuit for the UHF signals.
  • the high-pass filter 14 of the duplexer-adapter behaves as a direct connection between the input terminal 8 1 and the output terminal 8 3 of the UHF channel for the UHF signals which are thus taken from the input terminal 8 1 to be brought up to the output terminal 8 3 .
  • the length L of these elements is for example of the order of the average half-wavelength corresponding to the UHF band.
  • the elements have, for example, substantially identical lengths. Insulating parts used to maintain the coaxial line in the cylindrical tubes or to ensure the assembly and rigidity of the assembly are not detailed because they are known to those skilled in the art.
  • the radiating elements 15i are connected to each other by means of portions 16i of coaxial line, for example they are coupled in series. The length of a portion 16i is substantially equal to the half-average wavelength corresponding to the UHF band.
  • the core 17i of a portion 16i connects the upper end 15 i2 of the element 15 i to the lower end 15 (i + 1) 1 of the element 15 (i + 1) .
  • the web 17 1 of the portion of line 16 1 connected to upper end 15, 12 of the lower element 15 1 in the lower end 15, 21 of the element 15 2 and the web 17 2 of the portion line 16 2 connects the upper end 15 22 of the element 15 2 at the lower end 31 of the element 15 3 .
  • the shields 18 1 and 18 2 of the line portions 16 1 and 16 2 are electrically connected, for example, to the shield of the coaxial line 9 1 .
  • the radiating assembly consisting for example of cylindrical tubes 15 1 , 15 2 and 15 3 and connecting portions 16 1 and 162 is supplied with RF power of the UHF band by connecting the lower end 11 of the cylindrical hollow element 15 1 closest to the duplexer-adapter to the output terminal 8 3 of the duplexer-adapter.
  • a cover 19 is placed for example towards the middle of the upper tube 3 to short circuit the latter to the shielding of the coaxial line.
  • a quarter-wave skirt 20 of the type in the lower part is thus formed to act as a current blocker for the UHF signals.
  • the number of cylindrical tubes is chosen in particular according to the desired directivity for the UHF antenna. Without departing from the scope of the invention, the structure of the antenna described also applies to antennas operating in other frequency bands, while respecting the condition that these frequency bands are not adjacent. Any hollow element whatever its shape can be used as a radiating element.
  • FIG. 5 describes an example of a power supply device 4.
  • the latter comprises an impedance transformer 21 whose output 22 of its secondary winding 23 is connected to the upper radiating element 1.
  • the primary winding 24 of this step-up transformer impedance is connected to the connection point 25 to the core of the transmission line 9 through a parallel LC circuit 26 consisting of an inductor 27 and a capacitor 28, followed by a series LC circuit 29 consisting of an inductor 30 and a capacitor 31.
  • the ground of this matching circuit is connected to the shield of the coaxial transmission line 9 at the connection point 32.
  • the value of the transformation ratio of the transformer 21 and the values of the inductances 27, 30 and capabilities 28, 31 are determined for that the impedance presented between the connection points 25 and 32 is as close as possible to the usual characteristic impedance of 50 ohms for all frequencies in the 30 to 88 MHz band.
  • FIG. 6 details an embodiment of the duplexer-adapter.
  • the low-pass filter 13 is provided by a portion 33 of coaxial line of which a first end 34 is short-circuited (that is to say that the core and the shield of the coaxial line are connected together) and constitutes the terminal 8 2 and whose opposite end 35 has its soul connected to the terminal 8 1 and its shielding left free.
  • the high-pass filter 14 is provided by a portion 36 of coaxial line whose shield 37 from its upper end constitutes the terminal 8 3 and whose core 38 of the other end is connected to the terminal 8 1 .
  • the lengths of the portions 33 and 36 are of the order of magnitude of the quarter of the average wavelength corresponding to the UHF band and are adjusted to allow the impedance matching of the antenna assembly 10 according to the invention to UHF frequencies used.
  • FIG. 7 represents another variant embodiment of the invention.
  • the antenna according to the invention has here two separate accesses allowing the connection of two transceiver stations 7 1 and 7 2 operating one in the VHF band of 30 to 88 MHz and the other in the UHF band of 2, 4 to 2.5 GHz.
  • the station 7 1 of the VHF band is for example connected to the supply device 4 by the coaxial transmission line 9 which passes through the current blocker 3 and an antenna assembly 10 '.
  • the station 7 2 of the UHF band is for example connected to the radiating elements 15i of the antenna assembly 10 'by the section 9' 1 of the coaxial secondary transmission line 9 'which passes through the current blocker 3.
  • This antennal assembly 10 ' does not include a duplexer-adapter unlike the antenna set given in the previous example.
  • the section 9 1 of coaxial line remains uninterrupted between the current blocker 3 and the supply device 4.
  • the supply of the radiating tubular elements 15i is made by connecting the lower end 11 of the element 15 1 closest to the line section 9 ' 1 to the core 9' A of this section 9 ' 1 whose shield 9' B is integral with that of the section 9 1 of the coaxial line 9.
  • the shields of the line sections 9 1 and 9 ' 1 behave radioelectrically as a single shield when passage through the current blockers 3 and 11.
  • the other end of the secondary coaxial line is connected to the transceiver station 7 2 of the UHF band.
  • FIGS. 9 and 10 schematize an alternative embodiment described in FIGS. 7 and 8 where the two emitters 7 1 and 7 2 are replaced by a single emitter 7 which directly supplies the transmission line 9.
  • This line is interrupted so as to position a duplexer 8 in a manner similar to that described in Figure 4.
  • This duplexer feeds the two line sections 9 1 and 9 ' 1 which were detailed in Figures 7 and 8.
  • FIG. 10 shows in detail the connection between the duplexer 8 and the line sections 9 1 and 9 ' 1 .
  • the connection of the duplexer-adapter 8 to the ends 9 11 and 9 12 of the interrupted line section 9 1 is carried out for example by connecting the shielding of these ends to the common ground 12 of the duplexer-adapter 8 and connecting the ends of the cores 9 11 and 9 12 of this line coaxial respectively to the input terminal 8 1 and the output terminal 8 2 of the VHF channel of the duplexer-adapter 8.
  • the secondary line 9 ' 1 the latter is in connection with the exit 8 3 of the UHF channel.
  • This duplexer-adapter comprises a low-pass filter 13 which behaves as a direct connection between the input terminals 8 1 and 8 2 for the VHF signals and an open circuit for the UHF signals.
  • the high-pass filter 14 of the duplexer adapter behaves as a direct connection between the input terminal 8 1 and the output terminal 8 3 of the UHF channel for the UHF signals which are thus taken from the input terminal 8 1 to be brought to the output terminal 8 3 to feed the line section 9 ' 1 .
  • the current blocker 11 sized for the UHF frequencies is located on the two transmission lines 9 1 and 9 ' 1 and above the duplexer. It has characteristics identical or substantially identical to those given in Figure 4 and in fact will not be detailed.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

  • La présente invention concerne notamment un système antennaire capable de fonctionner dans plusieurs gammes de fréquences distinctes, par exemple, une première bande de fréquence, basse fréquence [Fbb, Fbh], couvrant au moins une octave et une deuxième bande de fréquence, haute fréquence [Fhb, Fhh], les deux bandes étant séparées d'un écart tel que Fhb>=2Fbh
  • Les antennes large-bande susceptibles de fonctionner avec les équipements radio dans la bande VHF (Very High Frequencies) couvrant les fréquences de 30 à 88 MHz sont connues de l'art antérieur.
  • Par exemple, les brevets US 4,496,953 et US 4,302,760 décrivent de telles antennes. La figure 1 est un exemple d'antenne A installée sur un véhicule terrestre V. L'antenne est composée essentiellement d'un élément rayonnant supérieur 1 et d'un élément rayonnant inférieur 2, qui sont alimentés tous les deux au moyen d'un dispositif d'alimentation 4. Une embase de fixation 5, munie usuellement d'un ressort 6 pour protéger l'antenne des impacts accidentels contre des obstacles, permet l'installation de celle-ci sur le véhicule. Afin d'isoler radioélectriquement l'antenne de la masse du véhicule, l'élément rayonnant inférieur 2 est normalement équipé à son extrémité inférieure d'un bloqueur de courant 3, habituellement désigné en langage anglo-saxon par l'expression « RF câble choke ».
  • Les postes émetteurs-récepteurs modernes fonctionnant par exemple dans la bande de fréquence 30 à 88 MHz, disposent à l'heure actuelle d'une voie de service qui met en oeuvre d'autres bandes de fréquences, en particulier les fréquences de la bande UHF (Ultra High Frequencies) de 2,4 à 2,5 GHz. Les éléments rayonnants 1 et 2 de l'antenne large bande précitée, qui ont une longueur dimensionnée pour la bande VHF de 30 à 88 MHz, typiquement une longueur de l'ordre de 1,6 mètres, ne sont pas appropriés pour fonctionner correctement aux fréquences UHF de 2,4 à 2,5 GHz. Ces dernières nécessitent en effet des éléments rayonnants de dimension environ trente fois plus petite.
  • Pour ces postes émetteurs-récepteurs VHF disposant d'une voie de service UHF, la solution couramment adoptée est de prévoir une antenne supplémentaire A' dédiée à cette voie UHF comme il est représenté à la figure 2a. Un exemple de synoptique d'installation de cette solution est reporté à la figure 2b où est schématisé un poste émetteur-récepteur 7 alimentant une antenne VHF, A et une antenne UHF, A' à travers un duplexeur 8 dont le rôle est de séparer les fréquences VHF et les fréquences UHF et de les aiguiller vers leurs antennes respectives.
  • Cette solution engendre cependant des exigences d'installation très contraignantes :
    • Figure imgb0001
      Disposer d'un emplacement libre sur le véhicule pour la fixation de l'antenne supplémentaire UHF,
    • Figure imgb0002
      La nécessité de dégager parfois en hauteur cette antenne supplémentaire UHF qui est de petite taille, afin qu'elle ne soit pas masquée par d'autres équipements du même véhicule,
    • Figure imgb0003
      La nécessité d'un duplexeur externe pour séparer la voie principale VHF de la voie de service UHF dans le cas où le poste émetteur-récepteur ne comporterait qu'un seul connecteur de sortie pour les deux voies.
  • Le brevet FR 2 806 535 divulgue un système antennaire constitué d'antennes dédiées à deux bandes de fréquences sans lien électrique entre elles. II est connu que le couplage entre les différentes bandes de fréquences n'est pas stabilisé et varie en fonction de la configuration d'installation du système antennaire sur le véhicule porteur. L'alimentation des éléments d'antennes des deux bandes de fréquences, haute et basse, doit être effectuée impérativement par deux coaxiaux distincts sauf à mettre en oeuvre un duplexeur externe. L'antenne correspondant à la bande de fréquence basse n'est constituée que d'un seul élément rayonnant.
  • Le brevet DE 38 26 777décrit un système antennaire constitué de deux antennes, l'une en bande haute et l'autre en bande basse, superposées l'une sur l'autre. De ce fait la longueur totale du système antennaire est la somme des longueurs des antennes qui le constitue.
  • L'objet de la présente invention concerne un système antennaire permettant de disposer d'une antenne unique large bande, couvrant simultanément au moins deux bandes de fréquences distinctes, une bande de fréquence basse fréquence [Fbb, Fbh] couvrant au moins une octave et une bande de fréquence haute fréquence [Fhb, Fhh], les deux bandes étant séparées d'un écart tel que Fhb>=2Fbh. Par exemple, il est possible de travailler dans la bande VHF de 30 à 88 MHz et la bande UHF de 2,4 à 2,5 GHz.
  • L'invention concerne un système antennaire large bande, susceptible de rayonner ou de recevoir des signaux dans une bande de fréquence basse fréquence [Fbb, Fbh] couvrant plus d'une octave et une bande de fréquence haute fréquence [Fhb, Fhh], avec Fbh>=2Fhb, comportant au moins un dispositif d'alimentation alimentant au moins un élément rayonnant supérieur et un élément rayonnant inférieur. Il est caractérisé en ce que l'élément rayonnant inférieur est pourvu d'au moins un ensemble antennaire adapté à rayonner dans la bande de fréquence haute fréquence [Fhb,Fhh], l'élément rayonnant supérieur et l'élément rayonnant inférieur constituant les deux brins d'un dipôle.
  • Le dispositif d'alimentation est par exemple relié à un poste émetteur-récepteur au moyen d'une ligne de transmission et l'élément rayonnant inférieur est par exemple constitué d'un tronçon de la ligne de transmission et l'ensemble antennaire comporte au moins un élément rayonnant creux disposé autour du tronçon.
  • Le système peut comporter plusieurs éléments creux reliés entre eux et en série aux moyens de portions de ligne, l'âme d'une portion reliant l'extrémité supérieure de l'élément creux indicé i à l'extrémité inférieure de l'élément indicé i+1 et le blindage de la portion de ligne indicée i est relié à la ligne coaxiale, par exemple au blindage de la ligne.
  • Un duplexeur est par exemple disposé au niveau de la partie inférieure de l'ensemble antennaire et est relié à au moins un élément creux et au tronçon de ligne.
  • Le système est par exemple utilisé pour des signaux radio fréquences.
  • L'objet de l'invention présente notamment les avantages suivants :
    • Figure imgb0004
      Eviter l'installation d'une deuxième antenne pour la voie UHF et tous les inconvénients qui en découlent, par exemple l'encombrement,
    • Figure imgb0005
      En suivant certains agencements, l'ensemble antennaire qui contribue au rayonnement de la bande UHF est déporté en hauteur, optimisant ainsi la qualité de la liaison radio dans cette bande, ce qui n'est pas le cas pour les installations usuelles avec une deuxième antenne montée directement sur le toit du véhicule porteur,
    • Figure imgb0006
      La possibilité de réaliser l'antenne de la bande UHF avec une directivité supérieure à celle d'une antenne dipôle demi-onde ce qui permet d'accroître la portée de la liaison radio dans cette bande.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'objet de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description annexée des figures qui représentent :
    • Figure imgb0007
      La figure 1 un exemple d'antenne selon l'art antérieur,
    • Figure imgb0008
      Les figures 2a et 2b, un poste émetteur-récepteur comportant une antenne pour la voie VHF et une antenne pour la voie UHF et son synoptique,
    • Figure imgb0009
      La figure 3 un schéma synoptique de l'antenne selon l'invention,
    • Figure imgb0010
      La figure 4 une vue en coupe d'une réalisation de l'ensemble antennaire selon l'invention,
    • Figure imgb0011
      La figure 5 un exemple de dispositif d'alimentation,
    • Figure imgb0012
      La figure 6 un exemple de réalisation d'un duplexeur,
    • Figure imgb0013
      Les figures 7 et 8 une variante de réalisation du système de la figure 3,
    • Figure imgb0014
      Les figures 9 et 10 une variante de réalisation des figures 7 et 8.
  • Sur les différentes figures, les éléments correspondants sont désignés par les mêmes références.
  • La figure 3 présente le schéma synoptique d'une antenne suivant l'invention, destinée à fonctionner en particulier dans les deux bandes de fréquences VHF de 30 à 88 MHz et UHF de 2,4 à 2,5 GHz. L'antenne est dans cet exemple installée sur un véhicule.
  • L'antenne A est composée par exemple d'un dispositif d'alimentation 4 connecté à un poste émetteur-récepteur 7 à travers une ligne de transmission 9 sensiblement coaxiale ou coaxiale. La valeur de l'impédance caractéristique de cette ligne est égale à la valeur usuellement adoptée pour les systèmes de radiocommunication, soit 50 ohms. L'antenne comprend par exemple :
    • Figure imgb0015
      un élément rayonnant supérieur 1, réalisé par exemple selon des principes connus de l'Homme du métier, par exemple un brin conducteur d'environ 1,6 mètres,
    • Figure imgb0016
      un élément rayonnant inférieur 2 composé par un tronçon 91 de la ligne de transmission coaxiale 9 et comportant par exemple un bloqueur de courant 3 et un ensemble antennaire 10 destiné à la bande UHF disposés au niveau du tronçon. Le tronçon 91 est par exemple délimité par le dispositif d'alimentation 4 et le bloqueur de courant 3. L'ensemble antennaire 10 est disposé entre un repère inférieur 101 et un repère supérieur 102. Cet ensemble antennaire assure notamment le bon rayonnement dans la bande UHF de 2,4 à 2,5 GHz. Les repères 101, 102 sont par exemple choisis le plus près possible du dispositif d'alimentation 4 pour que l'ensemble antennaire puisse être déporté en hauteur. Ceci permet une meilleure émission-réception.
  • La distance qui sépare le dispositif d'alimentation 4 et le bloqueur de courant 3 est par exemple de l'ordre de 1,6 mètres. La masse M du véhicule est prise dans cet exemple de réalisation comme masse commune à l'ensemble du système.
  • Afin de permettre la réalisation d'une antenne susceptible d'être démontée en plusieurs morceaux de faible longueur pour le transport, la ligne de transmission coaxiale 9 est par exemple constituée de plusieurs sections. Ces sections sont reliées ensemble en utilisant par exemple des dispositifs connus et non représentés, tels que des connecteurs coaxiaux mâle et femelle, etc. L'embase de fixation 5 et son ressort 6, les moyens mécaniques qui rendent solidaires l'antenne de ces derniers ou les éléments annexes (tels que radôme, connecteurs, etc.) qui assurent la rigidité et l'assemblage des constituants ne seront pas détaillés car ils ne sont pas nécessaires à la compréhension de l'invention.
  • Le bloqueur de courant 3 (adapté à la VHF) ayant pour rôle de délimiter radioélectriquement le tronçon 91 de la ligne de transmission coaxiale 9, est réalisé par exemple suivant les techniques connues de l'Homme du métier. Par exemple la mise en oeuvre d'une jupe autour de la ligne de transmission coaxiale ou le bobinage de cette ligne autour d'un tore de ferrite etc. ne seront pas détaillés pour des soucis de clarté.
  • L'élément rayonnant supérieur 1 et l'élément rayonnant inférieur 2 constituent par exemple les deux brins d'un dipôle dimensionné pour rayonner dans la bande de fréquences VHF, par exemple dans toute la bande de 30 à 88 MHz. Ils sont alimentés à travers le dispositif d'alimentation 4 qui réalise l'adaptation d'impédance pour permettre le transfert maximum de puissance RF (radio fréquence) amenée par la ligne de transmission coaxiale 9. Ceci est vrai dans toute la bande de fréquences de 30 à 88 MHz. Un exemple de réalisation du dispositif d'alimentation 4 est schématisé à la figure 5.
  • La figure 4 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation de l'ensemble antennaire 10, où le tronçon de ligne 91 est interrompu pour disposer par exemple un duplexeur 8, conduisant ainsi à une partie inférieure du tronçon et une partie supérieure du tronçon. Les extrémités du tronçon interrompu sont référencées 911 et 912.
  • L'extrémité supérieure 911 de la partie inférieure du tronçon 91, est pourvue d'un bloqueur de courant 11 dimensionné pour les fréquences UHF. Ce bloqueur de courant a notamment pour fonction d'isoler les signaux de la bande UHF tout en restant transparent aux signaux de la bande VHF. La technique pour réaliser ce bloqueur de courant est par exemple une jupe quart-d'onde connue de l'Homme du métier. Un corps de jupe 111 de forme tubulaire entoure le tronçon 91 de la ligne coaxiale, le bord inférieur 112 de ce corps de jupe est court-circuité par un couvercle 114 au blindage 9B de la ligne coaxiale alors que le bord supérieur 113 est laissé ouvert pour assurer la fonction de bloqueur de courant.
  • Entre la partie inférieure du tronçon et la partie supérieure est disposée un duplexeur-adaptateur 8. La connexion du duplexeur-adaptateur 8 aux extrémités 911 et 912 s'effectue par exemple en reliant le blindage de ces extrémités à la masse commune 12 du duplexeur-adaptateur 8 et en branchant les âmes des extrémités 911 et 912 de cette ligne coaxiale respectivement à la borne d'entrée 81 et à la borne de sortie 82 de la voie VHF du duplexeur-adaptateur 8. Ce duplexeur-adaptateur comporte un filtre passe-bas 13 qui se comporte comme une connexion directe entre les bornes d'entrée 81 et 82 pour les signaux VHF et un circuit ouvert pour les signaux UHF. Pour les signaux VHF, tout se passe comme si la coupure effectuée dans le tronçon de ligne 91 n'existait pas et les signaux VHF peuvent donc être amenés jusqu'au dispositif d'alimentation 4. Par contre le filtre passe-haut 14 du duplexeur-adaptateur se comporte comme une connexion directe entre la borne d'entrée 81 et la borne de sortie 83 de la voie UHF pour les signaux UHF qui sont donc prélevés depuis la borne d'entrée 81 pour être amenés jusqu'à la borne de sortie 83.
  • Un exemple détaillé d'un duplexeur-adaptateur est donné à la figure 6.
  • Entre l'extrémité 912 du tronçon de ligne et le repère supérieur 102, plusieurs éléments creux, tels que des tubes cylindriques 15i sont par exemple disposés autour de la ligne coaxiale afin de constituer des éléments rayonnants pour les signaux UHF. La longueur L de ces éléments est par exemple de l'ordre de la demi-longueur d'onde moyenne correspondant à la bande UHF Les éléments ont par exemple des longueurs sensiblement identiques. Les pièces isolantes servant à maintenir la ligne coaxiale dans les tubes cylindriques ou à assurer l'assemblage et la rigidité de l'ensemble ne sont pas détaillées, car elles sont connues de l'Homme du métier. Les éléments rayonnants 15i sont reliés les uns aux autres, à l'aide de portions 16i de ligne coaxiale, par exemple ils sont couplés en série. La longueur d'une portion 16i est sensiblement égale à la demi-longueur d'onde moyenne correspondant à la bande UHF. L'âme 17i d'une portion 16i relie l'extrémité supérieure 15i2 de l'élément 15i à l'extrémité inférieure 15(i+1)1 de l'élément 15(i+1). Ainsi, l'âme 171 de la portion de ligne 161 relie l'extrémité supérieure 1512 de l'élément inférieur 151 à l'extrémité inférieure 1521 de l'élément 152 et l'âme 172 de la portion de ligne 162 relie l'extrémité supérieure 1522 de l'élément 152 à l'extrémité inférieure 1531 de l'élément 153. Les blindages 181 et 182 des portions de ligne 161 et 162 sont reliés par exemple électriquement au blindage de la ligne coaxiale 91. L'ensemble rayonnant constitué par exemple des tubes cylindriques 151, 152 et 153 et des portions de liaison 161 et 162 est alimenté en puissance RF de la bande UHF en connectant l'extrémité inférieure 1511 de l'élément creux cylindrique 151 le plus proche du duplexeur-adaptateur à la borne de sortie 83 du duplexeur-adaptateur. Afin d'isoler radioélectriquement la partie supérieure de cet ensemble rayonnant de la partie de la ligne coaxiale située au-dessus du repère supérieur 102 un couvercle 19 est placé par exemple vers le milieu du tube supérieur 153 pour court circuiter ce dernier au blindage de la ligne coaxiale. Une jupe quart d'onde 20 de type de celle dans la partie inférieure est ainsi constituée pour assurer le rôle de bloqueur de courant pour les signaux UHF.
  • Le nombre des tubes cylindriques est choisi notamment en fonction de la directivité souhaitée pour l'antenne UHF. Sans sortir du cadre de l'invention, la structure de l'antenne décrite s'applique aussi pour des antennes fonctionnant dans d'autres bandes de fréquences, tout en respectant la condition que ces bandes de fréquences ne soient pas adjacentes. Tout élément creux quelque soit sa forme peut être utilisé comme élément rayonnant.
  • La figure 5 décrit un exemple de dispositif d'alimentation 4. Ce dernier comporte un transformateur d'impédance 21 dont la sortie 22 de son enroulement secondaire 23 est connectée à l'élément rayonnant supérieur 1. L'enroulement primaire 24 de ce transformateur élévateur d'impédance est connecté au point de connexion 25 à l'âme de la ligne de transmission 9 à travers un circuit LC parallèle 26 constitué d'une inductance 27 et d'une capacité 28, suivi d'un circuit LC série 29 constitué d'une inductance 30 et d'une capacité 31. La masse de ce circuit d'adaptation est reliée au blindage de la ligne de transmission coaxiale 9 au point de connexion 32. La valeur du rapport de transformation du transformateur 21 et les valeurs des inductances 27, 30 et des capacités 28, 31 sont déterminées pour que l'impédance présentée entre les points de connexion 25 et 32 soit le plus proche possible de l'impédance caractéristique usuelle de 50 ohms pour toutes les fréquences de la bande de 30 à 88 MHz.
  • La figure 6 détaille un exemple de réalisation du duplexeur-adaptateur. Le filtre passe-bas 13 est assuré par une portion 33 de ligne coaxiale dont une première extrémité 34 est en court-circuit (c'est-à-dire que l'âme et le blindage de la ligne coaxiale sont reliés ensemble) et constitue la borne 82 et dont l'extrémité opposée 35 a son âme connectée à la borne 81 et son blindage laissé libre. Le filtre passe-haut 14 est assuré par une portion 36 de ligne coaxiale dont le blindage 37 de son extrémité supérieure constitue la borne 83 et dont l'âme 38 de l'autre extrémité est connectée à la borne 81. Les longueurs des portions 33 et 36 sont de l'ordre de grandeur du quart de la longueur d'onde moyenne correspondant à la bande UHF et sont ajustées pour permettre l'adaptation d'impédance de l'ensemble antennaire 10 selon l'invention aux fréquences UHF utilisées.
  • La figure 7 représente une autre variante de réalisation de l'invention.
  • L'antenne selon l'invention dispose ici de deux accès séparés permettant la connexion de deux postes émetteurs-récepteurs 71 et 72 fonctionnant l'un dans la bande VHF de 30 à 88 MHz l'autre dans la bande UHF de 2,4 à 2,5 GHz.
  • Le poste 71 de la bande VHF est par exemple relié au dispositif d'alimentation 4 par la ligne de transmission coaxiale 9 qui traverse le bloqueur de courant 3 et un ensemble antennaire 10'.
  • Le poste 72 de la bande UHF est par exemple relié aux éléments rayonnants 15i de l'ensemble antennaire 10' par le tronçon 9'1 de la ligne de transmission secondaire coaxiale 9' qui traverse le bloqueur de courant 3.
  • Cet ensemble antennaire 10' dont les détails de conception sont reportés à la figure 8, ne comporte pas de duplexeur-adaptateur contrairement à l'ensemble antennaire donné à l'exemple précédent. Le tronçon 91 de ligne coaxiale reste ininterrompu entre le bloqueur de courant 3 et le dispositif d'alimentation 4. L'alimentation des éléments tubulaires rayonnants 15i est réalisée en connectant l'extrémité inférieure 1511 de l'élément 151 le plus proche du tronçon de ligne 9'1, à l'âme 9'A de ce tronçon 9'1 dont le blindage 9'B est solidaire de celui du tronçon 91 de la ligne coaxiale 9. De cette façon, les blindages des tronçons de lignes 91 et 9'1 se comportent radioélectriquement comme un blindage unique lors du passage à travers les bloqueurs de courant 3 et 11. L'autre extrémité de la ligne coaxiale secondaire est branchée au poste 72 émetteur-récepteur de la bande UHF.
  • Les figures 9 et 10 schématisent une variante de réalisation décrite aux figures 7 et 8 où les deux émetteurs 71 et 72 sont remplacés par un unique émetteur 7 qui alimente directement la ligne de transmission 9. Cette ligne est interrompue de façon à positionner un duplexeur 8 de manière semblable par exemple à celle décrite à la figure 4. Ce duplexeur alimente les deux tronçons de ligne 91 et 9'1 qui ont été détaillées aux figures 7 et 8.
  • La figure 10 montre en détail la liaison entre le duplexeur 8 et les tronçons de ligne 91 et 9'1.
  • La connexion du duplexeur-adaptateur 8 aux extrémités 911 et 912 du tronçon de ligne 91 interrompu s'effectue par exemple en reliant le blindage de ces extrémités à la masse commune 12 du duplexeur-adaptateur 8 et en branchant les âmes des extrémités 911 et 912 de cette ligne coaxiale respectivement à la borne d'entrée 81 et à la borne de sortie 82 de la voie VHF du duplexeur-adaptateur 8. Pour la liaison avec la ligne secondaire 9'1, cette dernière est en liaison avec la sortie 83 de la voie UHF. Ce duplexeur-adaptateur comporte un filtre passe-bas 13 qui se comporte comme une connexion directe entre les bornes d'entrée 81 et 82 pour les signaux VHF et un circuit ouvert pour les signaux UHF. Pour les signaux VHF, tout se passe comme si la coupure effectuée dans la ligne coaxiale 9 n'existait pas et les signaux VHF peuvent donc être amenés jusqu'au dispositif d'alimentation 4. Par contre le filtre passe-haut 14 du duplexeur-adaptateur se comporte comme une connexion directe entre la borne d'entrée 81 et la borne de sortie 83 de la voie UHF pour les signaux UHF qui sont donc prélevés depuis la borne d'entrée 81 pour être amenés jusqu'à la borne de sortie 83 afin d'alimenter le tronçon de ligne 9'1.
  • Dans cet exemple le bloqueur de courant 11 dimensionné pour les fréquences UHF est situé sur les deux lignes de transmission 91 et 9'1 et au-dessus du duplexeur. Il comporte des caractéristiques identiques ou sensiblement identiques à celles données à la figure 4 et de fait ne seront pas détaillées.

Claims (7)

  1. Système antennaire large bande, susceptible de rayonner ou de recevoir des signaux dans une bande de fréquence basse fréquence [Fbb, Fbh] couvrant plus d'une octave et une bande de fréquence haute fréquence [Fhb, Fhh], avec Fbh>=2Fhb, comportant au moins : un dispositif d'alimentation (4) alimentant dans la bande de fréquence basse fréquence au moins un élément rayonnant supérieur (1) et un élément rayonnant inférieur (2), l'élément rayonnant supérieur et l'élément rayonnant inférieur constituant les deux brins d'un dipôle, le dispositif d'alimentation (4) est relié à un poste émetteur-récepteur (7) au moyen d'une ligne de transmission (9), caractérisé en ce que l'élément rayonnant inférieur (2) est pourvu d'au moins un ensemble antennaire (10) adapté à rayonner dans la bande de fréquence haute fréquence [Fhb,Fhh], et en ce que l'élément rayonnant inférieur (2) est constitué d'un tronçon (91) de la ligne de transmission (9) et l'ensemble antennaire (10) comporte au moins plusieurs éléments creux (15i, i=1, 2, ...) lesdits éléments étant reliés entre eux et en série aux moyens de portions de ligne (16i, i=1, 2, ...), l'âme (17i, i=1, 2, ...) d'une portion (16i, i=1, 2, ...) reliant l'extrémité supérieure (15i2, i=1, 2, ...) de l'élément creux (15i, i=1, 2, ...) à l'extrémité inférieure (15(i+1)1, i=1, 2, ...) de l'élément (15i+1, i=1, 2, ...) et le blindage (18i, i=1, 2, ...) de la portion (16i) est relié électriquement à la ligne coaxiale (9).
  2. Système antennaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un duplexeur (8) au niveau de la partie inférieure de l'ensemble antennaire (10) et relié à au moins un élément creux (15i, i=1, 2, ...) et au tronçon (91).
  3. Système antennaire selon la revendication 2 caractérisé en ce que le duplexeur (8) comporte au moins un filtre passe bas (13) constitué d'une portion (33) de ligne coaxiale court-circuitée et/ou au moins un filtre passe-haut (14) constitué d'une portion (36) de ligne coaxiale en circuit-ouvert.
  4. Système selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte un premier poste émetteur-récepteur (71) fonctionnant dans la bande de fréquence basse relié à une première ligne de transmission (9) et un deuxième poste émetteur-récepteur (72) fonctionnant dans la bande haute fréquence relié à une deuxième ligne de transmission coaxiale (9'), la deuxième ligne étant aussi en liaison avec un des éléments creux rayonnants, le blindage des deux lignes étant reliés ensemble.
  5. Système antennaire selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte un bloqueur de courant tel qu'une jupe quart d'onde.
  6. Système selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation (4) comporte un transformateur d'impédance (21) et/ou au moins un circuit LC parallèle (26) et/ou au moins un circuit LC série (29).
  7. Utilisation du système selon l'une des revendications 1 à 6 pour des signaux radio fréquences.
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