EP1523062A1 - Antenne omnidirectionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo - Google Patents

Antenne omnidirectionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo Download PDF

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EP1523062A1 EP03447245A EP03447245A EP1523062A1 EP 1523062 A1 EP1523062 A1 EP 1523062A1 EP 03447245 A EP03447245 A EP 03447245A EP 03447245 A EP03447245 A EP 03447245A EP 1523062 A1 EP1523062 A1 EP 1523062A1
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the present invention relates in a manner general, to an omnidirectional antenna for the transmission and / or reception of audio and / or video.
  • the invention relates to an antenna omnidirectional for transmission and / or receiving audio and / or video signals, comprising a plurality of antenna elements.
  • the signal reception system electromagnetic video at 2.4 Ghz includes usually a high gain omnidirectional antenna behind which a pre-amplifier is placed for improve the noise factor and the dynamics of the receiver.
  • the present invention aims to propose a antenna of the type indicated previously usable by example at frequencies of the order of 500 Mhz or 2.4 Ghz and which allows to overcome the disadvantages of the state of the technique.
  • the antenna according to the invention is characterized in that it comprises a number sufficient spaced identical antenna elements substantially uniformly in the same plane, in Vertical linear polarization and electrically powered radio-electrically by currents substantially similarly phase and of the same amplitude, and of which each main lobe radiation is separated from the adjacent lobe by the maximum a wavelength ⁇ working in the direction of propagation of the wave.
  • each main lobe of radiation has a opening substantially 90 ° in the vertical planes and horizontal.
  • the antenna comprises at least two, preferably four antenna elements.
  • each antenna element comprises an element radiator or radiator consisting of a continuous loop taking the geometric form of two squares located in the same plane having a common vertex and perimeter substantially equal to 2 ⁇ , and an associated reflector.
  • the biquad antenna element constitutes an element particularly preferred antenna in the context of the invention because of the 90 ° opening of its lobe principal and his appreciable gain of 10 dbi.
  • a point situated on the distance connecting the feed center to the associated reflector of an element antenna is separated, of a length equal to ⁇ , from a corresponding point located on the distance connecting the feed center to the associated reflector of an element adjacent antenna.
  • the congestion caused by the antenna according to the invention is minimal.
  • the feeding centers of two adjacent antenna elements are separated from one length equal to ⁇ .
  • the feeding centers of the elements antenna are located on a circle.
  • the antenna elements are connected to a coupler via coaxial cable power supply.
  • the antenna according to the invention comprises a set of four elements biquad antenna 1, each comprising the reflector 2 and the biquad 3 itself connected to a coupler 5 channels, indicated in 4. This link is provided by via a coaxial power supply cable 5 energy.
  • each biquad 3 is tangent to the common circle.
  • Figure 1 also shows the opening angle of 90 ° of the main lobe of each antenna element, two adjacent lobes being distant from one another length ⁇ . Therefore the four antenna elements biquad 1 cover a total angle of 360 °.
  • biquad 3 is configured in closed loop forming two squares in one same plane, united by a common vertex and each side is substantially equal to ⁇ / 4.
  • This biquad consists of a bare copper wire soldered to the coaxial cable 5, both ends of the copper wire being themselves secured, if necessary, to the reflector 2 by means any way to stiffen the assembly.
  • the reflector 2 is formed of a metal plate generally made of copper. Steel, especially stainless steel or polychlorinated biphenyl (“PCB”) can be used as well. In this case, it may be advantageous to solder, for example copper, to the passage opening of the coaxial cable 5 formed in this reflector, so as to ensure a good physical and electrical connection.
  • solder for example copper
  • Such an assembly is known having been described for example in "Biquad Antenna Construction", Martybugs.net, Wireless Networking Info (http://martbugs.net/wireless/biquad) .
  • FIG. 2 also shows that each element antenna 1, via its reflector 2, is secured to a support 7 which can take the form of four angled profiles.
  • this support is Stainless steel.
  • other materials particularly insulating materials such as polymethyl methacrylate may be used.
  • the antenna according to the invention is devoid of support for antenna elements but includes a set of four biquad antenna elements 1 each comprising the reflector 2 and the biquad 3 connected to the coupler 4 by through the coaxial cable 5.
  • the reflector 2 is configured also in antenna element support.
  • each of the above biquad antenna elements may be easily determined from the values of parameters expressed in the description above and this, according to the working wavelength ⁇ in air, a shortening coefficient K, being applied in case the antenna elements are drowned in an electrically insulating medium.
  • each of the four biquads 3 having its feeding center in 6, is connected to a 2.4 Ghz coupler indicated in 4 and shown in Figure 3.
  • This connection is made via a coaxial cable 5 of an impedance 50 ⁇ , semi-rigid power supply cable covered with an electrically insulating material.
  • each feeding center being distant from a length ⁇ of an adjacent feeding center, the diameter of the circle connecting these four centers is, by therefore, 174 mm.
  • the length of each biquad that is to say, the distance separating the two vertices the more distant, is 90 mm, each of these biquads being 17 mm distant from the associated reflector 2.
  • Each reflector consists of a 100 mm copper plate x 100 mm and a thickness of 1.5 mm fixed on a antenna element support 7, two opposing reflectors being separated by 140 mm.
  • the length of its linear conductors 11 is 19 mm each, the cylindrical conductor 12, formed of a bar made of copper or brass, having a diameter of 8.73 mm and a length of 65 mm determined by the curve at the figure 4.
  • each of the four biquads 3 has its center power supply and is connected to a 500 Mhz coupler indicated in 4 and shown in Figure 3 and this, by via a coaxial power cable 5 (impedance: 50 ⁇ ).
  • the diameter of the circle connecting these four centers is 850 mm.
  • each biquads 3 consisting of a continuous copper wire, are configured in two squares equal, with a common vertex, each side of which has a length of about 150 mm (1/4 wave).
  • the length of each biquad (distance separating the two vertices the more distant) is 420 mm and each of these biquads is 85 mm distant from the associated reflector 2.
  • each reflector 2 consists of a steel plate stainless steel 680 mm in length and about 600 mm in height so that two opposing reflectors are separated by 680 mm.
  • each reflector is provided of a hole 13 for the passage of the coaxial cable 5, orifice around which copper is brazed.
  • Coupler 4 for its part, is identical to that of Example 1 except for the length of the conductor cylindrical which is 320 mm as determined by the curve in Figure 4.
  • each of the four biquads 3 is connected to a 2.4 Ghz coupler indicated in 4 and shown in Figure 3 and this, by via a coaxial cable 5 power (impedance: 50 ⁇ ).
  • coupler 4 and the four antenna elements, each formed of a biquad 3 and a reflector 2 are identical to those of Example 1.
  • two adjacent biquad antenna elements are separated by a length ⁇ separating, in this case, the respective centers 13 of the two reflectors 2, that is to say the respective holes for the passage of the cables coaxial 5.
  • the diameter of the circle that connects four centers 13 of the reflectors is about 180 mm.
  • the antenna according to the invention is revealed particularly interesting to fight against typical swell phenomenon at the sea. Indeed, the image video received at 2.4 Ghz is of perfect quality exploitable and without stall even by 4 m swell between two boats about 6 km apart.
  • this antenna can be adapted to other frequencies than 2.4 Ghz and in particular at frequencies of the order of 500 Mhz for the radio link (telephone and "data") where it has been just as effective.
  • this antenna can be used both at the reception only on the show and can also find other applications such as transmission to 2 Mbits between ships.

Landscapes

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

Abstract

La présente invention concerne une antenne omnidirectionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo, notamment à des fréquences de l'ordre de 500 Mhz ou de 2,4 Ghz. L'invention est caractérisée en ce que l'antenne comprend un nombre suffisant d'éléments d'antenne identiques (1), espacés sensiblement uniformément dans un même plan, en polarisation rectiligne verticale et alimentés radio-électriquement par des courants sensiblement de même phase et de même amplitude, et dont chaque lobe principal de rayonnement est séparé du lobe adjacent par au maximum une longueur d'onde λ de travail dans le sens de propagation de l'onde. <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte d'une manière générale, à une antenne omnidirectionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo.
Plus précisément, l'invention concerne une antenne omnidirectionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo, comprenant une pluralité d'éléments d'antenne.
Le système de réception de signaux électromagnétiques vidéo à 2,4 Ghz comprend habituellement une antenne omnidirectionnelle à haut gain derrière laquelle un pré-amplificateur est placé pour améliorer le facteur de bruit et la dynamique du récepteur.
En mer, un système de ce type procure d'excellents résultats pour des distances de l'ordre de 1 à 5 km, toutefois par mer calme. Lorsque le creux des vagues devient important, le signal reçu décroche et s'annule, ce qui nécessite quelque 3 secondes pour son retour à sa valeur originelle.
La présente invention a pour but de proposer une antenne du type indiqué précédemment utilisable par exemple à des fréquences de l'ordre de 500 Mhz ou de 2,4 Ghz et qui permet de pallier les inconvénients de l'état de la technique.
Pour atteindre ce but, l'antenne selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un nombre suffisant d'éléments d'antenne identiques espacés sensiblement uniformément dans un même plan, en polarisation rectiligne verticale et alimentés radio-électriquement par des courants sensiblement de même phase et de même amplitude, et dont chaque lobe principal de rayonnement est séparé du lobe adjacent par au maximum une longueur d'onde λ de travail dans le sens de propagation de l'onde.
Selon une caractéristique préférée de l'invention, chaque lobe principal de rayonnement présente une ouverture sensiblement de 90° dans les plans vertical et horizontal.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'antenne comprend au moins deux, de préférence quatre éléments d'antenne.
Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, chaque élément d'antenne comprend un élément rayonnant ou radiateur constitué d'une boucle continue prenant la forme géométrique de deux carrés situés dans un même plan ayant un sommet commun et de périmètre sensiblement égal à 2 λ, ainsi qu'un réflecteur associé.
Dans la suite de la présente description ainsi que dans les revendications, on désignera l'élément rayonnant ainsi décrit par la dénomination « biquad » et un élément d'antenne muni d'un biquad par « élément d'antenne biquad ».
L'élément d'antenne biquad constitue un élément d'antenne particulièrement préféré dans le cadre de l'invention en raison de l'ouverture de 90° de son lobe principal et de son gain appréciable de 10 dbi.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, un point situé sur la distance reliant le centre d'alimentation au réflecteur associé d'un élément d'antenne est séparé, d'une longueur égale à λ, d'un point correspondant situé sur la distance reliant le centre d'alimentation au réflecteur associé d'un élément d'antenne adjacent.
Les performances d'une telle antenne s'accroissent toutefois à mesure que les couples de points correspondants se rapprochent des centres d'alimentation respectifs où les performances enregistrées sont maximales.
D'autre part, lorsqu'un couple de points correspondants est situé à leur centre d'alimentation respectifs, l'encombrement provoqué par l'antenne selon l'invention est minimal.
En conséquence, selon une caractéristique supplémentaire et préférée, les centres d'alimentation de deux éléments d'antenne adjacents sont séparés d'une longueur égale à λ.
Au surplus, selon une autre caractéristique de l'invention, les centres d'alimentation des éléments d'antenne sont situés sur un cercle.
De même, selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les éléments d'antenne sont reliés à un coupleur par l'intermédiaire d'un câble coaxial d'alimentation en énergie.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaítront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples illustrant différents modes de réalisation de l'invention et dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique en plan d'une antenne selon l'invention comprenant 4 éléments d'antenne biquad fixés à des supports d'éléments d'antenne et un coupleur
  • la figure 2 est une vue frontale d'un élément d'antenne biquad à la figure 1 fixé à des supports d'éléments d'antenne
  • la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un coupleur à 5 voies
  • la figure 4 représente la courbe définissant la longueur du conducteur cylindrique d'un coupleur en fonction de la fréquence de travail
  • la figure 5 est une vue schématique en plan d'un autre mode de réalisation d'une antenne selon l'invention comprenant 4 éléments d'antenne biquad
  • la figure 6 est une vue frontale d'un élément d'antenne biquad à la figure 5
  • la figure 7 est une vue schématique en plan d'un autre mode de réalisation d'une antenne selon l'invention comprenant 4 éléments d'antenne biquad.
Tel que représentée aux figures 1 et 2, l'antenne selon l'invention comprend un ensemble de quatre éléments d'antenne biquad 1, comprenant chacun le réflecteur 2 et le biquad 3 proprement dit reliés à un coupleur à 5 voies, indiqué en 4. Cette liaison est assurée par l'intermédiaire d'un câble coaxial 5 d'alimentation en énergie.
D'autre part, les centres d'alimentation 6 de ces éléments d'antenne biquad se trouvent sur un cercle commun et aux points d'intersection de deux diamètres orthogonaux avec ce cercle de telle sorte que la corde qui soustend l'arc situé entre deux centres d'alimentation adjacents soit égale à λ. En outre, chaque biquad 3 est tangent au cercle commun.
La figure 1 montre également l'angle d'ouverture de 90° du lobe principal de chaque élément d'antenne, deux lobes adjacents étant distants l'un de l'autre d'une longueur λ. Par conséquent les quatre éléments d'antenne biquad 1 couvrent en totalité un angle de 360°.
Tel que représenté à la figure 2, le biquad 3 est configuré en boucle fermée formant deux carrés dans un même plan, unis par un sommet commun et dont chaque côté est sensiblement égal à λ/4. Ce biquad est constitué d'un fil de cuivre nu soudé au câble coaxial 5, les deux extrémités du fil de cuivre étant elles-mêmes solidarisées, si nécessaire, au réflecteur 2 par un moyen quelconque de manière à rigidifier l'ensemble.
Le réflecteur 2, quant à lui, est formé d'une plaque métallique généralement en cuivre. L'acier en particulier l'acier inoxydable ou encore le polychlorobiphényle (« PCB ») peuvent être utilisés également. Dans ce cas, il peut être avantageux de braser, par exemple du cuivre, à l'orifice de passage du câble coaxial 5 ménagé dans ce réflecteur, de manière à assurer une bonne connexion physique et électrique. Un tel assemblage est connu ayant été décrit par exemple dans "Biquad Antenna Construction", Martybugs.net, Wireless Networking Info (http://martbugs.net/wireless/biquad).
La figure 2 montre également que chaque élément d'antenne 1, par l'intermédiaire de son réflecteur 2, est solidarisé à un support 7 qui peut prendre la forme de quatre profilés en équerre. Habituellement ce support est en acier inoxydable. Toutefois, d'autres matériaux notamment des matériaux isolants comme le polyméthylméthacrylate peuvent être utilisés.
Quant au coupleur 4, celui-ci est visible à la figure 3 où sont représentés les quatre connecteurs N femelle 8 au châssis 9, le connecteur N femelle d'entrée 10 ainsi que les conducteurs linéaires 11 et cylindrique 12.
Dans un autre mode de réalisation, conformément aux figures 5 et 6, l'antenne selon l'invention est dépourvue de support d'éléments d'antenne mais comprend un ensemble de quatre éléments d'antenne biquad 1 comprenant chacun le réflecteur 2 et le biquad 3 reliés au coupleur 4 par l'intermédiaire du câble coaxial 5. Dans une telle réalisation, le réflecteur 2 est configuré également en support d'élément d'antenne.
Les différentes mesures nécessaires à l'élaboration de chacun des éléments d'antenne biquad ci-dessus peuvent être aisément déterminées à partir des valeurs des paramètres exprimés dans la description ci-dessus et ce, en fonction de la longueur d'onde de travail λ dans l'air, un coefficient de raccourcissement K, étant appliqué au cas où les éléments d'antenne seraient noyés dans un milieu électriquement isolant.
Les exemples non limitatifs suivants illustrent divers modes de réalisation d'une antenne omnidirectionnelle selon l'invention :
EXEMPLE 1 ANTENNE à 2,4 Ghz
Dans un mode de réalisation préféré d'une antenne à 2,4 Ghz, telle que représentée aux figures 1 à 3, chacun des quatre biquads 3 ayant son centre d'alimentation en 6, est relié à un coupleur à 2,4 Ghz indiqué en 4 et représenté à la figure 3. Cette connexion est effectuée par l'intermédiaire d'un câble coaxial 5 d'une impédance de 50 Ω, câble semi-rigide d'alimentation en énergie recouvert d'un matériau électriquement isolant.
Chaque centre d'alimentation étant distant d'une longueur λ d'un centre d'alimentation adjacent, le diamètre du cercle reliant ces quatre centres est, par conséquent, de 174 mm.
Les biquads 3 sont constitués chacun d'un fil de cuivre continu d'un diamètre d'environ 1,5 à 2,5 mm, de préférence 2,5 mm, configuré en deux carrés égaux avec un sommet commun et dont chaque côté a une longueur de 36 mm (1/4 d'onde = 31 mm). La longueur de chaque biquad, c'est-à-dire la distance séparant les deux sommets les plus éloignés, est de 90 mm, chacun de ces biquads étant distant de 17 mm du réflecteur 2 associé. Chaque réflecteur est constitué d'une plaque de cuivre de 100 mm x 100 mm et d'une épaisseur de 1,5 mm fixée sur un support 7 d'élément d'antenne, deux réflecteurs opposés étant séparés de 140 mm.
En ce qui concerne le coupleur 4 représenté à la figure 3, la longueur de ses conducteurs linéaires 11 est de 19 mm chacun, le conducteur cylindrique 12, formé d'un barreau en cuivre ou en laiton, ayant un diamètre de 8,73 mm et une longueur de 65 mm déterminée par la courbe à la figure 4.
EXEMPLE 2 ANTENNE à 500 Mhz
Dans un autre mode de réalisation préféré d'une antenne à 500 Mhz, telle que représentée aux figures 5 et 6, chacun des quatre biquads 3 a son centre d'alimentation en 6 et est relié à un coupleur à 500 Mhz indiqué en 4 et représenté à la figure 3 et ce, par l'intermédiaire d'un câble coaxial d'alimentation 5 (impédance : 50 Ω).
Comme chaque centre d'alimentation est distant d'une longueur λ d'un centre d'alimentation adjacent, le diamètre du cercle reliant ces quatre centres est de 850 mm.
D'autre part, les biquads 3, constitués chacun d'un fil de cuivre continu, sont configurés en deux carrés égaux, avec un sommet commun, dont chaque côté a une longueur d'environ 150 mm (1/4 d'onde). La longueur de chaque biquad (distance séparant les deux sommets les plus éloignés) est de 420 mm et chacun de ces biquads est distant de 85 mm du réflecteur 2 associé. En outre, chaque réflecteur 2 est constitué d'une plaque d'acier inoxydable de 680 mm de longueur et d'environ 600 mm de hauteur de sorte que deux réflecteurs opposés sont séparés de 680 mm. De même, chaque réflecteur est pourvu d'un orifice 13 de passage du câble coaxial 5, orifice autour duquel du cuivre est brasé.
Le coupleur 4, quant à lui, est identique à celui de l'Exemple 1 à l'exception de la longueur du conducteur cylindrique qui est de 320 mm tel que déterminé par la courbe à la figure 4.
EXEMPLE 3 ANTENNE à 2,4 Ghz
Selon un autre mode de réalisation d'une antenne à 2,4 Ghz, telle que représentée à la figure 7, chacun des quatre biquads 3 est relié à un coupleur à 2,4 Ghz indiqué en 4 et représenté à la figure 3 et ce, par l'intermédiaire d'un câble coaxial 5 d'alimentation (impédance : 50 Ω). En outre, le coupleur 4 et les quatre éléments d'antenne, formés chacun d'un biquad 3 et d'un réflecteur 2, sont identiques à ceux de l'Exemple 1.
Toutefois, deux éléments d'antenne biquad adjacents sont distants d'une longueur λ séparant, dans ce cas, les centres 13 respectifs des deux réflecteurs 2, c'est-à-dire les orifices respectifs de passage des câbles coaxiaux 5.
Par conséquent, le diamètre du cercle qui relie les quatre centres 13 des réflecteurs est d'environ 180 mm.
L'antenne selon l'invention se révèle particulièrement intéressante pour lutter contre le phénomène de houle typique à la mer. En effet, l'image vidéo reçue à 2,4 Ghz est de qualité parfaitement exploitable et sans décrochage même par houle de 4 m entre deux bateaux distants d'environ 6 km.
En outre cette antenne peut être adaptée à d'autres fréquences que 2,4 Ghz et notamment à des fréquences de l'ordre de 500 Mhz pour le faisceau hertzien (téléphone et « data ») où elle s'est montrée tout aussi efficace.
Par ailleurs, cette antenne peut être utilisée tant à la réception qu'à l'émission et peut également trouver d'autres applications telles que la transmission à 2 Mbits entre navires.

Claims (10)

  1. Antenne omnidirectionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo, caractérisée en ce qu'elle comprend un nombre suffisant d'éléments d'antenne identiques (1), espacés sensiblement uniformément dans un même plan, en polarisation rectiligne verticale et alimentés radio-électriquement par des courants sensiblement de même phase et de même amplitude, et dont chaque lobe principal de rayonnement est séparé du lobe adjacent par au maximum une longueur d'onde λ de travail dans le sens de propagation de l'onde.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque lobe principal de rayonnement présente une ouverture sensiblement de 90° dans les plans vertical et horizontal.
  3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend quatre éléments d'antenne.
  4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque élément d'antenne comprend un élément rayonnant (3) constitué d'une boucle continue prenant la forme géométrique de deux carrés situés dans un même plan ayant un sommet commun et de périmètre sensiblement égal à 2 λ, ainsi qu'un réflecteur (2) associé.
  5. Antenne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un point situé sur la distance reliant le centre d'alimentation (6) au réflecteur (2) associé d'un élément d'antenne est séparé, d'une longueur égale à λ, d'un point correspondant situé sur la distance reliant le centre d'alimentation au réflecteur associé d'un élément d'antenne adjacent.
  6. Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que les centres d'alimentation de deux éléments d'antenne adjacents sont séparés d'une longueur égale à λ.
  7. Antenne selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les centres d'alimentation (6) des éléments d'antenne sont situés sur un cercle.
  8. Antenne selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce les éléments d'antenne sont reliés à un coupleur (4) par l'intermédiaire d'un câble coaxial (5) d'alimentation en énergie.
  9. Antenne selon une des revendications 1 à 8 pour utilisation à des fréquences de l'ordre de 2,4 Ghz.
  10. Antenne selon une des revendications 1 à 8 pour utilisation à des fréquences de l'ordre de 500 Mhz.
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