EP1876673A1 - Antenne directionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo - Google Patents

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

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EP1876673A1
EP1876673A1 EP06447089A EP06447089A EP1876673A1 EP 1876673 A1 EP1876673 A1 EP 1876673A1 EP 06447089 A EP06447089 A EP 06447089A EP 06447089 A EP06447089 A EP 06447089A EP 1876673 A1 EP1876673 A1 EP 1876673A1
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antenna
antenna according
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relay
radiating elements
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Philippe Herman
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path

Definitions

  • the present invention relates generally to a directional antenna for transmitting and / or receiving audio and / or video signals.
  • the invention relates to a directional antenna for transmitting and / or receiving audio and / or video signals, of the kind comprising a plurality of identical antenna elements, electrically powered by currents of substantially the same phase and likewise amplitude, each antenna element comprising a radiating element formed of two quadrilaterals joined by a common vertex, a feed center and a reflector associated with this radiating element.
  • GSM Global System for Mobile Communication
  • the mobile telephony network known as GSM (“Global System for Mobile Communication”) comprises high-gain omnidirectional fixed antennas capable of transmitting and receiving electromagnetic signals at 890-960 MHz towards handsets. laptops or cell phones nearby.
  • the object of the present invention is to propose an antenna of the type indicated previously that can be used, for example, in the GSM / GPRS band, that is to say in frequencies of the order of 880 to 1830 MHz and which makes it possible, when used alone or in combination with other types of antennas, to overcome the disadvantages of the state of the art, in particular by improving the quality of operation known antennas.
  • GPRS General Pocket Radio Service
  • ie General Packet Radio Service ie General Packet Radio Service
  • the antenna according to the invention is characterized in that it comprises a coupling of at least two coplanar and separate radiating elements, each side of the quadrilaterals of a radiating element being parallel to the corresponding side of the other radiating elements of the coupling and in that the respective feeding centers are aligned along a line that does not intersect any quadrilateral.
  • each antenna element comprises a radiating element or radiator consisting of a double continuous loop taking the geometric form of two squares located in the same plane, having a common vertex and perimeter substantially equal to two wavelengths (2 ⁇ ).
  • Such a radiating element may be designated later in the description as in the claims by the name "biquad”.
  • the coupling in question may comprise from 2 to 8, in particular from 2 to 4 and preferably, 4 radiating elements as described above.
  • the line of alignment of the feed centers is orthogonal to the longitudinal axis of each of the biquads, that is to say the axis passing through the vertices. the farthest from the two quadrilaterals forming each biquad.
  • This biquad is usually made from a wire, preferably copper, disposed at a small distance from the reflector to which it is attached.
  • this wire may be replaced by a printed circuit on a dielectric support according to known methods.
  • the power centers are far apart from each other sufficiently and appropriately to avoid a maximum of interference.
  • two adjacent feeding centers are spaced from each other by a distance substantially equal to ⁇ / 2.
  • the different biquads are connected, via their respective supply centers, to a coupler via a coaxial power supply cable.
  • the different reflectors will also be coplanar. Therefore, in a usual and preferred manner, the reflectors of the various biquads in question are merged by their edges into a continuous reflector forming a single reflector. This usually takes the form of a single panel configured to support these biquads.
  • the radiating elements are associated with a single reflector forming a support panel for all of these elements.
  • This or these reflectors are formed of a metal plate generally made of copper or aluminum. Steel, especially stainless steel or polychlorinated biphenyl (“PCB”) can be used as well. In this case and in known manner, it may be advantageous to solder, for example copper to the coaxial cable orifice, orifice formed in this reflector so as to ensure a good physical and electrical connection.
  • PCB polychlorinated biphenyl
  • the antenna according to the invention can be implemented in horizontal or vertical rectilinear polarization.
  • this antenna is used in vertical rectilinear polarization in which case the feeding centers of the biquads are aligned in a vertical, the longitudinal axis of the biquads being horizontal.
  • the antenna according to the invention makes it possible to obtain a main lobe of large aperture in the horizontal plane but weak in the vertical plane, accompanied by a large gain.
  • each main lobe of radiation has an opening substantially of 55 ° to 60 ° in the horizontal plane and substantially of 20 ° to 40 ° in the vertical plane, accompanied by a gain of 12 dBi at 16 dBi in particular from 12.5 to 14.5 dBi.
  • the antenna according to the invention has particularly advantageous characteristics resulting in both a large opening of the main lobe in the horizontal plane, a small opening in the vertical plane, a large gain and a low radiated power.
  • the main radiation lobe in the horizontal plane of a quadruple biquad antenna according to the invention has, as mentioned above, an opening of approximately 60 ° (-3 dBi) conferring on it a effective range of not less than 400 m, sufficient aperture of approximately 20 ° to 400 m in the vertical plane and a maximum gain of 14,1 dBi so as to cover a geographical area over a distance greater than 400 m .
  • the radiated power is only about +13 dBm in each direction.
  • the directional antenna according to the invention can find application in the field of GSM mobile telephony and / or transmission and reception of GPRS data. It can be used in particular for the implementation of a method of recovering an external signal, in particular GSM by means of a gain antenna, for example of the Yagi type, to convey this signal via a coaxial cable to an amplifier then to diffuse, by means of an antenna according to the invention, in the geographical area to be covered, in this case a geographical area of reduced size or pico-cell.
  • the invention provides a device for implementing this method.
  • This device also hereinafter referred to as “pico-relay”
  • the directional antenna mounted at the upper portion of the mat is preferably of the Yagi type in horizontal polarization but preferably in vertical polarization. This comprises a sufficient number of elements in the frequency band considered in particular 10 to 16 elements in the band 890-960 MHz. Generally, the opening of this upper antenna, at -3 dBi, varies from 10 ° to 15 ° in both the vertical and horizontal plane. On the other hand, when a gain increase is desired, several directional antennas of the above type will advantageously be placed at the upper portion of the mat in question.
  • the relay antenna comprises a repeater, usually of the pico-repeater type, connected to the upper antenna as well as to the lower antenna, which consists of a bidirectional amplifier for frequency coverage.
  • a repeater usually of the pico-repeater type, connected to the upper antenna as well as to the lower antenna, which consists of a bidirectional amplifier for frequency coverage.
  • a bidirectional amplifier for frequency coverage envisaged for example the GSM 900 or GSM 1800 band.
  • This pico-receiver commercially available, receives and amplifies, the mobile signal received from a base station of an operator and the reemet, via the upper antenna, to the lower antenna, according to the invention, which distributes it in the geographical area considered in this case a pico-cell of a few hundred meters in diameter.
  • the amplification bandwidth is configurable for adaptation, if necessary to a different band.
  • the relay antenna according to the invention advantageously comprises at least one solar panel, preferably a single panel, coupled to at least one energy accumulator battery.
  • the pico-relay according to the invention can be equipped with a surge arrester located at the level of the upper antenna so as to provide maximum security.
  • the antenna according to the invention comprises a set of four radiating elements 1, of biquad type, that is to say, configured in FIG. closed loop forming two equal squares in the same plane and united by a common vertex.
  • the length of each biquad that is to say the distance separating the two farthest vertices, is 230 mm.
  • FIG. 5 also shows that the biquads are fixed on a reflector panel 3 which consists of an aluminum plate of 720 mm ⁇ 360 mm and a thickness of 2 mm. Moreover, each of these biquads, 48 mm away from this reflector 3, is connected, via its feed center 2, to a 5-way coupler for frequencies of the order of 890 to 960 MHz. , which is indicated in 4. This connection is provided by means of a coaxial cable 5 with a voltage impedance of 50 ⁇ , semi-rigid power supply cable covered with an electrically insulating material. In addition, these biquads are welded to this coaxial cable 5, the vertices furthest from each of them being themselves secured, if necessary to the reflector panel 3 by any means so as to stiffen the assembly.
  • a pico-relay in the GSM 890-960 Mhz band as represented in FIG. 7, there is a generally cylindrical and wooden mast 6, for example with a diameter of 200 mm and from a height of about 12 m.
  • a generally cylindrical and wooden mast 6 for example with a diameter of 200 mm and from a height of about 12 m.
  • At the upper portion of this mat are fixed 2 Yagi directional antennas each comprising 7 elements in the band 890-960 Mhz, whose gain is 15 dBi and whose opening is 2 x 10 ° in the vertical and horizontal.
  • These Yagi antennas an example of which is represented at 7 in FIG.
  • a lightning arrester 8 for example of COAXSTOP® type Franklin company is placed at the output of the coupler and connected to a conductor 35 mm 2 section for earthing.
  • Fig. 7 also shows a solar panel 9 (12 V, 50 W), preferably of the Sunset type, and of dimensions (980 x 450 x 35) mm.
  • This panel is fixed on a frame 10 with galvanized steel angle, inclined at 45 ° and maintained by two flanges 11 welded to the support. The set is positioned about one meter from the top of the post and oriented south-southeast.
  • a sealed housing generally of dimensions (500 x 500 x 200) mm, welded to a flat support supporting it and fixed on the mat by two flanges.
  • This housing comprises, not shown, a pico-repeater, batteries (12 V, 32 Ah) with a capacity of 384 W of sealed lead-acid battery type, a solar regulator (12 V, 5A), a differential circuit breaker and a thermostatically controlled ventilation (12 V).
  • the selective band repeater for example of the Chiki 903 C type originating from the Retemsa company, has an output power of 13 dBm with bidirectional amplification of 52 dBi in the 900 MHz GSM band.
  • Figure 7 shows, attached to the lower portion of the mat, an antenna 13 as described in Example 1, that is to say comprising four radiating elements 14 in vertical polarization, each biquad type, mounted in network on a reflector 15 and vertically coupled.
  • This antenna 13 is in fact isolated from Yagi antennas from a distance of 8 to 10 m to obtain 70 dBi.
  • the solar panel will accumulate 360 W of electrical energy. As the entire pico-relay consumes only 0.8 A h, a total of 230 W will be consumed in 24 hours leaving a reserve of 130 W.
  • the pico-relay according to the invention is used in particular to overcome the lack of GSM telephony in isolated geographical areas or white areas mainly located in rural areas, mountains and forests. This one is particularly advantageous because on the one hand its energy autonomy since it is powered by solar panel, the harvested energy being saved on battery and on the other hand its very low consumption that it is about radiated power or absorbed. Moreover, this pico-relay does not require any particular external maintenance.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

L'invention se rapporte à une antenne directionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo, du genre comprenant plusieurs éléments d'antenne identiques, alimentés radio-électriquement par des courants sensiblement de même phase et de même amplitude, chaque élément d'antenne comprenant un élément rayonnant formé de deux quadrilatères réunis par un sommet commun, un centre d'alimentation ainsi qu'un réflecteur associé à cet élément rayonnant. L'invention est caractérisée en ce que l'antenne comprend un couplage d'au moins deux éléments rayonnants coplanaires et séparés, chaque côté des quadrilatères d'un élément rayonnant étant parallèle au côté correspondant du ou des autres éléments rayonnants du couplage et en ce que les centres d'alimentation respectifs sont alignés selon une droite ne coupant aucun quadrilatère.

Description

  • La présente invention se rapporte d'une manière générale à une antenne directionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo.
  • Plus précisément, l'invention concerne une antenne directionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo, du genre comprenant plusieurs éléments d'antenne identiques, alimentés radio-électriquement par des courants sensiblement de même phase et de même amplitude, chaque élément d'antenne comprenant un élément rayonnant formé de deux quadrilatères réunis par un sommet commun, un centre d'alimentation ainsi qu'un réflecteur associé à cet élément rayonnant.
  • Le réseau de téléphonie mobile dénommé GSM (« Global System for Mobile communication » c'est à dire Système global de communication mobile) comprend des antennes fixes omnidirectionnelles à haut gain pouvant émettre et recevoir des signaux électromagnétiques à 890-960 Mhz en direction de combinés portables ou téléphones cellulaires se trouvant à proximité.
  • Toutefois, malgré un maillage géographique important, certains obstacles notamment urbains ou naturels occasionnés par exemple par des accidents de terrain créent des anomalies de fonctionnement telles que des évanouissements de propagation dus principalement à des réflexions multiples des ondes électromagnétiques.
  • La présente invention a pour but de proposer une antenne du type indiqué précédemment utilisable par exemple dans la bande GSM/GPRS, c'est-à-dire à des fréquences de l'ordre de 880 à 1830 Mhz et qui permet, lorsqu'elle est employée seule ou en combinaison avec d'autres types d'antennes, de pallier les inconvénients de l'état de la technique notamment en améliorant la qualité de fonctionnement d'antennes connues. (GPRS : « Général Pocket Radio Service » c'est-à-dire Service Général de radiocommunication par paquets).
  • Pour atteindre ce but, l'antenne selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un couplage d'au moins deux éléments rayonnants coplanaires et séparés, chaque côté des quadrilatères d'un élément rayonnant étant parallèle au côté correspondant du ou des autres éléments rayonnants du couplage et en ce que les centres d'alimentation respectifs sont alignés selon une droite ne coupant aucun quadrilatère.
  • Ainsi, chaque élément d'antenne comprend un élément rayonnant ou radiateur constitué d'une double boucle continue prenant la forme géométrique de deux carrés situés dans un même plan, ayant un sommet commun et de périmètre sensiblement égal à deux longueurs d'onde (2λ).
  • Un tel élément rayonnant pourra être désigné par la suite aussi bien dans la description que dans les revendications par la dénomination « biquad ».
  • Généralement, le couplage en question peut comprendre de 2 à 8, en particulier de 2 à 4 et de préférence, 4 éléments rayonnants tels que décrits ci-dessus.
  • En outre, selon une caractéristique particulière et avantageuse de l'invention, la droite d'alignement des centres d'alimentation est orthogonale à l'axe longitudinal de chacun des biquads, c'est-à-dire l'axe passant par les sommets les plus éloignés des deux quadrilatères formant chaque biquad.
  • Ce biquad est réalisé habituellement à partir d'un fil métallique, avantageusement le cuivre, disposé à faible distance du réflecteur auquel il est fixé. Toutefois, ce fil métallique peut être remplacé par un circuit imprimé sur un support diélectrique selon des méthodes connues.
  • En vue d'enregistrer les meilleures performances de l'antenne selon l'invention, les centres d'alimentation sont éloignés les uns des autres de manière suffisante et appropriée pour éviter un maximum d'interférences.
  • A cette fin, et selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, deux centres d'alimentation adjacents sont éloignés l'un de l'autre d'une distance sensiblement égale à λ/2.
  • De même, selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les différents biquads sont reliés, via leurs centres d'alimentation respectifs, à un coupleur par l'intermédiaire d'un câble coaxial d'alimentation en énergie.
  • La distance comprise entre le centre d'alimentation d'un élément rayonnant et son réflecteur étant la même pour chacun des biquads constitutifs de l'antenne selon l'invention, les différents réflecteurs seront également coplanaires. Par conséquent, de manière habituelle et préférentielle, les réflecteurs des différents biquads en question sont fusionnés par leurs bords en un réflecteur continu formant un réflecteur unique. Celui-ci prend habituellement la forme d'un seul panneau configuré en support de ces biquads.
  • Ainsi, selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments rayonnants sont associés à un réflecteur unique formant panneau support pour l'ensemble de ces éléments.
  • Ce ou ces réflecteurs sont formés d'une plaque métallique généralement en cuivre ou en aluminium. L'acier, en particulier l'acier inoxydable ou encore le polychlorobiphényle (« PCB ») peuvent être utilisés également. Dans ce cas et de manière connue, il peut être avantageux de braser, par exemple du cuivre à l'orifice du câble coaxial, orifice ménagé dans ce réflecteur de manière à assurer une bonne connexion physique et électrique.
  • L'antenne selon l'invention, ainsi conçue, peut être mise en oeuvre en polarisation rectiligne horizontale ou verticale. Toutefois, selon un mode d'utilisation particulièrement préféré, cette antenne est employée en polarisation rectiligne verticale auquel cas les centres d'alimentation des biquads se trouvent alignés selon une verticale, l'axe longitudinal des biquads étant horizontal.
  • Dans ce mode d'utilisation en polarisation verticale, l'antenne selon l'invention permet d'obtenir un lobe principal de grande ouverture dans le plan horizontal mais faible dans le plan vertical, accompagné d'un gain important.
  • Ainsi, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque lobe principal de rayonnement présente une ouverture sensiblement de 55° à 60° dans le plan horizontal et sensiblement de 20° à 40° dans le plan vertical, accompagnée d'un gain de 12 dBi à 16 dBi en particulier de 12,5 à 14,5 dBi.
  • En particulier, l'angle d'ouverture du lobe principal dans le plan horizontal varie de 57° à 59° dans le plan horizontal et de 20° à 35° dans le plan vertical. A titre d'exemple, une antenne à 925 Mhz selon l'invention comprenant :
    • deux biquads présente :
      • a) dans le plan horizontal
        un angle d'ouverture du lobe principal de 57,7°, une direction du lobe principal de 0°, un lobe secondaire dont le niveau est situé à -21,3 dBi et un gain (amplitude du lobe principal) de 12,5 dBi, tel qu'illustré à la figure 1 en annexe,
      • b) dans le plan horizontal
        un angle d'ouverture du lobe principal de 33,7°, une direction du lobe principal de 90°, un lobe secondaire dont le niveau est situé à -18,9 dBi et un gain de 12,5 dBi, tel qu'illustré à la figure 2 en annexe,
    • quatre biquads présente :
      • a) dans le plan horizontal
        un angle d'ouverture du lobe principal de 58,9 dBi, une direction du lobe principal de 0°, un lobe secondaire dont le niveau est situé à -18,9 dBi et un gain de 14,1 dBi, tel qu'illustré à la figure 3 en annexe,
      • b) dans le plan vertical
        un angle d'ouverture du lobe principal de 21,8°, une direction du lobe principal de 90°, un lobe secondaire dont le niveau est situé à -13,1 dBi et un gain de 14,1 dBi, tel qu'illustré à la figure 4 en annexe.
  • L'antenne selon l'invention présente des caractéristiques particulièrement avantageuses se traduisant, à la fois, par une grande ouverture du lobe principal dans le plan horizontal, une faible ouverture dans le plan vertical, un gain important ainsi qu'une faible puissance rayonnée.
  • A titre d'exemple, le lobe principal de rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne quadruple biquad selon l'invention présente, comme mentionné précédemment, une ouverture d'environ 60° (-3dBi) lui conférant une portée effective d'au moins 400 m, une ouverture suffisante d'environ de 20° à 400 m dans le plan vertical ainsi qu'un gain maximum de 14,1 dBi de manière à couvrir une zone géographique sur une distance supérieure à 400 m. De plus, la puissance rayonnée n'est que d'environ + 13 dBm dans chaque sens.
  • L'antenne directionnelle selon l'invention peut trouver application dans le domaine de la téléphonie mobile GSM et/ou de la transmission et réception de données GPRS. Elle peut être utilisée notamment pour la mise en oeuvre d'une méthode consistant à récupérer un signal extérieur en particulier GSM au moyen d'une antenne à gain par exemple de type Yagi, à acheminer ce signal via un câble coaxial jusqu'à un amplificateur puis à le diffuser, au moyen d'une antenne selon l'invention, dans la zone géographique à couvrir, dans le cas présent une zone géographique de dimensions réduites ou pico-cellule.
  • Ainsi, selon une autre de ses caractéristiques, l'invention prévoit un dispositif pour la mise en oeuvre de cette méthode. Ce dispositif, également dénommé par la suite « pico-relais », consiste en une antenne relais de radiotéléphonie mobile pour la couverture d'une zone géographique de dimensions réduites, du genre comprenant un mat présentant une portion supérieure et une portion inférieure, au moins une antenne directionnelle à haut gain et à faible ouverture, ci-après également dénommée « antenne supérieure », étant fixée à ladite portion supérieure, caractérisée en ce que la portion inférieure du mat comprend une antenne directionnelle à haut gain et à grande ouverture selon l'invention, ci-après également dénommée « antenne inférieure ».
  • L'antenne directionnelle montée à la portion supérieure du mat est préférentiellement de type Yagi en polarisation horizontale mais de préférence en polarisation verticale. Celle-ci comprend un nombre suffisant d'éléments dans la bande de fréquences considérées en particulier 10 à 16 éléments dans la bande 890-960 Mhz. Généralement, l'ouverture de cette antenne supérieure, à -3dBi, varie de 10° à 15° aussi bien dans le plan vertical qu'horizontal. D'autre part, lorsqu'une augmentation de gain est recherchée, plusieurs antennes directives du type ci-dessus seront avantageusement placées à la portion supérieure du mat en question.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'antenne relais comprend un répéteur, habituellement du genre pico-répéteur, relié à l'antenne supérieure ainsi qu'à l'antenne inférieure, lequel consiste en un amplificateur bidirectionnel pour la couverture des fréquences envisagées par exemple la bande GSM 900 ou GSM 1800.
  • Ce pico-récepteur, disponible dans le commerce, reçoit et amplifie, le signal mobile reçu d'une station de base d'un opérateur et le réémet, par l'intermédiaire de l'antenne supérieure, à destination de l'antenne inférieure, selon l'invention, qui le distribue dans la zone géographique considérée en l'occurrence une pico-cellule de quelques centaines de mètres de diamètre. D'autre part, la bande passante d'amplification est configurable pour une adaptation, si nécessaire à une bande différente.
  • En outre, de manière à lui assurer une autonomie énergétique, l'antenne relais selon l'invention comprend avantageusement au moins un panneau solaire, de préférence un seul panneau, couplé à au moins une batterie accumulatrice d'énergie.
  • Par ailleurs, le pico-relais selon l'invention peut être équipé d'un parafoudre situé au niveau de l'antenne supérieure de façon à lui apporter un maximum de sécurité.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront 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 représentation du diagramme de rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne selon l'invention comprenant 2 éléments rayonnants biquad,
    • la figure 2 est une représentation du diagramme de rayonnement dans le plan vertical d'une antenne selon l'invention comprenant 2 éléments rayonnants biquad,
    • la figure 3 est une représentation du diagramme de rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne selon l'invention comprenant 4 éléments rayonnants biquad,
    • la figure 4 est une représentation du diagramme de rayonnement dans le plan vertical d'une antenne selon l'invention comprenant 4 éléments rayonnants biquad,
    • la figure 5 est une vue schématique frontale d'une antenne selon l'invention comprenant 4 éléments rayonnants biquad fixés à un support,
    • la figure 6 est une vue frontale de l'antenne à la figure 5,
    • la figure 7 est une vue frontale d'une antenne relais de téléphonie mobile ou pico-relais comprenant l'antenne à la figure 5.
    EXEMPLE 1 ANTENNE à 925 Mhz
  • Tel que représenté aux figures 5 et 6, l'antenne selon l'invention dont les diagrammes de rayonnement sont illustrés aux figures 3 et 4, comprend un ensemble de quatre éléments rayonnants 1, de type biquad c'est-à-dire configurés en boucle fermée formant deux carrés égaux dans un même plan et unis par un sommet commun. Ces biquads 1 sont constitués chacun d'un fil de cuivre nu et continu d'un diamètre d'environ 2,5 à 3,5 mm, de préférence 3 mm, chaque côté des carrés ayant une longueur de 79 mm (1/4 d'onde = 81 mm). D'autre part, la longueur de chaque biquad, c'est-à-dire la distance séparant les deux sommets les plus éloignés, est de 230 mm. En outre, ces biquads sont isolés les uns des autres de 180 mm (λ/2 = 162 mm) qui représentent la distance séparant deux centres d'alimentation 2 adjacents, les 4 centres d'alimentation étant alignés selon la droite d représentée en traits interrompus.
  • La figure 5 montre également que les biquads sont fixés sur un panneau 3 formant réflecteur lequel est constitué d'une plaque d'aluminium de 720 mm x 360 mm et d'une épaisseur de 2 mm. Par ailleurs, chacun de ces biquads, distant de 48 mm de ce réflecteur 3, est relié, par l'intermédiaire de son centre d'alimentation 2, à un coupleur à 5 voies pour des fréquences de l'ordre de 890 à 960 Mhz, lequel est indiqué en 4. Cette liaison est assurée au moyen d'un câble coaxial 5 d'une impédance de 50 Ω, câble semi-rigide d'alimentation en énergie recouvert d'un matériau électriquement isolant. En outre, ces biquads sont soudés à ce câble coaxial 5, les sommets les plus éloignés de chacun d'eux étant eux-mêmes solidarisés, si nécessaire au panneau réflecteur 3 par un moyen quelconque de manière à rigidifier l'ensemble.
    • EXEMPLE 2 PICO-RELAIS à 925 Mhz
  • Dans un mode de réalisation préféré d'un pico-relais dans la bande GSM 890-960 Mhz, tel que représenté à la figure 7, on distingue un mât 6 généralement cylindrique et en bois, par exemple d'un diamètre de 200 mm et d'une hauteur de 12 m environ. A la portion supérieure de ce mat sont fixées 2 antennes directionnelles de type Yagi comprenant chacune 7 éléments dans la bande 890-960 Mhz, dont le gain est de 15 dBi et dont l'ouverture est de 2 x 10° dans les plans vertical et horizontal. Ces antennes Yagi, dont un exemple est représenté en 7 à la figure 7, sont montées en polarisation verticale et de préférence par nappe de 2 antennes, pour obtenir un gain de l'ordre de 18 dBi et reliées par un coupleur à 2 voies (non représenté) de faible perte. D'autre part, un parafoudre 8, par exemple de type COAXSTOP® de la société Franklin est placé en sortie du coupleur et raccordé à un conducteur de 35 mm2 de section pour une mise à la terre.
  • La figure 7 montre également un panneau solaire 9 (12 V ; 50 W) de préférence de type Sunset et de dimensions (980 x 450 x 35) mm. Ce panneau est fixé sur une armature 10 à cornière en acier galvanisé, inclinée à 45° et maintenue par deux brides 11 soudées au support. L'ensemble est positionné à environ un mètre du sommet du poteau et orienté sud-sud-est.
  • On remarque également un boîtier 12 étanche, généralement de dimensions (500 x 500 x 200)mm, soudé à un support plat le soutenant et fixé sur le mat par deux brides. Ce boîtier comprend, non représentés, un pico-répéteur, des batteries (12 V ; 32 Ah) d'une capacité de 384 W du type batterie étanche en plomb, un régulateur solaire (12 V ; 5A), un disjoncteur différentiel et une ventilation thermostatisée (12 V).
  • Le répéteur bande sélective, par exemple de type Chiki 903 C provenant de la société Retemsa, présente une puissance de sortie de 13 dBm avec une amplification bidirectionelle de 52 dBi dans la bande GSM de 900 Mhz.
  • En outre, la figure 7 montre, fixée à la portion inférieure du mat, une antenne 13 telle que décrite à l'Exemple 1 c'est-à-dire comprenant quatre éléments rayonnants 14 en polarisation verticale, chacun de type biquad, montés en réseau sur un réflecteur 15 et couplés verticalement. Cette antenne 13 est en fait isolée des antennes Yagi d'une distance de 8 à 10 m pour obtenir 70 dBi.
  • Le pico-relais ainsi élaboré a été soumis à différents tests lesquels ont fourni les résultats suivants :
    • a) Mesure du champ électrique
  • Des essais réalisés ont montré que le champ électrique reçu à 100 m de l'antenne inférieure selon l'invention donne un résultat satisfaisant de l'ordre de 65 dBm pour un gain d'antenne de 14,6 dBi. D'autre part, le champ électrique reçu à une distance de 5,5 km des antennes supérieures Yagi et ce, entre le pico-relais et l'antenne relais GSM de base (ou BTS, c'est-à-dire « Base Transceiver Station ou station émettrice-réceptrice de base), est de l'ordre de -75 dBm.
    • b) Mesure de la consommation d'énergie
  • Le pico-répéteur ne consommant que 800 m A sous 12 V (10 W), un seul panneau solaire (55 ;12V) suffira pour assurer l'autonomie du pico-relais.
  • Dans l'hypothèse d'un ensoleillement optimum de 10h, le panneau solaire accumulera 360 W d'énergie électrique. Comme l'ensemble du pico-relais ne consomme que 0,8 A h, un total de 230 W seront consommés en 24h laissant subsister une réserve de 130 W.
  • Le pico-relais selon l'invention, est utilisé notamment pour pallier le manque de téléphonie GSM dans les zones géographiques enclavées ou zones blanches principalement situées en milieu rural, en montagne et en forêt. Celui-ci est particulièrement avantageux étant donné d'une part son autonomie énergétique puisqu'il est alimenté par panneau solaire, l'énergie récoltée étant sauvegardée sur batterie et d'autre part sa très faible consommation qu'il s'agisse de puissance rayonnée ou absorbée. Par ailleurs, ce pico-relais ne nécessite aucun entretien extérieur particulier.

Claims (15)

  1. Antenne directionnelle pour la transmission et/ou la réception de signaux audio et/ou vidéo, du genre comprenant plusieurs éléments d'antenne identiques, alimentés radio-électriquement par des courants sensiblement de même phase et de même amplitude, chaque élément d'antenne comprenant un élément rayonnant formé de deux quadrilatères réunis par un sommet commun, un centre d'alimentation ainsi qu'un réflecteur associé, caractérisé en ce qu'elle comprend un couplage d'au moins deux éléments rayonnants coplanaires et séparés, chaque côté des quadrilatères d'un élément rayonnant étant parallèle au côté correspondant du ou des autres éléments rayonnants du couplage et en ce que les centres d'alimentation respectifs sont alignés selon une droite ne coupant aucun quadrilatère.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément d'antenne comprend un élément rayonnant constitué d'une double boucle continue prenant la forme géométrique de deux carrés situés dans un même plan, ayant un sommet commun et de périmètre sensiblement égal à 2λ.
  3. Antenne selon la revendication caractérisée en ce que la double boucle est réalisée à partir d'un fil métallique ou d'un circuit imprimé sur un support diélectrique.
  4. Antenne selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le couplage comprend de 2 à 8 éléments rayonnants.
  5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le couplage comprend 2 éléments rayonnants.
  6. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le couplage comprend 4 éléments rayonnants.
  7. Antenne selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la droite d'alignement des centres d'alimentation est orthogonale à l'axe longitudinal de chacun des éléments rayonnants.
  8. Antenne selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que deux centres d'alimentation adjacents sont éloignés l'un de l'autre d'une distance sensiblement égale à λ/2.
  9. Antenne selon une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les éléments rayonnants sont associés à un réflecteur unique formant panneau support pour l'ensemble de ceux-ci.
  10. Antenne selon une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est utilisée en polarisation rectiligne verticale.
  11. Antenne relais de radiotéléphonie mobile pour la couverture d'une zone géographique de dimensions réduites, du genre comprenant un mat présentant une portion supérieure et une portion inférieure, au moins une antenne directionnelle à haut gain et à faible ouverture étant fixée à ladite portion supérieure, caractérisée en ce que la portion inférieure du mat comprend une antenne directionnelle à haut gain et à grande ouverture selon une des revendications 1 à 10.
  12. Antenne relais selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'antenne directionnelle à haut gain et à faible ouverture est une antenne de type Yagi comprenant de 10 à 16 éléments.
  13. Antenne relais selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce qu'elle comprend un amplificateur bidirectionnel du genre pico-répéteur relié à l'antenne à haut gain et à faible ouverture ainsi qu'à l'antenne à haut gain et à grande ouverture.
  14. Antenne relais selon une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un panneau solaire couplé à au moins une batterie accumulatrice d'énergie.
  15. Antenne relais selon une des revendications 11 à 14, caractérisée en ce qu'elle comprend un parafoudre.
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