EP1927158A1 - Systeme antennaire pour liaison ionospherique continue - Google Patents

Systeme antennaire pour liaison ionospherique continue

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EP1927158A1
EP1927158A1 EP06793639A EP06793639A EP1927158A1 EP 1927158 A1 EP1927158 A1 EP 1927158A1 EP 06793639 A EP06793639 A EP 06793639A EP 06793639 A EP06793639 A EP 06793639A EP 1927158 A1 EP1927158 A1 EP 1927158A1
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angle
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diplexer
band
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Frédéric Ngo Bui Hung
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Thales SA
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Thales SA
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    • 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
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/06—Rhombic antennas; V-antennas

Definitions

  • the invention relates in particular to a broadband antenna system for ionospheric linkage.
  • the system is intended, for example, for high frequency radiofrequency radio stations to provide ionospheric reflection links in a continuous manner over distances ranging from 0 to 5000 Kms, so without a zone of silence (usually designated by the Anglo-Saxon expression "skip zone").
  • NVIS type abbreviation of Near Vertical Incidence Skywaves
  • wideband antennas such as Ve-inclined to resistive loads (or Loaded Inverted Vee)
  • the dipole-folded antenna with resistive loads • for medium distances 500-2000 Kms, to implement, usually vertically polarized antennas, in particular so-called broad-wave antennas. band like the conic or the biconical,
  • Vé-inclinée (known under the term Anglo-Saxon Sloping Vee) whose structure is detailed in Figure 1.
  • a broadband antenna system having at least one first high frequency antenna, BPs frequency band, covering long distances and a second low frequency antenna, BPb frequency band, for short and medium distances, the frequency band BPb being lower than the band BPs, a radio station characterized in that it comprises at least one feeder adapted to supply both antennas simultaneously.
  • the first antenna is for example an inclined V-type antenna composed of two conducting strands starting from the top of a support mast and joining the ground forming an angle whose projection on the ground is designated ⁇ and the second antenna is of type Vé-inclined composed of 2 conductive strands starting from the top of the support mast and joining the ground forming an angle whose projection on the ground is designated ⁇ and the value of the angle ⁇ is greater than ⁇ and a means of connection between the post radio and the power device.
  • the antennal structure ensures short, medium and long distance radio links from 0 to 5000 Kms by ionospheric reflection in the 2-30 MHz HF band,
  • the antenna needs only a support mast, which allows for low cost equipment and rapid deployment, unlike systems involving the use of multiple support poles, •
  • the antenna is compact and therefore easily transportable. It is well suited for tactical radio stations that are to be moved frequently.
  • FIG. 1 a diagram of a Vé-inclined antenna
  • FIG. 2 a basic representation of the antennal system
  • FIG. 3 a representation of a device for feeding the antenna system
  • FIG. 1 represents an example of an inclined V ⁇ antenna.
  • the Ve-inclined antenna consists of two conducting strands (a) and (b) placed above the ground plane P.
  • the first ends of the strands (a) and (b), respectively (ai) and (b1), are raised above the ground by a height H, by any known usual means, such as a support mast for example, and constitute the feed points of the antenna.
  • the second ends of the strands (a) and (b), respectively (a2) and (b2) are placed close to the ground and spaced from each other by a distance D chosen according to the characteristics required on the antenna .
  • These ends are connected to the ground plane through the resistors Ra and Rb by connecting one of the outputs of these resistors respectively to the ends (a2) and (b2) and the other output to a grounding device M not shown, for example a ground rod, a ground wire etc ..
  • FIG. 2 represents an example of a system according to the invention.
  • the antennal system according to the invention comprises for example:
  • a first set designated antenna 1 Vé-inclined type consisting of 2 conductive strands 1 a, 1 b starting from the top S of the support mast and joining the ground at an angle whose projection on the ground is designated ⁇ .
  • the value of the angle ⁇ is small and for example between 25 ° and 50 °.
  • the ends a, Vb ground side of these 2 strands are brought into contact with the ground through a load resistance of about 300 to 600 ohms and a grounding equipment not shown in the figure.
  • Both ends 1 "a, 1" b side masthead form the 2 feed points 10a, 10b of the antenna 1 ( Figure 3).
  • the radiating strands have a length chosen so that the radio gain of this antenna is maximum in the upper part of the HF band.
  • the part of the RF band concerned is, for example, the band varying from 6 to 30 MHz, a high frequency band designated BPs, • a second set designated antenna 2 of the Ve-inclined type is composed of 2 conducting strands 2a, 2b starting from the top of the support mast and joining the ground forming an angle whose projection on the ground is designated ⁇ , different from the angle ⁇ .
  • the two ends 2 "a, 2" b side masthead form the 2 feed points January 1, 1 January 1 of the antenna 2 ( Figure 3).
  • the ground ends 2'a, 2'b of these 2 strands are placed in contact with the ground through a load resistor.
  • the angle ⁇ is more open than the angle ⁇ , ⁇ is greater than ⁇ .
  • the length of the radiating strands 2a, 2b is chosen so that its efficiency is sufficient in the lower part of the HF band.
  • the value of the angle ⁇ is between 180 and 90 °.
  • the part of the RF band concerned varies, for example, from 2 to 8 MHz, a low frequency band designated BPb with respect to the HF band, a high frequency band designated BPs.
  • the diplexer 5 comprises in particular an input 8 (FIG. 3) and corresponding outputs, one 5h high channel at the top of the HF band and the other 5b low channel at the bottom of the HF band. . They are connected respectively to the antenna 1 and the antenna 2.
  • FIG. 3 schematizes an exemplary structure for the feeder.
  • the latter comprises a symmetrical diplexer 5 of which:
  • the 5h high channel output (high pass filtering) is connected to the two feed points 10a, 10b of the antenna 1
  • the low path output 5b (low pass filtering) is connected to the two feed points 1 1 a, 1 1 b of the antenna 2
  • the input 8 is connected for example by means of a two-wire power cable 9 to the radio station 4.
  • connection to the radio is done by a coaxial asymmetric system.
  • FIGS. 4 and 5 show two alternative embodiments comprising a balun impedance transformer.
  • FIG. 4 comprises, between the radio station 4 and the diplexer 5, a coaxial 12 and a balun impedance transformer 13 having in particular the function of balun and impedance matching of the line 9.
  • the balun transformer is combined with the diplexer 5.
  • the coaxial output of the balun transformer 13 makes it possible to directly connect the radio station 4 by a coaxial cable 14 without the use of a two-wire power cable.
  • Figure 6 shows an embodiment of the feeding device.
  • the high-pass filtering is provided for example by one or more capacitors Ci between the two-wire 9 and the inputs 10a and 10b of the antenna 1.
  • the low-pass filtering is provided by one or more Li chokes between the two-wire 9 and the inputs 1 1a, 11b of the antenna 2.
  • the support mast has for example a height of 15 meters. It is made of reinforced plastic-fiberglass insulation so to allow the use of two-wire transmission line.
  • the antenna 1 consists for example of two 75 m radiating conductor strands.
  • the projected apex angle value is 35 ° and the load resistance is 360 ohms.
  • the antenna 2 consists for example of two 75 m radiating conductor strands.
  • the projected apex angle value is 180 ° and the load resistances are 360 ohms.
  • the diplexer comprises two capacities of 10OpF and two inductances having the value 10 ⁇ H.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

L'invention concerne un antennaire large bande comportant au moins une première antenne (1) fonctionnant dans les hautes fréquences, bande de fréquence BPs, couvrant les longues distances et une deuxième antenne (2) fonctionnant dans les basses fréquences, bande de fréquence BPb, pour couvrir les courtes et moyennes distances, la bande de fréquence BPb étant plus basse que la bande BPs, un poste radio (4) caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'alimentation (5) adapté à alimenter simultanément les deux antennes (1) et (2). Utilisation du système pour des antennes de type Vé-inclinée.

Description

SYSTEME ANTENNAIRE POUR LIAISON IONOSPHERIQUE CONTINUE
L'invention concerne notamment un système antennaire large bande pour liaison ionosphérique. Le système est destiné, par exemple, à des stations de radiocommunication haute fréquence HF pour assurer des liaisons par réflexion ionosphérique d'une façon continue sur des distances pouvant varier de 0 à 5000 Kms, donc sans zone de silence (désignée habituellement par l'expression anglo-saxonne « skip zone »).
Pour couvrir d'une façon continue des distances variant de 0 à 5000 Kms, on utilise généralement plusieurs types d'antennes, chacune étant dédiée à une gamme de distances.
Il est notamment connu de l'art antérieur : • pour les courtes distances 0-500 Kms, d'utiliser des antennes de type NVIS (abréviation de Near Vertical Incidence Skywaves), en particulier des antennes large bande telles que la Vé-inclinée à charges résistives (ou Loaded Inverted Vee), l'antenne-dipôle-repliée à charges résistives, • pour les moyennes distances 500-2000 Kms, de mettre en œuvre usuellement, des antennes à polarisation verticale, en particulier les antennes dites épaisses à large bande comme la conique ou la biconique,
• pour les longues distances 2000-5000 Kms, d'utiliser, de préférence, des antennes directives large bande à grand gain tels que l'antenne
Vé-inclinée (connue sous le terme anglo-saxon Sloping Vee) dont la structure est détaillée en figure 1 .
L'utilisation de telles structures antennaires présentent notamment les inconvénients suivants : • une occupation du sol pénalisante lorsque l'on cherche à répondre aux différents besoins,
• l'impossibilité d'utiliser simultanément les antennes de type différent, d'où la nécessité d'utiliser un équipement de commutation permettant de passer d'une antenne à l'autre suivant la distance de la liaison à assurer.
L'invention concerne un système antennaire large bande comportant au moins une première antenne fonctionnant dans les hautes fréquences, bande de fréquence BPs, couvrant les longues distances et une deuxième antenne fonctionnant dans les basses fréquences, bande de fréquence BPb, pour couvrir les courtes et moyennes distances, la bande de fréquence BPb étant plus basse que la bande BPs, un poste radio caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'alimentation adapté à alimenter simultanément les deux antennes.
La première antenne est par exemple une antenne de type Vé- inclinée composée de 2 brins conducteurs partant du sommet d'un mât support et rejoignant le sol en formant un angle dont la projection sur le sol est désignée α et la deuxième antenne est de type Vé-inclinée composée de 2 brins conducteurs partant du somment du mât support et rejoignant le sol en formant un angle dont la projection sur le sol est désignée β et la valeur de l'angle β est supérieure α et un moyen de liaison entre le poste radio et le dispositif d'alimentation.
L'invention présente notamment les avantages suivants :
• La structure antennaire permet d'assurer des liaisons radio courte, moyenne et longue distance de 0 à 5000 Kms par réflexion ionosphérique dans la bande HF 2-30 MHz,
• L'antenne n'a besoin que d'un mât support, ce qui permet un équipement à moindre coût et un déploiement rapide, à l'inverse des systèmes impliquant l'utilisation de plusieurs mâts-supports, • L'antenne est compacte et donc facilement transportable. Elle est bien adaptée pour les stations radio tactique qui sont amenées à être déplacées fréquemment.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif, annexé des figures qui représentent :
• La figure 1 un schéma d'une antenne de type Vé-incliné, • La figure 2 une représentation de principe du système antennaire,
• La figure 3 une représentation d'un dispositif d'alimentation du système antennaire,
• Les figures 4 et 5 deux variantes de réalisation du dispositif de la figure 3, et • La figure 6 un exemple de réalisation du dispositif d'alimentation.
Le système selon l'invention repose notamment sur le couplage de deux éléments rayonnants de type Vé-incliné ayant des angles au sommet différents, les éléments étant disposés sur un même mât support. Pour rappel, la figure 1 représente un exemple d'antenne Vé- inclinée. L'antenne Vé-inclinée est constituée de deux brins conducteurs (a) et (b) placés au-dessus du plan de sol P.
Les premières extrémités des brins (a) et (b), respectivement (ai ) et (b1 ) sont surélevées au-dessus du sol d 'une hauteur H, par tout moyen usuel connu, tel qu 'un mât-support par exemple, et constituent les points d'alimentation de l'antenne.
Les deuxièmes extrémités des brins (a) et (b), respectivement (a2) et (b2) sont placées proche du sol et écartées l'une de l'autre d'une distance D choisie en fonction des caractéristiques demandées à l 'antenne. Ces extrémités sont raccordées au plan de sol à travers les résistances Ra et Rb en connectant une des sorties de ces résistances respectivement aux extrémités (a2) et (b2) et l'autre sortie à un dispositif de mise à la terre M non représenté, par exemple un piquet de mise à la terre, un grillage de terre etc ..
La figure 2 représente un exemple d'un système selon l'invention. Le système antennaire selon l'invention comprend par exemple :
• un mât support 3,
• un premier ensemble désigné antenne 1 de type Vé-incliné composée de 2 brins conducteurs 1 a, 1 b partant du sommet S du mât support et rejoignant le sol en formant un angle dont la projection sur le sol est désigné α. La valeur de l'angle α est faible et comprise par exemple entre 25° et 50°. Les extrémités l 'a, Vb côté sol de ces 2 brins sont mises au contact du sol à travers une résistance de charge d'environ 300 à 600 ohms et un équipement de mise à la terre non représentés sur la figure. Les deux extrémités 1 "a, 1 "b côté tête de mât forment les 2 points d'alimentation 10a, 10b de l'antenne 1 (figure 3). Les brins rayonnants ont une longueur choisie pour que le gain radioélectrique de cette antenne soit maximal dans la partie supérieure de la bande HF. La partie de la bande HF concernée est, par exemple, la bande variant de 6 à 30 MHz, bande haute fréquence désignée BPs, • un deuxième ensemble désigné antenne 2 de type Vé-incliné est composée de 2 brins conducteurs 2a, 2b partant du sommet du mât support et rejoignant le sol en formant un angle dont la projection sur le sol est désigné β, différent de l'angle α. Les deux extrémités 2"a, 2"b côté tête de mât forment les 2 points d'alimentation 1 1 a, 1 1 b de l'antenne 2 (figure 3). Les extrémités côté sol 2'a, 2'b de ces 2 brins sont mises au contact du sol à travers une résistance de charge. L'angle β est plus ouvert que l'angle α, β est supérieur α. La longueur des brins rayonnants 2a, 2b est choisie pour que son rendement soit suffisant dans la partie inférieure de la bande HF. La valeur de l'angle β se situe entre 180 et 90°. La partie de la bande HF concernée varie, par exemple, de 2 à 8 MHz, bande basse fréquence désignée BPb par rapport à la bande HF, bande haute fréquence désignée BPs.
Ces deux antennes 1 , 2 sont alimentées simultanément par un même poste radio 4 à travers par exemple un diplexeur 5 dont la structure est détaillée aux figures suivantes. Le diplexeur 5 comprend notamment une entrée 8 (figure 3) et des sorties correspondant, l'une, 5h voie haute, à la partie supérieure de la bande HF et l'autre, 5b voie basse, à la partie inférieure de la bande HF. Elles sont connectées respectivement à l'antenne 1 et à l'antenne 2.
La figure 3 schématise un exemple de structure pour le dispositif d'alimentation. Ce dernier comporte un diplexeur 5 symétrique dont :
• La sortie voie haute 5h (filtrage passe-haut) est connectée aux deux points d'alimentation 10a, 10b de l'antenne 1 , • La sortie voie basse 5b (filtrage passe-bas) est connectée aux deux points d'alimentation 1 1 a, 1 1 b de l'antenne 2,
• L'entrée 8 est connectée par exemple au moyen d'un câble d'alimentation bifilaire 9 au poste radio 4.
Usuellement, la connexion au poste radio s'effectue par un système asymétrique coaxial.
Les figures 4 et 5 représentent deux variantes de réalisation comprenant un transformateur d'impédance symétriseur.
La figure 4 comprend entre le poste radio 4 et le diplexeur 5, un coaxial 12 et un transformateur d'impédance symétriseur 13 ayant notamment pour fonction de symétriseur et d'adaptation d'impédance de la ligne 9.
Sur la figure 5 le transformateur symétriseur est combiné au diplexeur 5. la sortie coaxiale du transformateur symétriseur 13 permet de brancher directement le poste radio 4 par un câble coaxial 14 sans utilisation de câble d'alimentation bifilaire. La figure 6 représente un exemple de réalisation du dispositif d'alimentation.
Le filtrage passe-haut est assuré par exemple par une ou plusieurs capacités Ci entre le bifilaire 9 et les entrées 10a et 10b de l'antenne 1.
Le filtrage passe-bas est assuré par une ou plusieurs selfs Li entre le bifilaire 9 et les entrées 1 1 a, 11 b de l'antenne 2.
L'exemple chiffré qui suit est donné à titre illustratif. Le mât support a par exemple une hauteur de 15 mètres. Il est réalisé en plastique renforcé-fibre de verre donc isolant pour permettre l'utilisation de ligne de transmission bifilaire.
L'antenne 1 est constituée par exemple de deux brins conducteurs rayonnants de 75 m. La valeur de l'angle au sommet projeté est de 35° et la résistance de charge de 360 ohms.
L'antenne 2 est constituée par exemple de deux brins conducteurs rayonnants de 75 m. La valeur de l'angle au sommet projeté est de 180° et les résistances de charge de 360 ohms.
Le diplexeur comprend deux capacités de 10OpF et deux inductances ayant pour valeur 10μH.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Système antennaire large bande comportant au moins une première antenne (1 ) fonctionnant dans les hautes fréquences, bande de fréquence
BPs, couvrant les longues distances 2000 à 5000 kms et une deuxième antenne (2) fonctionnant dans les basses fréquences, bande de fréquence BPb, pour couvrir les courtes et moyennes distances 0 à 2000 kms, la bande de fréquence BPb étant plus basse que la bande BPs, un poste radio (4) caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'alimentation (5) adapté à alimenter simultanément la première antenne (1 ) et la deuxième antenne (2), et en ce que la première antenne (1 ) est de type Vé-inclinée composée de 2 brins conducteurs (1 a, 1 b) partant du sommet d'un mât support (3) et rejoignant le sol en formant un angle dont la projection sur le sol est désignée α et la deuxième antenne (2) est de type Vé-incliné composée de 2 brins conducteurs (2a, 2b) partant du sommet du mât support et rejoignant le sol en formant un angle dont la projection sur le sol est désignée β et l'angle β est supérieur à l'angle α et un moyen de liaison (9) entre le poste radio (4) et le dispositif d'alimentation (5).
2 - Système antennaire selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation comporte un diplexeur (5) ayant deux sorties (5h, 5b), une première sortie haute (5h) correspond à la partie supérieure de la bande BPs en liaison avec l'antenne (1 ) et une deuxième sortie voie basse (5b) correspond à la partie inférieure de la bande BPb en liaison avec l'antenne (2).
3 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diplexeur (5) comporte un filtre passe-haut comprenant au moins deux capacités d, C2 et un filtre passe-bas comprenant deux selfs Li, L2. 4 - Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la valeur de l'angle α est comprise entre 25 et 50° et la valeur de l'angle β est comprise entre 90 et 180°.
5 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur symétriseur (13) disposé entre le diplexeur (5) et le poste radio (4) et un coaxial (12) entre le poste radio (4) et le transformateur symétriseur (13) et un bifilaire (9) entre le transformateur symétriseur (13) et le diplexeur (5).
6 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur d'impédance (13) combiné au diplexeur (5) et un coaxial (14) entre le poste radio (4) et le transformateur d'impédance (13).
7 - Utilisation du système selon l'une des revendications 1 à 6 pour les liaisons ionosphériques continues de 0 à 5000 Kms.
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