FR2501422A1 - Antenne monocone - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE ANTENNE EQUIDIRECTIVE, A LARGE BANDE, PAR EXEMPLE DE 2 A 30MHZ, FONCTIONNANT A POLARISATION VERTICALE, FILAIRE, PRISMATIQUE, MONOPOLE, QUI COMPORTE EN PREMIER LIEU UNE STRUCTURE COMPOSEE D'UNE PART D'UN MONOCONE INVERSE 1, ELECTRIQUEMENT ISOLE DU SOL, D'AXE VERTICAL, CHARGEE A SA POINTE INFERIEURE 2A ET D'AUTRE PART UNE NAPPE 3, HORIZONTALE SUPERIEURE, ECARTEE DU SOL, ASSOCIE MECANIQUEMENT ET RELIEE ELECTRIQUEMENT A LA BASE SUPERIEURE 2A DU CONE 1 ET A DES PYLONES 15 CONDUCTEURS DE L'ELECTRICITE MIS A LA TERRE ET EN SECOND LIEU UN PLAN DE SOL 4 A LA TERRE.

Description

L'invention concerne une antenne équidirective, à large bande, par exemple de 2 à 30 MHz, fonctionnant à polarisation verticale, filaire, prismatique, monopole et également son procédé de montage.

On connait déjà des antennes de ce type, constituées par des structures filaires placées au-dessus du sol et totalement isolées de celui-ci. Ces antennes connues présentent donc l'inconvénient d'une grande vulnérabilité aux charges électriques statiques et aux décharges atmosphériques, ce qui est susceptible de détériorer les circuits radioélectriques associés aux antennes (émetteurs, récepteurs, etc...). Le procédé de montage des antennes connues de ce type est complexe, nécessite des outillages importants et un personnel spécialisé et nombreux.

Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant une antenne qui comporteen premier lieu une structure composée d'une part d'un monocône inversé, électriquement isolé du sol, d'axe vertical, chargé à sa pointe inférieure et d'autre part d'une nappe horizontale supérieure, écartée du sol, associée électriquement à la base supérieure du cône et soutenue par des pylônes conducteurs de l'électricité, mis à la terre auxquels elle est raccordée électriquement et mécani quement et en second lieu un plan de sol mis à la terre.

Dans le procédé, le montage d'une telle antenne, suivant l'invention, on met en place le plan de sol, on érige des pylones conducteurs de l'électricité, pourvus à leur sommet de poulies sur lesquelles passent des câbles de relevage o n m o n t e e t o n a s s e m b 1 e l'é 1 é m e n t constitutif de l'antenne, on hisse la structure à la hauteur des poulies et on fixe le câble de relevage.

L'antenne suivant l'invention est reliée à la masse, à la terre, en continu, par l'intermédiaire de l'ensemble qui la supporte, ce qui a pour effet de protéger l'élément rayonnant, et les circuits d'émission ou de réception des phénomènes statiques et des décharges atmosphériques.

Le champ émis par l'antenne se maintient à un niveau important, y compris pour des angles de faibles incidences.

L'ensemble de l'antenne présente un axe principal de symétrie. La structure est entièrement définie par les angles que forment les différents éléments constitutifs de l'antenne entre eux. L'antenne conserve ses caractéristiques radioélectriques dans une large bande de fréquence. La hauteur de l'antenne est, toutes choses égales par ailleurs, faible par rapport à la longueur d'ondes à 2 Mnz, le monocône étant chargé en tête. Les caractéristiques d'adaptation dans la bande de fréquence de fonctionnement sont donc améliorées.

L'impédance d'entrée de l'antenne est dissymétrique et de très faible valeur. Par conséquent, elle peut être reliée directement à un câble coaxial d'alimentation, sans nécessiter un circuit complémentaire d'adaptation.

Des moyens de réglage de l'écccten'ent entre le disque de base de la pointe du monocône et le plan du sol permettent tout réglage éventuel de l'antenne en service.

L'invention sera bien comprise après la description qui suivra en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique, en perspective, d'une forme d'exécution d'une antenne suivant l'invention.

- làigure 2 est une vue schématique partielle en plan de la nappe horizontale supérieure de l'antenne.

- la figure 3 est une vue schématique partielle en plan de l'emplacement des pylônes, des haubans, du massif de béton pour la plaque centrale et du disque de base de l'antenne suivant 1 'invention.

- la figure 4 est une vue schématique, partielle, en éléva- tion, de la base d'un pylône de l'antenne suivant l'invention.

- la figure 5 est une vue schématique, partielle, en élévation, de la tête d'un pylône de l'antenne suivant l'invention.

- la figure 6 est une vue schématique, partielle, en élevation, d'un massif de béton et des haubans ancrés d'un pylône suivant l'invention.

La figure 7 est une vue schématique, partielle, en éléva- tion, d'un massif de béton avec la plaque centrale, l'entrée du câble axial et le disque de base sur l'invention.

- la figure 8 est un diagramme de directivité, notamment de rayonnement dans le plan vertical axial de l'antenne selon l'invention.

L'invention concerne une antenne équidirective, à large bande, par exemple de 2 à 30 MHz, fonctionnant à polarisation verticale, filaire, prismatique, monopole.

Cette antenne comporte en premier lieu une structure composée d'une part d'un monocône 1, inversé, d'axe général normal au sol auquel est associée l'antenne, notamment vertical , dont la pointe 2a est dirigée vers le bas, notamment située au voisinage du sol comme on le verra ultérieurement et dont la grande base 2b, horizontale, est dirigée vers le haut. Le monocône 1 est électriquement isolé du sol auquel il est associé, comme on le verra ultérieurement. L'antenne est chargée à la pointe 2a.

La structure est composée d'autre part d'une nappe 3, horizontale, supérieure, c'est à dire écartée du sol, en forme générale de pseudo-couronne, comme on le verra ultérieurement, associée mécaniquement et reliée électriquement à la base 2b du monocône 1, dont elle est coplanaire.

La nappe 3 est reliée électriquement à la terre, comme on le verra ultérieurement en détail.

L'antenne comporte en second lieu un plan de sol 4 mis électriquement à la terre.

L'axe principal général du monocône 1 est un axe de symétrie, de quasi.révolution de l'antenne
L'antenne est ainsi facilement définie, dimensionnellement, par les valeurs des angles des éléments qui la composent par rapport à l'axe principal général de symétrie.

On décrira maintenant une forme d'exécution possible, non limitative, d'une telle antenne.

Le plan de sol 4 a une forme générale extérieure au moins pseudo-circulaire. I1 est constitué d'une pluralité de fils radiaux 5, conducteurs de l'électricité, notamment régulièrement écartés les uns des autres. Les fils radiaux 5 sont as sociés mécaniquement et reliés électriquement à leurs extrémités internesà une plaque centrale 6 ancrée par des boulons appropriés sur un massif 6a lui-même ancré au sol. A leurs extrémités externes, les fils radiaux 5 sont associés mécani- quement et reliés électriquement à des piquets 7 en un matériau conducteur de l'électricité, fichés au sol donc mis à la terre.

Un fil 8, circulaire, conducteur de l'électricité relie électriquement les piquets 7 entre eux.

Dans une forme d'exécution possible, le plan de sol a un diamètre de 66 mètres. I1 comporte 72 fils radiaux 5 de cuivre de 2,5 mm. de diamètre. La plaque centrale 6, en acier inoxydable a une forme carrée de un mètre de côte. Le massif 6a est en béton. Les piquets 7 se présentent sous la forme de tronçons de cornière d'acier galvanisé. Le fil 8 est en cuivre de 2,5 mm. de diamètre et d'environ 200 mètres de longueur.

On comprend qu'avec ces dispositions, le plan de sol 4 est mis à la terre ce qui , compte tenu de son mode de réalisation, assure la stabilité des caractéristiques radioélectriques de l'antenne, quel que soit le site d'installation.

Le cône 1 est défini par une pluralité de fils longitudinaux 9, souples, conducteurs de l'électricité, qui en constitue les génératrices.

Les fils longitudinaux 9 sont associés mécaniquement et reliés électriquement à leur extremité inférieure à un disque de base 10, définissant la pointe 2a. Le disque 10 est plan, horizontal, en un matériau conducteur de l'electri- cité et a un encombrement radial notamment du même ordre de grandeur que celui de la plaque centrale 6.

A leur partie extrême supérieure, opposée , les fils longitudinaux 9 sont en appui sur un ensemble caténaire 11 placé horizontalement, en forme générale de polygone ou d'étoile.

A leur extrémité libre supérieure , les fils longitudi naux 9 sont associés mécaniquement à un polygone 12 également horizontal et coplanaire de l'ensemble caténaire 11.

La nappe 3 comprend l'ensemble caténaire 11, le polygone 12 et les tronçons des fils 9 compris entre eux.

L'ensemble caténaire 11 et le polygone 12 sont réalisés au moyen de fils conducteurs de l'électricité. L'ensemble caténaire 11, le polygone 12 et les fils 9 sont associés électriquement entre eux par des moyens appropriés.

L'ensemble caténaire 11 est inscrit dans le polygone 12
Les cotés intérieurs de l'ensemble caténaire 11 définissent la grande base 3a du cône 1.

Le disque de base 10, conducteur de l'électricité est placé à l'aplomb de la plaque centrale 6 et écarté de celleci par des moyens mécaniques de support tel que tiges filetées 14. Le disque 10 est isolé électriquement tant du sol que de la plaque 6 notamment au moyen d'isolateurs 13 associEs aux tiges filetées 14.

Préférentiellement, les tiges 14 sont de longueur réglable de manière à pouvoir régler l'écartement entre la plaque 6 et le disque 10 ce qui permet un réglage de l'antenne en vue de son adaptation.

La nappe horizontale 3 est associée mécaniquement et selon l'invention reliée électriquement à une pluralité de pylônes 15 verticaux, régulièrement disposés autour de l'axe principal général, pylône réalisé en un matériau conducteur de l'électricité et associé électriquement au sol, comme on le verra ultérieurement.

Le nombre de pylônes 15 est donc égal au nombre de sommets du polygone 12.

Les pylônes 15 sont placés verticalement notamment au droit ou au voisinage du fil circulaire 8 de sorte que l'en orbrement radial externe maximum du polygone 12 est égal ou voisin du diamètre extérieur du disque constituant le plan de sol 4.

Les pylônes 15 sont constitués par exemple d'une pluralité d'éléments modulaires placés bout à bout et associés rigidement entre eux 15c et d'un élément terminal supérieur 15d.

Au pylône 15 sont associés des haubans 16a et 16b de maintien notamment des haubans de type "parafil" à savoir un premier ensemble de plusieurs, notamment trois, haubans 16a associés au pylône 15 dans sa partie médiane et un second ensemble d'une pluralité de haubans 16b, notamment également trois, associés au pylône 15 à sa partie extrême supérieure.

Chaque pylône 15 et les haubans 16a, 16b associés sont portés par un massif 15a, 15b (figures 4 et 6) ancré au sol.

Les haubans 16a, 16b sont associés au massif 15b par des étriers 16c. Des tendeurs 16d sont associés aux haubans 16a, 16b.

Suivant l'invention, chaque pylône 15 est conducteur de l'électricité et relié à la terre, notamment au moyen drune liaison de mise à la terre 15e.

L'ensemble caténaire 11 comporte une pluralité de caténaires reliant chacun deux parties extrêmes supérieures de pylône 15, de trois en trois.

Le polygone 12 se présente sous la forme d'une suite de brins 20 reliant les parties extrêmes supérieurs des pylônes 15 successifs.

A la partie extrême supérieure d'un même pylône 15 sont associés entre eux mécaniquement et reliés électriquement les deux brins 20 du polygone 2 et les deux caténaires correspondant de l'ensemble caténaires 11. Cette association et cette liaison sont réalisées par des moyens de jonction mécanique et éléctrique tel une manille 13a reliée par une pièce métallique 19 à un câble de relevage 18 (figures 2 et 5) coopérant avec une poulie 17 montée à la partie extrême superieure d'un pylône 15.

Aux différents câbles de relevage 18 sont associés des moyens d'accrochage tel que des crochets 18a se trouvant à la partie inférieure des pylône 15 (figure 4). La manoeuvre des câbles 18 est réalisée à l'aide de moyens de levage appro priés, manuels ou non (non figurés).

Des pièces de liaison conductrices de l'électricité 21 associent mécaniquement et électriquement les caténaires de l'ensemble caténaires 11, les brins 20 et les fils longitudinaux 9.

L'antenne comporte enfin une entrée 22 (figure 7) notamment fixée à la plaque 6, à laquelle peut être associé un câble coaxial d'alimentation, non figuré. Du fait que l'impe- danse d'entrée de l'antenne est dissymétrique, l'entrée 22 peut être associée directement au câble d'alimentation sans nécessité d'un circuit complémentaire d'adaptation.

Dans une forme de réalisation possible, le cône 1 comporte trente six fils longitudinaux 9 en acier inoxydable de 4 mm. de diamètre. L'ensemble caténaire 11 a une forme générale d'hexagone étoilé et le polygone 12 est un hexagone. Le disque de base 10 est métallique, d'un diamètre de l'ordre de 800 mm. Les isolateurs 13 ont environ 500 mm. de hauteur et l'écartement normal entre la plaque 6 et le disque 10 est 20 cm. I1 est prévu six pylônes de 21 mètres de hauteur, à section triangulaire de 200 mm. de côté, réalisés en un treillis d'acièr galvanisé, composé chacun de cinq éléments 15c et d'un élément 15d de un mètre. Les haubans 16a sont associés aux pylônes 15 à 12 mètres de hauteur et les haubans 16b à 20,25 m. Les massifs 15a, 15b sont en béton.L'ensemble caténaire 11 est en câble d'acier inoxydable de 5 mm. de diamètre.

L'hexagone 12 est en acier inoxydable de 4 mm. de diamètre.

Le câble de relevage 18 est réalisé en acier inoxydable. Une telle antenne présente les caractéristiques suivantes CARACTERISTIQUES MECANIQUES
Hauteur : 21 mètres.

Encombrement au sol maximal (haubanages des pylônes compris) : 80 mètres de diamètre.

Diamètre du plan de sol : 66 mètres.

Vitesse du vent admissible : 160 KM/H.

CARACTERISTIQUES RADIOELECTRIQUES
Bande de fréquence : 2 à 30 MHZ.

Polarisation : verticale.

Impédance d'entrée : 50 Ohms ROS : < > 2
Gain : > à celui d'un monopole quart
d'onde
Diagramme de rayonnement
- en azimut - : circulaire à + 1 dB
- dans le plan vertical : Selon la figure 8 à laquelle on se
réfère expressément.

Puissance admissible : 10 kW
On se réfère maintenant à la figure 8 qui donne le diagramme de directivité d'une telle antenne. La courbe en trait plein 23 donne le rayonnement pour la fréquence 2 Mhz. La courbe en trait interrompus 24 donne le rayonnement pour la fréquence 8 MHz. La courbe en traits mixtes 25 donne le rayonnement pour la fréquence 30 MHz. On observe que selon ce diagramme, l'antenne diffuse la plus grande partie des ondes dans un angle d'envrion 500 au-dessus du sol depuis environ 50 par rapport au sol jusqu'à environ 550 par rapport au sol, avec un maximum d'intensité très marqué à l'intérieur d'un angle de 150 de part et d'autre d'une direction inclinée d'environ 200 par rapport au sol.

Le procédé de montage d'une telle antenne est le suivant :
On rapporte d'abord sur le terrain où doit être placée l'an-.

tenne, par piquetage, l'emplacement des massifs 6a, 15a, 15b.

On réalise ces massifs avec les ferrures qu'ils comportent.

On fiche dans le sol les piquets 7 sur le trajet du fil circulaire 8 qui a été repéré à cet effet.

On installe le plan de sol 4 en fixant la plaque centrale 6 sur le massif 6a prévu à cet effet, en déroulant le fil circulaire 8, en le fixant aux piquets 7 puis enfin en déroulant sur le sol les fils radiaux 5 qu'on associe par une ex trématé à la plaque centrale 6 et par d'autres extrémités op posées au fil circulaire 8.

On érige les pylônes 15 sur les massifs 15a notamment dont le premier élément 15c et directement fixés au massif 15a, les éléments successifs étant placés les uns par-dessus les autres et rigidement fixés l'un à l'autre. Par exemple le deuxième et le quatrième éléments 15c sont respectivement haubannés par les haubans 16 a et 16b. La poulie 17 est as sociée à l'élément terminal 15d.

On monte l'antenne proprement dite et à cet effet on tend entre les pylônes 15, par exemple à un mètre du sol, l'ensemble caténaire 11 et le polygone 12, à l'aide de cordes, de manille 13a et des raccords 21. On met en place les fils longitudinaux 9 et les câbles 18 sur les poulies 17.

On agit sur les câbles 18 pour manoeuvrer l'ensemble depuis le sol et hisser l'antenne proprement dite à la hauteur de la partie extrême supérieure des pylônes 15.

On monte l'alimentation de l'antenne en fixant en place sur le massif 6a le disque 10 à l'aide des tiges 14 et isolateurs 13 puis on associe les fils longitudinaux 9 au disque de base 10. On monte ensuite le connecteur de l'entrée 22.

Naturellement, il est clair que l'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes d'exécution qui n'affecte en rien l'esprit inventif.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   I. Antenne équidirective, à large bande, par exemple de 2 à 30 MHz, fonctionnant à polarisation verticale, filaire, prismatique, monopole, caractérisée par le fait qu' elle comporte en premier lieu une structure composée d'une part d'un monocône inversé 1, électriquement isolé du sol, d'axe vertical, chargée à sa pointe inférieure 2a et d'autre part une nappe 3, horizontale supérieure, écartée du sol, associée mécaniquement et reliée électriquement à la base supérieure 2a du cône 1 et à des pylônes 15 conducteurs de l'électricité mis à la terre et en second lieu un plan de sol 4 à la terre.
2. 2. Antenne suivant la revendication 1, caractérisée par-le fait qu'elle présente un axe de symétrie vertical
3. 3. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte une pluralité de fils longitudinaux 9, conducteurs de l'électricité, constituant des génératrices du cône 1 et dont les parties extrêmes supérieures définissent en combinaison avec un ensemble caténaire 11 et un polygone 12 la nappe horizontale 3.
4. 4. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le plan de sol 4 comporte une pluralité de fils radiaux 5 conducteurs de l'électricité, tendus entre une plaque centrale 6 conductrice de l'électricité et des piquets 7, conducteurs de l'électricité fichés dans le sol.
5. 5. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les fils longitudinaux 9 sont associés mécaniquement et reliés électriquement à un disque de base 10 conducteur de l'électricité placé et l'aplomb et écarté de la plaque 6 tout en étant isolé de celleci et du sol par des isolateurs 13.
6. 6. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens 14 de réglage de l'écartement entre le disque 10 et la plaque
7. 7. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que la nappe 3 est soutenue par la partie extrême supérieure de pylônes15, pourvus de haubans 16a, 16b et d'une mise à la terre 15e.
8. 8. Antenne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que des poulies 17 sont associées à la partie extrême supérieure des pylône 15, auxquels sont associés des câbles de relevage 18 reliés à u n e manille 13a d'accrochaqe de l'ensemble caténaire 11 et du polygone 12.
9. 9. Procédé de montage d'une antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on réalise les massifs 6a, 15a, 15b, on plante les piquets 7, on installe le plan de sol 4, on érige les pylônes 15, on monte et on assemble l'ensemble caténaire 11, le polygone 12 et les fils longitudinaux 9, on hisse la structure à la hauteur des poulies 17, on fixe les cibles de relevage 18, on met en place le disque de base 10, on associe les fils longitudinaux 9 au disque de base 10, on monte le connecteur d'entrée 22.