FR2836601A1 - Antenne monopolaire ou dipolaire a large bande - Google Patents
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Abstract
Antenne comportant un ou plusieurs brins rayonnants où au moins un brin rayonnant a ses deux extrémités a reliées au moyen d'un ou de plusieurs fils conducteurs, les brins rayonnants faisant partie du pole supérieur de l'antenne.Application à des antennes de type monopolaire ou dipolaire dans des gammes de fréquence correspondant aux bandes HF, VHF ou UHV.
Description
dispersion soluble est un sel de lithium.
L'invention concerne le domaine des antennes large bande (antenne avec bo^te d'accord à éléments passifs) de type monopolaire ou dipolaire. Elle est appliquée par exemple pour des antennes filaires dans le cadre des systèmes de télécommunications ou de brouillage. Dans des antennes filaires de type mono polaire (figure 1) ou dipolaire (figure 2) large bande, la technique classique la plus utilisée pour obtenir de bonnes propriétés sur une large bande consiste à élargir les pôles à l'aide de fils ou brins métalliques 1 pour le pôle supérieur et 3 pour le pôle inférieure. Une bote d'accord passive 2 permet d'affiner l'adaptation de
l'antenne sur des bandes de fréquence très larges.
De cette façon, on obtient des antennes tactiques transportables (montables et démontables) ayant une prise au vent réduite. Un nombre élevé de b rins garantit de bon n es p rop riétés d' om nid i rection en azi m ut mais
pénalise le temps de montage et les contraintes de prise au vent.
L'adaptation est d'autant pl us aisée que l' angle c (an gle que fait un brin rayonnant 1 par rapport à la verticale) est relativement important, de 10 à 45 généralement. Pouvoir adapter une antenne naturellement sans atténuateur à une valeur de TOS donnée (taux d'ondes stationnaires VSWR en anglais) typiquement de 2 à 3, est important car cela permet de garantir un bon rendement de l'antenne en évitant des valeurs de tampon
(atténuateur) élevées.
Cependant, une valeur d'angle élevée, par exemple cc> 15O, est souvent incompatible avec les contraintes mécaniques et opérationnelles usuelles, telles que la tenue au vent, le poids, le temps de mise en oeuvre, etc., notamment pour des fréquences relativement basses (bande HF 2-30 MHz) ou le bas de la bande VHF (quelques dizaines de MHz) o les brins rayonnants ont couramment de quelques mètres à plus d'une dizaine de
mètres de longueur.
Afin de compenser ces contraintes mécaniques, une solution consiste à renforcer de façon importante les embases des brins rayonnants notamment pour les brins rayonnants du pôle supérieur. Ce renforcement s'accompagne toutefois de contraintes supplémentaires importantes sur le coût, le transport et les qualités tactiques de l'antenne (poids plus important, temps de montage et démontage accrus, nombre d'opérateurs nécessaires plus importants, infrastructures plus lourdes pour tenir un poids et une prise l o au vent supérieurs, etc.) Les antennes filaires selon l'art antérieur présentent donc rarement des angles d'inclinaison des brins supérieurs à 15 (I'angle est compté par rapport à l'axe vertical de la figure). L'adaptation est ensuite ajustée avec des cell u les Se lfs- Capacités et à l'aide de tam pons ou
l 5 atténuateurs.
L'objet de la présente invention concerne une antenne o les extrémités des brins rayonnants sont reliés par exemple à leur base ou à l'embase au moyen d'un fil conducteur capable de supporter la puissance d'émission de l'antenne. Par exemple, les brins rayonnants du pôle supérieur
sont reliés à l'embase du pôle supérieur.
L'invention concerne une antenne comportant un ou plusieurs brins rayonnants, caractérisé en ce que au moins un brin rayonnant a ses
deux extrémités reliées au moyen d'un ou de plusieurs fils conducteurs.
Le brin rayonnant fait partie par exemple du pôle supérieur de I'antenne et le fil de liaison est un fil métallique ou un fil métallique enrobé de Teflon. L'invention concerne par exemple les antennes de type monopolaire ou dipolaire qui sont utilisées par exemple aux bandes HF-VHF
UHF de quelques MHz à quelques centaines de MHz.
L'antenne selon l'invention présente notamment les avantages suivants: U n rendem ent am él ioré par rapport aux ante n nes filai res habituelles, Une conservation de leurs qualités tactiques et de leur facilité d'utilisation, Un coût supplémentaire des fils métalliques reliant les brins supérieurs à l'embase du pôle négligeable par rapport au coût global, Une nouvelle architecture qui ne pénalise pas la mise en _uvre du système, ni le temps de montage et de démontage de l'antenne, Un surplus de poids et d'encombrement des fils métalliques négligeables, Une meilleure stabilité des brins lorsque ces derniers sont relativement longs (plusieurs mètres) et souples sous une contrainte de vent, et de fait une stabilisation du rayonnement en haut de bande o existent des risques de feuilletage des diagrammes en incurvant plus ou moins les brins supérieurs, Par adjonction de fils métalliques une optimisation de l'adaptation de l'antenne en réalisant des brins épais et de ce fait l'amélioration sensible du rendement de l'antenne (tampons/atténuateurs de valeurs plus faibles nécessaires). D'autres caractéristiques et avantages de l'antenne selon
l'invention apparatront mieux à la lecture de la description qui suit donnée à
titre illustratif et nullement limitatif au regard des figures annexées qui représentent: Les figures 1 et 2 des antennes filaires de type mono polaire ou dipolaire large bande selon l'art antérieur, La figure 3 un premier exemple d'architecture d'antenne selon l'invention, La figure 4 une variante de la figure 3, La figure 5 I'application de la structure selon l'invention à une antenne de type dipolaire, Les figures 6 à 13 un exemple d'antenne et des résultats de simulation obtenus sur différents types d'antenne, Les figures 14 et 1S, le TOS obtenu respectivement avec une antenne
classique et sur une antenne modifiée selon l'invention.
La technique de fabrication d'antenne selon l'invention permet d'optimiser l'adaptation de l'antenne tout en garantissant des propriétés de tacticité et de coût comparables à celles des antennes accordées avec des tampons (atténuateurs). La figure 3 schématise une première variante de réalisation d'une
antenne large bande selon l'invention.
Cette antenne comporte par exemple 4 brins rayonnants supérieurs référencés 4 en liaison avec une bote d'accord 5. Les brins supérieurs 4 font par exemple un angle d'inclinaison c de l'ordre de 10 à 15 environ par rapport à la verticale. L'extrémité supérieure 4s d'un brin rayonnant est par exemple reliée au moyen d'un fil conducteur par exemple métallique 6 à l'embase 7 du pôle supérieur (par exemple au niveau de son extrémité 4j donnant à l'antenne une allure d'un palmier. La liaison entre un brin rayonnant 4 et le fil de liaison (fil métallique 6) est par exemple assurée en utilisant des fiches de type banane connues de l'Homme du métier et capables de résister à la puissance rayonnée par l'antenne (ces fiches ne sont pas représentées sur la figure pour des soucis de clareté). Tout autre moyen, tel que la soudure, capable de réaliser cette liaison peut aussi être
utilisé.
Les brins supérieurs 4 sont de type métallique, ou composites
(brins métalliques enrobés de composite).
Le fil de liaison 6 utilisé est choisi notamment en fonction de sa tenue en puissance rayonnée par l'antenne. Il peut être métallique et enrobé de téflon. Le choix du diamètre du fil de liaison est par exemple un compromis entre la résistance mécanique de l'ensemble, la tenue à la puissance et la prise au vent. La longueur du fil reliant le brin supérieur à l'embase est notamment fonction de la courbure du brin supérieur du fait de
la gravité.
Avantageusement, une telle architecture permet d'élargir la bande de l'antenne d'une part, car la valeur de l'angle,B entre la verticale et chaque fil métallique est supérieure à la valeur de l'angle c, d'autre part car les brins rayonnants ainsi formés apparaissent comme épais et offrent naturellement
des propriétés large bande.
Le nombre de brins supérieurs reliés peut être égal au nombre de brins supérieurs de l'antenne. La figure 4 représente une variante de réalisation o un brin supérieur 4 est relié au moyen de deux fils de liaison 6, 6' à l'embase 7. Le point de contact (A, B) des fils à l'embase se situe par exemple à mi-distance des pieds des brins rayonnants adjacents (4j, 4j+) au brin concerné 1(cf
o figure 4).
Selon une autre variante de réalisation, la figure 5 représente une antenne de type dipolaire o les fils supérieurs 4 du pôle supérieur sont reliés. Les fils 10 du pôle inférieur peuvent être écartés de fa,con significative de la verticale en servant de hauhanage 11, le principe de liaison par fils métalliques n'est pas nécessairement appliqué au niveau de ce pôle inférieur, I'angle pouvant prendre une valeur importante sans difficulté. Sur la figure l'angle ' que fait un brin rayonnant 10 du pôle inférieur par rapport à
l'horizontal est de 45 environ.
Dans les exemples donnés aux figures 4 et 5, les brins de I'antenne ainsi modifiés et à structure "brins épais" réduisent sensiblement les variations des parties réelles et imaginaires sur une large bande (la structure résonnante est moins sélective) et permettent une meilleure adaptation avec des éléments passifs classiques (transformateurs, selfs, capacités). L'ajustement de l'adaptation se fait par des méthodes connues de l'Homme du métier qui ne seront pas détaillées. Ajuster l'adaptation nécessite alors des valeurs d'atténuateurs plus faibles que celles utilisées dans le cas d'antennes classiques (selon l'art antérieur) optimisant ainsi le
rendement de l'antenne.
Les exemples donnés précédemment s'appliquent à des antennes HF par exemple 2-30 MHz, de fortes puissances, par exemple de quelques centaines de Watt à quelques kW, constituées de brins rayonnants métalliques enrobés de matériau composite mesurant plus de 10 mètres. Ils s'appliquent aussi pour des antennes utilisées dans des gammes de fréquence correspondant aux bandes F-UHF ou VHF variant de quelques MHz à quelques centaines de MHz. Les figures 6 à 13 représentent les résultats de simulation obtenus sur une antenne de type dipolaire. Le logiciel de simulation est
commercialisé par la société Nittany Scientific sous la marque NEC Winpro.
La structure de l'antenne utilisée est donnée à la figure 6. Elle comporte un pôle supérieur constitué de 4 brins rayonnants 12, de longueur L égale à environ 1.2 mètres. Les brins sont disposés à 90 les uns des
autres et font chacun un angle de 10 par rapport à la verticale à leur pied.
Ils sont reliés à l'embase 13 au moyen d'un fil 14.
Le pôle inférieur est constitué de 4 fils rayonnants 15 de 1.2 mètres de longueur disposés à 90 les uns des autres. Chaque fil rayonnant est incliné de 45 . Le centre de phase de l'antenne est situé par exemple à 2
mètres au-dessus d'un sol 16 de type moyen.
Le mât 17 support de l'antenne est en composite. La bote
d'accord 18 est située entre le pôle inférieur et le pôle supérieur.
Les figures 7, 8, 9, 10 schématisent la représentation simulée respectivement d'une antenne classique selon l'art antérieur, d'une antenne avec 1 fil reliant l'extrémité supérieure d'un brin et le pied du brin, d'une antenne avec 2 fils reliant l'extrémité de chaque brin supérieur et à mi
chemin des deux pieds, d'une antenne avec fils rigides sans brin supérieur.
La figure 11 représente les courbes TOS associées en fonction de
la fréquence.
La courbe I correspond à l'antenne classique (figure 7), la courbe Il à l'antenne à un fil (figure 8), la courbe lil à l'antenne à deux fils (figure 9),
la courbe IV aux fils seuis (figure 10).
Les figures 12 et 13 représentent la partie réelle de l'impédance d'entrée de l'antenne et la partie imaginaire de l'impédance d'entrée de l'antenne respectivement pour une antenne classique (courbe V partie réelle, courbe Vll partie imaginaire) et une antenne à un fil (courbe Vl partie réelle, courbe Vl l l partie imaginaire). Ces simulations mettent en évidence l'effet des fils reliés aux brins rayon nants. Ces de rn ie rs perm ettent de restre ind re l'am plitude des variations des parties imaginaires et réelles de l'impédance d'entrée de l'antenne, ce
qui est l'une des propriétés des antennes à structure plus large bande.
Cette baisse de dynamique des variations de l'impéJance d'entrée permet par un rapport de transformation adéquat d'obtenir une antenne à TOS inférieur ou égal à 3 sur une très grande largeur de bande (variant par exemple de 60 à 300 MHz dans le cas présent) avec un fil par brin rayonnant
contre un TOS maximal de 4 pour l'antenne classique.
On peut constater que la structure d'antenne avec 2 fils par brin
rayonnant offre un TOS inférieur ou égal à 3.2.
L'influence des fils seuis est donnée à la courbe IV figure 11.
Ceux-ci permettent d'avoir un TOS inférieur ou égal à 3.5 dû à une inclinaison plus prononcée par rapport à ia verticale, mais l'effet combiné des fils reliés aux brins rayonnants qui forment des brins épais apparat plus efficace. La solution proposée permet notamment de réaliser une antenne 6-30 MHz ou 60-300 MHz avec un TOS inférieur ou égal à 3 ayant un très
bon rendement (un seul transformateur de rapport 1: 4 suffit).
Ces exemples sont donnés à titre illustratif et nullement limitatifs.
Les figures 14 et 15 représentent les relevés d'impédance d'entrée de l'antenne mesurée à l'analyseur de réseau et représentés sous
forme respectivement de TOS et d'abaque de Smith.
L'effet de baisse du TOS sur la bande appara^t avec la modification de l'antenne, TOS maximal de 9 pour l'antenne classique et de 6 pour l'antenne modifiée. De même, pour l'abaque de Smith, il appara^'t que les boucles de résonance sont moins prononcées avec l'antenne modifiée,
rendant ainsi l'adaptation plus aisée.
Claims (6)
1 - Antenne comportant un ou plusieurs brins rayonnants (4'), caractérisé en ce que au moins un brin rayonnant (4) a ses deux extrémités (4s' 4j) reliées au moyen d'un ou de plusieurs fils conducteurs (6). 2 - Antenne selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les brins
rayonnants (4) reliés sont les brins du pole supérieur.
0 3 - Antenne selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'un
brin rayonnant (4) est relié au moyen de deux fils (6, 6') à mi-chemin entre le
pied de chaque brin métallique.
4 - Antenne selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le fil
reliant les deux extrémités (6) est un fil métallique.
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le fil
reliant les deux extrémités est un fil métallique enrobé de Teflon.
6 - Antenne selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les
liaisons entre le fil conducteur (6) et un brin rayonnant (4) se font à l'aide de
fiches de type banane.
7 - Antenne monopolaire comportant au moins une des caractéristiques de
I'antenne selon les revendications 1 à 6.
8 - Ante n ne d ipolai re comportant au moi ns u ne des caracté ristiqu es de
l'antenne selon ies revendications 1 à 6.
9 - Utilisation de l'antenne scion l'une des revendications 1 à 8 dans la
gamme de fréquence correspondent aux bandes F-UHF ou VHF, de
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20111102 |