FR3110293A1

FR3110293A1 - Active antenna including shielded frame

Info

Publication number: FR3110293A1
Application number: FR2004969A
Authority: FR
Inventors: Frédéric Broyde; Evelyne Clavelier
Original assignee: Tekcem SAS
Current assignee: Excem Fr
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2040-05-18
Also published as: FR3110293B1; WO2021234479A1

Abstract

L’invention concerne une antenne active comportant un cadre blindé, par exemple une antenne pour les communications radio et/ou les mesures de champs électromagnétiques. Une antenne active selon l’invention comporte : un premier élément (1), le premier élément comportant un tube du premier élément (11) et une ligne de transmission (12), le premier élément étant une partie d’un cadre blindé ; un deuxième élément (2), le deuxième élément étant un conducteur électrique, le deuxième élément étant une partie du cadre blindé ; une base (3) ; un dispositif linéaire à accès unique (4) ayant, à une fréquence, une résistance et une réactance, la résistance étant supérieure à une valeur absolue de la réactance ; un filtre passif linéaire ; un amplificateur ayant une entrée et une sortie, l’entrée de l’amplificateur étant couplée à une sortie du filtre passif linéaire ; et un accès de sortie, l’accès de sortie étant couplé à la sortie de l’amplificateur. Figure pour l’abrégé : Figure 3.The invention relates to an active antenna comprising a shielded frame, for example an antenna for radio communications and/or electromagnetic field measurements. An active antenna according to the invention comprises: a first element (1), the first element comprising a tube of the first element (11) and a transmission line (12), the first element being part of a shielded frame; a second element (2), the second element being an electrical conductor, the second element being part of the shielded frame; a base (3); a single port linear device (4) having, at a frequency, a resistance and a reactance, the resistance being greater than an absolute value of the reactance; a linear passive filter; an amplifier having an input and an output, the input of the amplifier being coupled to an output of the linear passive filter; and an output port, the output port being coupled to the output of the amplifier. Figure for the abstract: Figure 3.

Description

Active antenna including shielded frame

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

L’invention concerne une antenne active comportant un cadre blindé, par exemple une antenne pour les communications radio et/ou les mesures de champs électromagnétiques.The invention relates to an active antenna comprising a shielded frame, for example an antenna for radio communications and/or electromagnetic field measurements.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR ART

Les antennes de type “cadre” (appelées “loop antennas” en anglais) et de type “cadre blindé” (appelées “shielded loop antennas” en anglais) sont bien connues des spécialistes. Elles sont utilisées pour la réception radio appliquée aux mesures de champs électromagnétiques, à la radiogoniométrie et aux communications radio. Des caractéristiques et limitations de ces antennes pour ces utilisations sont expliquées dans l’article de F. Broydé et E. Clavelier intitulé “Contribution to the Theory of Planar Wire Loop Antennas Used for Reception”, publié dans la revueIEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 68, no. 3, en Mars 2020. En particulier, cet article explique dans quelle mesure il est possible de considérer que ces antennes mesurent une composante d’un champ magnétique incident, c’est-à-dire une composante magnétique d’un champ électromagnétique incident. Comme indiqué dans cet article et dans le paragraphe 5-4 du chapitre 5 du livre de R.C. Johnson intitulé “Antenna Engineering Handbook, 3rd Edition”, publié par McGraw-Hill en 1993, le blindage d’un cadre blindé fonctionne typiquement comme un cadre. Les cadres blindés utilisés pour la réception radio donnent de meilleurs résultats que les cadres non blindés, car ils ne sont pas affectés par un courant de mode commun circulant sur le câble reliant l’antenne à un appareil de mesure ou un récepteur radio, induit par un champ électromagnétique incident reçu en tant que signal, ou par des perturbations électromagnétiques.Antennas of the “frame” type (called “loop antennas” in English) and of the “shielded frame” type (called “shielded loop antennas” in English) are well known to specialists. They are used for radio reception applied to electromagnetic field measurements, direction finding and radio communications. Characteristics and limitations of these antennas for these uses are explained in the article by F. Broydé and E. Clavelier entitled “Contribution to the Theory of Planar Wire Loop Antennas Used for Reception”, published in the journal IEEE Transactions on Antennas and Propagation , flight. 68, no. 3, in March 2020. In particular, this article explains to what extent it is possible to consider that these antennas measure a component of an incident magnetic field, that is to say a magnetic component of an incident electromagnetic field. As noted in this article and in paragraph 5-4 of Chapter 5 of RC Johnson's Antenna Engineering Handbook, 3rd Edition, published by McGraw-Hill in 1993, the shielding of an armored frame typically functions as a frame. . Shielded frames used for radio reception give better results than unshielded frames because they are not affected by a common mode current flowing on the cable connecting the antenna to a measuring device or a radio receiver, induced by an incident electromagnetic field received as a signal, or by electromagnetic disturbances.

On appelle facteur d’antenne (en anglais: antenna factor) un module d’un rapport d’une intensité d’un champ incident (exprimée en V/m pour un champ électrique ou en A/m pour un champ magnétique) sur une tension développée par une antenne aux bornes d’une impédance spécifiée. Pour les mesures de champs électromagnétiques, on préfère souvent, quand c’est possible, utiliser une antenne présentant un facteur d’antenne sensiblement indépendant de la fréquence, sur une large bande de fréquences. Le spécialiste sait que ce résultat peut être obtenu, dans une bande de fréquence connue, la bande de fréquence connue ayant une borne supérieure, la borne supérieure correspondant à une longueur d’onde dans le vide, en utilisant, pour la réception radio, une antenne active de l’état de l’art antérieur comportant :One calls antenna factor (in English: antenna factor) a module of a ratio of an intensity of an incident field (expressed in V/m for an electric field or in A/m for a magnetic field) on a voltage developed by an antenna across a specified impedance. For electromagnetic field measurements, it is often preferred, when possible, to use an antenna with an antenna factor that is substantially independent of frequency, over a wide frequency band. The specialist knows that this result can be obtained, in a known frequency band, the known frequency band having an upper limit, the upper limit corresponding to a wavelength in vacuum, by using, for radio reception, a active antenna of the state of the prior art comprising:

un cadre blindé, le cadre blindé étant un cadre blindé monospire, le cadre blindé étant petit devant ladite longueur d’onde dans le vide, le cadre blindé ayant un accès, une impédance présentée par cet accès étant appelée “impédance du cadre blindé” ;a shielded frame, the shielded frame being a single-turn shielded frame, the shielded frame being small compared to said wavelength in vacuum, the shielded frame having an access, an impedance presented by this access being called “impedance of the shielded frame”;

un amplificateur, l’accès du cadre blindé étant couplé à une entrée de l’amplificateur, l’entrée de l’amplificateur ayant une impédance appelée “impédance d’entrée de l’amplificateur”, un module de l’impédance d’entrée de l’amplificateur étant, à toute fréquence dans la bande de fréquence connue, beaucoup plus petit qu’un module de l’impédance du cadre blindé, une tension de sortie de l’amplificateur étant, à une fréquence donnée dans la bande de fréquence connue, égale au produit d’un courant d’entrée de l’amplificateur et d’une transimpédance, un module de la transimpédance étant sensiblement indépendant de la fréquence donnée.an amplifier, the port of the shielded frame being coupled to an input of the amplifier, the input of the amplifier having an impedance called the “amplifier input impedance”, a modulus of the input impedance of the amplifier being, at any frequency in the known frequency band, much smaller than a modulus of the impedance of the shielded frame, an output voltage of the amplifier being, at a given frequency in the frequency band known, equal to the product of an input current of the amplifier and a transimpedance, a module of the transimpedance being substantially independent of the given frequency.

Un exemple d’une telle antenne active de l’état de l’art antérieur est montré sur la , où les arêtes cachées (c’est-à-dire non directement visibles) et les contours cachés ne sont pas représentés. L’antenne active montrée sur la comporte :An example of such a prior art active antenna is shown in Fig. , where hidden (i.e. not directly visible) edges and hidden contours are not shown. The active antenna shown on the includes:

un premier élément (1), le premier élément étant une ligne de transmission ayant un conducteur externe (123) et un conducteur interne (121), la ligne de transmission ayant une première extrémité (101) et une seconde extrémité (102), le conducteur externe ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, le conducteur externe ayant une seconde extrémité à la seconde extrémité de la ligne de transmission, le conducteur interne ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, le conducteur interne ayant une seconde extrémité à la seconde extrémité de la ligne de transmission, le premier élément étant une partie du cadre blindé ;a first element (1), the first element being a transmission line having an outer conductor (123) and an inner conductor (121), the transmission line having a first end (101) and a second end (102), the outer conductor having a first end at the first end of the transmission line, the outer conductor having a second end at the second end of the transmission line, the inner conductor having a first end at the first end of the transmission line, the inner conductor having a second end at the second end of the transmission line, the first member being part of the shield frame;

un deuxième élément (2), le deuxième élément étant un conducteur électrique, le deuxième élément ayant une première extrémité (201) et une seconde extrémité (202), la première extrémité du deuxième élément étant couplée à la première extrémité du conducteur interne, le deuxième élément étant une partie du cadre blindé ;a second element (2), the second element being an electrical conductor, the second element having a first end (201) and a second end (202), the first end of the second element being coupled to the first end of the inner conductor, the second element being part of the armored frame;

une partie appelée “base” (3), la base procurant un contact électrique entre la seconde extrémité du conducteur externe et la seconde extrémité du deuxième élément, la base étant une partie du cadre blindé ;a part called “base” (3), the base providing electrical contact between the second end of the outer conductor and the second end of the second element, the base being part of the shielded frame;

ledit amplificateur, ladite entrée de l’amplificateur étant couplée à la seconde extrémité du conducteur interne (qui correspond à l’accès du cadre blindé) ; etsaid amplifier, said amplifier input being coupled to the second end of the inner conductor (which corresponds to the port of the shield frame); And

un accès de sortie, l’accès de sortie étant couplé à une sortie de l’amplificateur.an output port, the output port being coupled to an output of the amplifier.

Le spécialiste sait qu’un amplificateur convenable peut par exemple être un amplificateur à transimpédance (en anglais: transimpedance amplifier) ou un amplificateur à transrésistance (en anglais: transresistance amplifier) similaires à ceux discutés dans le paragraphe 8.11 du livre de P. Horowitz et W. Hill intitulé “The Art of Electronics, Third Edition”, publié par Cambridge University Press en 2015, ou à ceux qui sont utilisés dans le brevet des États-Unis d’Amérique numéro 5,352,984 intitulé “Fault and splice finding system and method”, ou dans la demande internationale numéro PCT/DE2006/000415 (WO 2006/097071) intitulée “Active reception antenna system”.The specialist knows that a suitable amplifier can for example be a transimpedance amplifier (in English: transimpedance amplifier) or a transresistance amplifier (in English: transresistance amplifier) similar to those discussed in paragraph 8.11 of the book by P. Horowitz and W. Hill entitled “The Art of Electronics, Third Edition”, published by Cambridge University Press in 2015, or as used in United States patent number 5,352,984 entitled “Fault and splice finding system and method” , or in international application number PCT/DE2006/000415 (WO 2006/097071) entitled “Active reception antenna system”.

Si nous comparons une première antenne active constituée d’un tel cadre blindé et d’un tel amplificateur, à une seconde antenne active constituée d’un cadre ayant la même taille que le cadre blindé, et du même amplificateur que celui utilisé dans la première antenne active, nous trouvons que, comme expliqué ci-dessus, l’immunité à un courant de mode commun circulant sur le câble reliant l’antenne à un appareil de mesure ou un récepteur radio, induit par un champ électromagnétique incident reçu en tant que signal ou par des perturbations électromagnétiques, est bien meilleure pour la première antenne active que pour la seconde antenne active.If we compare a first active antenna consisting of such a shielded frame and such an amplifier, with a second active antenna consisting of a frame having the same size as the shielded frame, and the same amplifier used in the first active antenna, we find that, as explained above, the immunity to a common mode current flowing on the cable connecting the antenna to a measuring device or a radio receiver, induced by an incident electromagnetic field received as signal or by electromagnetic disturbances, is much better for the first active antenna than for the second active antenna.

Un premier problème est que la borne supérieure de la bande de fréquence sur laquelle le facteur d’antenne est sensiblement indépendant de la fréquence est beaucoup plus bas pour la première antenne active que pour la seconde antenne active. Pour compenser cette réduction, il est nécessaire de réduire la taille du cadre blindé, ce qui entraîne, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, une augmentation du produit du facteur d’antenne par la densité de la tension de bruit en sortie de l’antenne active (cette densité étant exprimée en volt efficace par racine carrée de hertz), alors que le concepteur souhaite que ce produit soit aussi petit que possible à ces fréquences.A first problem is that the upper limit of the frequency band on which the antenna factor is substantially independent of frequency is much lower for the first active antenna than for the second active antenna. To compensate for this reduction, it is necessary to reduce the size of the shielded frame, which leads, at frequencies below the upper bound, to an increase in the product of the antenna factor by the density of the noise voltage at the output of the active antenna (this density being expressed in volts effective per square root of hertz), whereas the designer wishes this product to be as small as possible at these frequencies.

Ainsi, l’état de l’art antérieur ne divulgue pas d’antenne active comportant un cadre blindé, l’antenne active ayant un facteur d’antenne qui est sensiblement indépendant de la fréquence dans une bande de fréquence connue ayant une borne supérieure spécifiée, et l’antenne active étant telle que, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, un produit de son facteur d’antenne par la densité de la tension de bruit en sortie de l’antenne active est petit.Thus, the state of the prior art does not disclose an active antenna having a shielded frame, the active antenna having an antenna factor which is substantially independent of frequency in a known frequency band having a specified upper bound , and the active antenna being such that, at frequencies below the upper bound, a product of its antenna factor and the density of the noise voltage at the output of the active antenna is small.

Un second problème est que la première antenne active est facilement perturbée par un signal radio à une fréquence supérieure à la borne supérieure, car la sensibilité du cadre blindé est beaucoup plus basse dans la bande de fréquence connue, où le cadre blindé est électriquement petit, qu’à certaines fréquences plus élevées que la borne supérieure, en particulier à proximité de certaines fréquences de résonance du cadre blindé. Si l’antenne active est perturbée par un signal radio à une fréquence supérieure à la borne supérieure, de la désensibilisation et/ou de la modulation croisée et/ou de l’intermodulation peuvent se produire.A second problem is that the first active antenna is easily disturbed by a radio signal at a frequency higher than the upper bound, because the sensitivity of the shielded frame is much lower in the known frequency band, where the shielded frame is electrically small, only at certain frequencies higher than the upper bound, especially near certain resonant frequencies of the shield frame. If the active antenna is disturbed by a radio signal at a frequency higher than the upper limit, desensitization and/or cross modulation and/or intermodulation may occur.

La solution connue pour protéger la première antenne active contre un signal radio à une fréquence supérieure à la borne supérieure utilise un filtre passe-bas inséré entre l’accès du cadre blindé et l’entrée de l’amplificateur. La est un graphique montrant le module d’une impédance du cadre blindé de l’antenne active de la , en fonction de la fréquence. Le spécialiste comprend que l’impédance du cadre blindé et l’impédance d’entrée de l’amplificateur sont telles qu’un filtre passe-bas efficace introduit des variations indésirables du facteur d’antenne en fonction de la fréquence, qui réduisent fortement la borne supérieure. Pour compenser cette réduction, il est nécessaire de réduire fortement la taille du cadre blindé, ce qui entraîne, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, une forte augmentation du produit du facteur d’antenne par la densité de la tension de bruit en sortie de l’antenne active, alors que le concepteur souhaite que ce produit soit aussi petit que possible à ces fréquences.The known solution for protecting the first active antenna against a radio signal at a frequency higher than the upper terminal uses a low-pass filter inserted between the access of the shielded frame and the input of the amplifier. There is a graph showing the modulus of an impedance of the shield frame of the active antenna of the , depending on the frequency. The specialist understands that the impedance of the shielded frame and the input impedance of the amplifier are such that an effective low-pass filter introduces undesirable variations of the antenna factor as a function of frequency, which greatly reduce the upper bound. To compensate for this reduction, it is necessary to greatly reduce the size of the shielded frame, which leads, at frequencies below the upper bound, to a large increase in the product of the antenna factor by the density of the noise voltage at the output of active antenna, while the designer wants this product to be as small as possible at these frequencies.

Ainsi, l’état de l’art antérieur ne divulgue pas d’antenne active comportant un cadre blindé, l’antenne active ayant un facteur d’antenne qui est sensiblement indépendant de la fréquence dans une bande de fréquence connue ayant une borne supérieure spécifiée, l’antenne active n’étant pas facilement perturbée par un signal radio à une fréquence supérieure à la borne supérieure, et l’antenne active étant telle que, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, un produit de son facteur d’antenne par la densité de la tension de bruit en sortie de l’antenne active est petit.Thus, the state of the prior art does not disclose an active antenna having a shielded frame, the active antenna having an antenna factor which is substantially independent of frequency in a known frequency band having a specified upper bound , the active antenna not being easily disturbed by a radio signal at a frequency above the upper bound, and the active antenna being such that, at frequencies below the upper bound, a product of its antenna factor times the noise voltage density at the output of the active antenna is small.

L’invention a pour objet une antenne active dépourvue des limitations mentionnées ci-dessus des techniques connues.The object of the invention is an active antenna devoid of the limitations mentioned above of the known techniques.

Dans la suite, “couplé” fait toujours référence à un couplage électrique. Lorsque ce terme est appliqué à deux entités telles que des bornes, des conducteurs, des noeuds, etc, “couplé” peut indiquer que les entités sont directement couplées, c’est-à-dire connectées (ou, de façon équivalente, en contact électrique) l’une avec l’autre, et/ou que les entités sont indirectement couplées, une interaction électrique différente du couplage direct existant dans ce cas entre les entités, par exemple à travers un ou plusieurs composants. Lorsque ce terme est appliqué à deux entités à plusieurs bornes, telles que des accès, des connecteurs, etc, “couplé” peut indiquer que les entités sont directement couplées, chaque borne d’une des entités étant dans ce cas directement couplée à une et une seule des bornes de l’autre entité, et/ou que les entités sont indirectement couplées, une interaction électrique différente du couplage direct existant dans ce cas entre les bornes des entités, par exemple à travers un ou plusieurs composants.In the following, “coupled” always refers to an electrical coupling. When this term is applied to two entities such as terminals, conductors, nodes, etc., “coupled” can indicate that the entities are directly coupled, i.e. connected (or, equivalently, in contact electrical) with each other, and/or that the entities are indirectly coupled, an electrical interaction different from the direct coupling existing in this case between the entities, for example through one or more components. When this term is applied to two entities with several terminals, such as accesses, connectors, etc, “coupled” can indicate that the entities are directly coupled, each terminal of one of the entities being in this case directly coupled to one and only one of the terminals of the other entity, and/or that the entities are indirectly coupled, an electrical interaction different from the direct coupling existing in this case between the terminals of the entities, for example through one or more components.

Une antenne active selon l’invention est une antenne active pour la réception radio dans une bande de fréquence connue, la bande de fréquence connue ayant une borne supérieure, l’antenne active comportant :An active antenna according to the invention is an active antenna for radio reception in a known frequency band, the known frequency band having an upper limit, the active antenna comprising:

un premier élément, le premier élément comportant un “tube du premier élément” et une ligne de transmission, le tube du premier élément étant un conducteur électrique ayant une longueur, la ligne de transmission ayant un conducteur externe et un conducteur interne, la ligne de transmission ayant une première extrémité, une seconde extrémité et une longueur, le conducteur externe ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, le conducteur externe ayant une seconde extrémité à la seconde extrémité de la ligne de transmission, le conducteur interne ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, le conducteur interne ayant une seconde extrémité à la seconde extrémité de la ligne de transmission, au moins une portion de la longueur de la ligne de transmission se trouvant dans le tube du premier élément, le conducteur externe n’étant, sur une portion de la longueur du tube du premier élément, pas en contact électrique avec le tube du premier élément, la première extrémité du conducteur externe étant connectée au tube du premier élément, le premier élément étant une partie d’un cadre blindé ;a first member, the first member having a "first member tube" and a transmission line, the first member tube being an electrical conductor having a length, the transmission line having an outer conductor and an inner conductor, the transmission having a first end, a second end and a length, the outer conductor having a first end at the first end of the transmission line, the outer conductor having a second end at the second end of the transmission line, the inner conductor having a first end at the first end of the transmission line, the inner conductor having a second end at the second end of the transmission line, at least a portion of the length of the transmission line being in the tube of the first element, the outer conductor not being, over a portion of the length of the tube of the first element, not in electrical contact with c the tube of the first element, the first end of the outer conductor being connected to the tube of the first element, the first element being part of a shielded frame;

un deuxième élément, le deuxième élément étant un conducteur électrique, le deuxième élément ayant une première extrémité et une seconde extrémité, la première extrémité du deuxième élément étant couplée à la première extrémité du conducteur interne, le deuxième élément étant une partie du cadre blindé ;a second element, the second element being an electrical conductor, the second element having a first end and a second end, the first end of the second element being coupled to the first end of the inner conductor, the second element being a part of the shield frame;

au moins un dispositif linéaire à accès unique, le dit au moins un dispositif linéaire à accès unique étant couplé à la première extrémité de la ligne de transmission, une impédance vue par la première extrémité de la ligne de transmission étant affectée par une impédance du dit au moins un dispositif linéaire à accès unique, le dit au moins un dispositif linéaire à accès unique ayant, à une fréquence supérieure à ladite borne supérieure, une résistance et une réactance, la résistance étant supérieure à une valeur absolue de la réactance ;at least one single port linear device, said at least one single port linear device being coupled to the first end of the transmission line, an impedance seen by the first end of the transmission line being affected by an impedance of said at least one single-port linear device, said at least one single-port linear device having, at a frequency higher than said upper limit, a resistance and a reactance, the resistance being greater than an absolute value of the reactance;

un amplificateur ayant une entrée et une sortie, l’entrée de l’amplificateur étant directement ou indirectement couplée à la seconde extrémité de la ligne de transmission ; etan amplifier having an input and an output, the amplifier input being directly or indirectly coupled to the second end of the transmission line; And

un accès de sortie, l’accès de sortie étant couplé à la sortie de l’amplificateur.an output port, the output port being coupled to the output of the amplifier.

Par exemple, il est possible qu’au moins un des dispositifs linéaires à accès unique soit une résistance. Par exemple, il est possible que les un ou plusieurs dispositifs linéaires à accès unique présentent à la première extrémité de la ligne de transmission, à une fréquence supérieure à ladite borne supérieure, une impédance dont la partie réelle est comprise entre la moitié et le double de la partie réelle d’une impédance caractéristique de la ligne de transmission.For example, it is possible that at least one of the single port linear devices is a resistor. For example, it is possible that the one or more single-port linear devices present at the first end of the transmission line, at a frequency higher than said upper limit, an impedance whose real part is between half and double of the real part of a characteristic impedance of the transmission line.

Par exemple, l’antenne active peut en outre comporter un filtre passif linéaire ayant une entrée et une sortie, l’entrée du filtre passif linéaire étant couplée à la seconde extrémité de la ligne de transmission, l’entrée de l’amplificateur étant couplée à la sortie du filtre passif linéaire, si bien que, dans ce cas, l’entrée de l’amplificateur est indirectement couplée à la seconde extrémité de la ligne de transmission, à travers le filtre passif linéaire.For example, the active antenna may further comprise a linear passive filter having an input and an output, the input of the linear passive filter being coupled to the second end of the transmission line, the input of the amplifier being coupled at the output of the linear passive filter, so that in this case the input of the amplifier is indirectly coupled to the second end of the transmission line, through the linear passive filter.

D’autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés dans les dessins annexés sur lesquels :Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention, given by way of non-limiting examples, and represented in the appended drawings in which:

la est un dessin d’une antenne active de l’état de l’art antérieur ; there is a drawing of a prior art active antenna;

la est un graphique montrant le module d’une impédance du cadre blindé de l’antenne active montrée sur la , en fonction de la fréquence ; there is a graph showing the modulus of an impedance of the shield frame of the active antenna shown on the , as a function of frequency;

la est un dessin d’une antenne active selon l’invention (premier mode de réalisation) ; there is a drawing of an active antenna according to the invention (first embodiment);

la est un dessin d’une partie de l’antenne active montrée sur la (premier mode de réalisation) ; there is a drawing of part of the active antenna shown on the (first embodiment);

la est un dessin d’une antenne active selon l’invention (quatrième mode de réalisation) ; there is a drawing of an active antenna according to the invention (fourth embodiment);

la est un second dessin de l’antenne active montrée sur la (quatrième mode de réalisation) ; there is a second drawing of the active antenna shown on the (fourth embodiment);

la est un troisième dessin de l’antenne active montrée sur la (quatrième mode de réalisation) ; there is a third drawing of the active antenna shown on the (fourth embodiment);

la est un graphique montrant le module d’une impédance d’une antenne passive qui est une partie de l’antenne active montrée sur la , en fonction de la fréquence. there is a graph showing the modulus of an impedance of a passive antenna which is a part of the active antenna shown in the , depending on the frequency.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE CERTAINS MODES DE RÉALISATIONDETAILED DISCUSSION OF CERTAIN EMBODIMENTS

Premier mode de réalisation. First embodiment .

Au titre d’un premier mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif, nous avons représenté sur les figures 3 et 4 des dessins d’une antenne active selon l’invention pour la réception radio dans une bande de fréquence connue, la bande de fréquence connue étant la bande 1 MHz à 300 MHz, la bande de fréquence connue ayant une borne supérieure notéef _MAX et égale à 300 MHz, l’antenne active comportant :As a first embodiment of a device according to the invention, given by way of non-limiting example, we have represented in FIGS. 3 and 4 drawings of an active antenna according to the invention for the reception radio in a known frequency band, the known frequency band being the 1 MHz to 300 MHz band, the known frequency band having an upper limit denoted f _MAX and equal to 300 MHz, the active antenna comprising:

un premier élément (1), le premier élément comportant un tube (11) et une ligne de transmission (12), le tube étant un conducteur électrique appelé “le tube du premier élément”, la ligne de transmission ayant un conducteur externe (123) et un conducteur interne (121), la ligne de transmission ayant une première extrémité (101) et une seconde extrémité, le conducteur externe ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, le conducteur externe ayant une seconde extrémité à la seconde extrémité de la ligne de transmission, le conducteur interne ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, le conducteur interne ayant une seconde extrémité à la seconde extrémité de la ligne de transmission, le tube du premier élément ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, au moins une portion de la longueur de la ligne de transmission se trouvant dans le tube du premier élément, le conducteur externe n’étant, sur une portion de la longueur du tube du premier élément, pas en contact électrique avec le tube du premier élément, la première extrémité du conducteur externe étant connectée à la première extrémité du tube du premier élément ;a first element (1), the first element comprising a tube (11) and a transmission line (12), the tube being an electrical conductor called "the tube of the first element", the transmission line having an external conductor (123 ) and an inner conductor (121), the transmission line having a first end (101) and a second end, the outer conductor having a first end at the first end of the transmission line, the outer conductor having a second end at the second end of the transmission line, the inner conductor having a first end at the first end of the transmission line, the inner conductor having a second end at the second end of the transmission line, the tube of the first member having a first end at the first end of the transmission line, at least a portion of the length of the transmission line being in the tube of the first element, the conductor e external conductor not being, over a portion of the length of the tube of the first element, not in electrical contact with the tube of the first element, the first end of the external conductor being connected to the first end of the tube of the first element;

un deuxième élément (2), le deuxième élément étant un conducteur électrique, le deuxième élément ayant une première extrémité (201) et une seconde extrémité, la première extrémité du deuxième élément étant couplée à la première extrémité du conducteur interne ;a second element (2), the second element being an electrical conductor, the second element having a first end (201) and a second end, the first end of the second element being coupled to the first end of the inner conductor;

une base (3), la base procurant un contact électrique entre une seconde extrémité du tube du premier élément et la seconde extrémité du deuxième élément ;a base (3), the base providing electrical contact between a second end of the tube of the first element and the second end of the second element;

un dispositif linéaire à accès unique (4) ayant une première borne et une seconde borne, la première borne du dispositif linéaire à accès unique étant directement couplée à la première extrémité du deuxième élément, la seconde borne du dispositif linéaire à accès unique étant directement couplée à la première extrémité du tube du premier élément ;a single port linear device (4) having a first terminal and a second terminal, the first terminal of the single port linear device being directly coupled to the first end of the second element, the second terminal of the single port linear device being directly coupled at the first end of the tube of the first element;

un amplificateur ayant une entrée et une sortie ; etan amplifier having an input and an output; And

La montre toute l’antenne active. Dans la , les arêtes cachées et les contours cachés ne sont pas représentés. Ladite au moins une portion de la longueur de la ligne de transmission peut par exemple être la totalité de la longueur de la ligne de transmission.There shows all active antenna. In the , hidden edges and hidden contours are not shown. Said at least a portion of the length of the transmission line can for example be the entire length of the transmission line.

Dans ce premier mode de réalisation, une section droite de la ligne de transmission comporte le conducteur interne, placé à l’intérieur d’un diélectrique creux, le diélectrique creux étant placé à l’intérieur du conducteur externe, qui a une section droite creuse. De façon optionnelle, la section droite de la ligne de transmission peut aussi comporter une gaine isolante ayant une section droite creuse, le conducteur externe étant placé à l’intérieur de la gaine isolante. L’impédance caractéristique de cette ligne de transmission est voisine de 50 ohms à 100 MHz.In this first embodiment, a cross section of the transmission line has the inner conductor, placed inside a hollow dielectric, the hollow dielectric being placed inside the outer conductor, which has a hollow cross section . Optionally, the cross section of the transmission line can also comprise an insulating sheath having a hollow cross section, the outer conductor being placed inside the insulating sheath. The characteristic impedance of this transmission line is close to 50 ohms at 100 MHz.

Dans ce premier mode de réalisation, une section droite du tube du premier élément est rectangulaire et creuse. La ligne de transmission est fixée dans le tube du premier élément en utilisant des pièces isolantes. Le conducteur externe est connecté au tube du premier élément à la première extrémité du tube du premier élément, et seulement à la première extrémité du tube du premier élément.In this first embodiment, a cross section of the tube of the first element is rectangular and hollow. The transmission line is fixed in the tube of the first element using insulating parts. The outer conductor is connected to the tube of the first element at the first end of the tube of the first element, and only at the first end of the tube of the first element.

Dans ce premier mode de réalisation, une section droite du deuxième élément est un conducteur électrique rectangulaire et creux, similaire au tube du premier élément.In this first embodiment, a cross section of the second element is a rectangular and hollow electrical conductor, similar to the tube of the first element.

La montre une partie de l’antenne active, au voisinage de la première extrémité de la ligne de transmission et de la première extrémité du deuxième élément. Dans la , les arêtes cachées et les contours cachés sont représentés. La montre le conducteur interne (121), le diélectrique creux (122), le conducteur externe (123), et la gaine isolante (124) optionnelle. La montre comment la première borne du dispositif linéaire à accès unique est directement couplée à la première extrémité du deuxième élément, et comment la seconde borne du dispositif linéaire à accès unique est directement couplée à la première extrémité du tube du premier élément. La montre une connexion (14) à travers laquelle la première extrémité du deuxième élément est couplée à la première extrémité du conducteur interne. La montre des connexions (13) à travers lesquelles la première extrémité du conducteur externe est couplée à la première extrémité du tube du premier élément. La montre qu’il est possible de considérer que la première borne du dispositif linéaire à accès unique est couplée à la première extrémité du conducteur interne, à travers la connexion (14), et que la seconde borne du dispositif linéaire à accès unique est couplée à la première extrémité du conducteur externe, à travers les connexions (13). Ainsi, le dispositif linéaire à accès unique est couplé à la première extrémité de la ligne de transmission, d’une façon telle qu’une impédance vue par la première extrémité de la ligne de transmission est affectée par une impédance du dispositif linéaire à accès unique.There shows part of the active antenna, in the vicinity of the first end of the transmission line and the first end of the second element. In the , hidden edges and hidden contours are shown. There shows inner conductor (121), hollow dielectric (122), outer conductor (123), and optional insulating sheath (124). There shows how the first terminal of the single port linear device is directly coupled to the first end of the second element, and how the second terminal of the single port linear device is directly coupled to the first end of the tube of the first element. There shows a connection (14) through which the first end of the second element is coupled to the first end of the inner conductor. There shows connections (13) through which the first end of the outer conductor is coupled to the first end of the tube of the first element. There shows that it is possible to consider that the first terminal of the single port linear device is coupled to the first end of the internal conductor, through the connection (14), and that the second terminal of the single port linear device is coupled to the first end of the outer conductor, through the connections (13). Thus, the single port linear device is coupled to the first end of the transmission line such that an impedance seen by the first end of the transmission line is affected by an impedance of the single port linear device .

La montre aussi une pièce isolante (15) utilisée pour maintenir la ligne de transmission (12) dans le tube du premier élément (11).There also shows an insulating part (15) used to maintain the transmission line (12) in the tube of the first element (11).

Le spécialiste voit que le tube du premier élément, la base et le deuxième élément forment un enroulement polygonal ayant une seule spire, l’enroulement étant utilisé comme un cadre. Le spécialiste voit aussi que le premier élément, la base et le deuxième élément forment un cadre blindé. Le cadre blindé est un cadre blindé monospire, dans lequel le conducteur interne est blindé par deux écrans séparés : le conducteur externe et le tube du premier élément. Ainsi, le cadre blindé formé par le premier élément, la base et le deuxième élément est différent de celui montré dans la -22(a) du paragraphe 5-4 du chapitre 5 du dit livre de R.C. Johnson, et de tous ceux montrés dans la Fig. 9 du rapport de G.A. Morgan, Jr. intitulé “Analysis and calibration of loop probes for use in measuring interference fields”, publié par le Naval Research Laboratory sous le numéro NRL Report R-3486, en juin 1949. Au contraire, le cadre blindé formé par le premier élément, la base et le deuxième élément est similaire à la “feed loop” qui est une partie de la “wide range tunable transmitting loop antenna” divulguée dans le brevet des États-Unis d’Amérique numéro 3,588,905. Le cadre blindé formé par le premier élément, la base et le deuxième élément est aussi similaire à la “shielded loop antenna” décrite par Phillip Frost dans un document électronique intitulé “Is this shielded loop antenna balanced?”, daté du 31 mai 2013, et disponible en février 2020 sur https://electronics.stackexchange.com.The specialist sees that the tube of the first element, the base and the second element form a polygonal winding having a single turn, the winding being used as a frame. The specialist also sees that the first element, the base and the second element form an armored frame. The armored frame is a monospiral armored frame, in which the internal conductor is shielded by two separate screens: the external conductor and the tube of the first element. Thus, the armored frame formed by the first element, the base and the second element is different from that shown in the -22(a) of paragraph 5-4 of chapter 5 of the said book of RC Johnson, and of all those shown in Fig. 9 of GA Morgan, Jr.'s report "Analysis and calibration of loop probes for use in measuring interference fields", published by the Naval Research Laboratory as NRL Report R-3486, in June 1949. On the contrary, the armored frame formed by the first element, the base and the second element is similar to the “feed loop” which is part of the “wide range tunable transmitting loop antenna” disclosed in United States patent number 3,588,905. The shielded frame formed by the first element, the base and the second element is also similar to the “shielded loop antenna” described by Phillip Frost in an electronic document entitled “Is this shielded loop antenna balanced?”, dated May 31, 2013, and available February 2020 at https://electronics.stackexchange.com.

Par conséquent, le premier élément est une partie du cadre blindé, le deuxième élément est une partie du cadre blindé, et la base est une partie du cadre blindé.Therefore, the first element is part of the shield frame, the second element is part of the shield frame, and the base is part of the shield frame.

Nous notons que ni ledit brevet des États-Unis d’Amérique numéro 3,588,905 ni ledit document électronique intitulé “Is this shielded loop antenna balanced?” ne mentionnent un composant ayant une première borne et une seconde borne, la première borne du composant étant couplée à la première extrémité du deuxième élément, la seconde borne du composant étant couplée à la première extrémité du tube du premier élément. Par conséquent, le spécialiste voit que le cadre blindé et le dispositif linéaire à accès unique forment une nouvelle antenne passive. Cette antenne passive comporte donc : le premier élément, le deuxième élément, la base et le dispositif linéaire à accès unique.We note that neither said United States patent number 3,588,905 nor said electronic document entitled “Is this shielded loop antenna balanced?” mention a component having a first terminal and a second terminal, the first terminal of the component being coupled to the first end of the second element, the second terminal of the component being coupled to the first end of the tube of the first element. Therefore, the specialist sees that the shielded frame and the single port linear device form a new passive antenna. This passive antenna therefore comprises: the first element, the second element, the base and the single-port linear device.

La borne supérieuref _MAX correspond à une longueur d’onde dans le vide, égale à la vélocité de la lumière dans le vide divisée parf _MAX . Une somme d’une longueur de la ligne de transmission, mesurée entre sa première extrémité et sa seconde extrémité, d’une longueur du deuxième élément, mesurée entre sa première extrémité et sa seconde extrémité, et d’une longueur, mesurée sur la base, entre la seconde extrémité du tube du premier élément et la seconde extrémité du deuxième élément, est inférieure à la moitié de ladite longueur d’onde dans le vide.The upper bound f _MAX corresponds to a wavelength in vacuum, equal to the velocity of light in vacuum divided by f _MAX . A sum of a length of the transmission line, measured between its first end and its second end, a length of the second element, measured between its first end and its second end, and a length, measured on the basis , between the second end of the tube of the first element and the second end of the second element, is less than half of said wavelength in vacuum.

La base est creuse. L’amplificateur est installé dans la base, et est alimenté par une pile ou un accumulateur rechargeable. L’amplificateur a une impédance d’entrée, notéeZ _I , un module de l’impédance d’entrée étant inférieur à 4 ohms, à toute fréquence dans la bande de fréquence connue. L’amplificateur est tel que, si l’accès de sortie est couplé à une charge convenable, par exemple un récepteur de mesure présentant une impédance proche de 50 ohms, une tension aux bornes de l’accès de sortie est égale au produit d’un courant d’entrée de l’amplificateur par une transimpédance, notéeZ _T , un module de la transimpédance étant sensiblement constant dans la bande de fréquence connue.The base is hollow. The amplifier is installed in the base, and is powered by a rechargeable battery or accumulator. The amplifier has an input impedance, denoted Z _I , a modulus of the input impedance being less than 4 ohms, at any frequency in the known frequency band. The amplifier is such that, if the output port is coupled to a suitable load, for example a measurement receiver having an impedance close to 50 ohms, a voltage across the terminals of the output port is equal to the product of an input current of the amplifier by a transimpedance, denoted Z _T , a modulus of the transimpedance being substantially constant in the known frequency band.

Def _MAX /6 à 6f _MAX , le dispositif linéaire à accès unique se comporte sensiblement comme une résistance de 50 ohms. Ainsi, le dispositif linéaire à accès unique a, à une fréquence supérieure à ladite borne supérieure, une résistance et une réactance, la résistance étant supérieure à une valeur absolue de la réactance. Nous voyons que le dispositif linéaire à accès unique présente à la première extrémité de la ligne de transmission, à une fréquence supérieure à ladite borne supérieure, une impédance dont la partie réelle est comprise entre la moitié et le double de la partie réelle d’une impédance caractéristique de la ligne de transmission.From f _MAX /6 to 6 f _MAX , the single port linear device behaves substantially like a 50 ohm resistor. Thus, the single-port linear device has, at a frequency greater than said upper limit, a resistance and a reactance, the resistance being greater than an absolute value of the reactance. We see that the single port linear device presents at the first end of the transmission line, at a frequency higher than said upper limit, an impedance whose real part is between half and twice the real part of a characteristic impedance of the transmission line.

La première extrémité de la ligne de transmission voit, à toute fréquence, une impédance qui résulte de son couplage au dit enroulement polygonal et au dispositif linéaire à accès unique. Le spécialiste comprend qu’il est possible de considérer que l’enroulement polygonal et le dispositif linéaire à accès unique sont connectés en parallèle.The first end of the transmission line sees, at any frequency, an impedance which results from its coupling to said polygonal winding and to the single port linear device. The specialist understands that it is possible to consider that the polygonal winding and the single-port linear device are connected in parallel.

Deuxième mode de réalisation. Second embodiment .

Le deuxième mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif, correspond également à l’antenne active représentée sur les figures 3 et 4, et toutes les explications fournies pour le premier mode de réalisation sont applicables à ce deuxième mode de réalisation.The second embodiment of a device according to the invention, given by way of non-limiting example, also corresponds to the active antenna represented in FIGS. 3 and 4, and all the explanations provided for the first embodiment are applicable to this second embodiment.

De plus, dans ce deuxième mode de réalisation, l’entrée de l’amplificateur est directement couplée à la seconde extrémité de la ligne de transmission, donc à l’accès de l’antenne passive constituée du cadre blindé et du dispositif linéaire à accès unique. Une impédance vue par l’entrée de l’amplificateur est donc une impédance de ladite antenne passive.Moreover, in this second embodiment, the input of the amplifier is directly coupled to the second end of the transmission line, therefore to the access of the passive antenna consisting of the shielded frame and the linear device with access unique. An impedance seen by the input of the amplifier is therefore an impedance of said passive antenna.

Des expériences montrent que les caractéristiques du cadre blindé et du dispositif linéaire à accès unique interagissent de façon telle que : dans une très large bande de fréquence, un module du rapport de l’impédance de ladite antenne passive, notéeZ _A , sur une longueur effective de ladite antenne passive, notéeh _A , est sensiblement indépendant de la fréquence ; et, def _MAX /2 à 4f _MAX , l’impédance de ladite antenne passive a un module voisin de 50 ohms, et est approximativement une résistance. Puisque, dans une très large bande de fréquence, |Z _I | est beaucoup plus petit que |Z _A | et |Z _T | est presque constant, il s’ensuit que les caractéristiques de ladite antenne passive et de l’amplificateur interagissent de façon telle qu’un facteur d’antenne de l’antenne active, donné parExperiments show that the characteristics of the shielded frame and of the single-port linear device interact in such a way that: in a very wide frequency band, a module of the ratio of the impedance of said passive antenna, denoted Z _A , over a length effective of said passive antenna, denoted h _A , is substantially independent of the frequency; and, from f _MAX /2 to 4 f _MAX , the impedance of said passive antenna has a module close to 50 ohms, and is approximately a resistance. Since, in a very wide frequency band, | Z _I | is much smaller than | Z _A | and | Z _T | is almost constant, it follows that the characteristics of said passive antenna and of the amplifier interact in such a way that an antenna factor of the active antenna, given by

est sensiblement indépendant de la fréquence dans une très large bande de fréquence. Ainsi, le spécialiste comprend que la présence du dispositif linéaire à accès unique a augmenté une borne supérieure de la bande de fréquence sur laquelle le facteur d’antenne est sensiblement indépendant de la fréquence.is substantially independent of frequency over a very wide frequency band. Thus, the specialist understands that the presence of the linear device with single access has increased an upper limit of the frequency band on which the antenna factor is substantially independent of the frequency.

Par conséquent, le concepteur n’a pas réduit la taille du cadre blindé. Ainsi, l’antenne active comporte un cadre blindé, l’antenne active a un facteur d’antenne qui est sensiblement indépendant de la fréquence dans la bande de fréquence connue, et l’antenne active est telle que, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, un produit de son facteur d’antenne par la densité de la tension de bruit en sortie de l’antenne active est petit. Par conséquent, l’antenne active est une solution du premier problème décrit ci-dessus dans la section sur l’état de la technique antérieure.Therefore, the designer did not reduce the size of the armored frame. Thus, the active antenna has a shielded frame, the active antenna has an antenna factor which is substantially independent of frequency in the known frequency band, and the active antenna is such that at frequencies below the bound higher, a product of its antenna factor by the density of the noise voltage at the output of the active antenna is small. Therefore, the active antenna is a solution of the first problem described above in the prior art section.

Troisième mode de réalisation. Third embodiment .

Le troisième mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif, correspond également à l’antenne active représentée sur les figures 3 et 4, et toutes les explications fournies pour le premier mode de réalisation sont applicables à ce troisième mode de réalisation.The third embodiment of a device according to the invention, given by way of non-limiting example, also corresponds to the active antenna represented in FIGS. 3 and 4, and all the explanations provided for the first embodiment are applicable to this third embodiment.

De plus, dans ce troisième mode de réalisation, l’antenne active comporte un filtre passif linéaire ayant une entrée et une sortie ; l’entrée du filtre passif linéaire est couplée à la seconde extrémité de la ligne de transmission, donc à l’accès de l’antenne passive constituée du cadre blindé et du dispositif linéaire à accès unique ; et l’entrée de l’amplificateur est couplée à la sortie du filtre passif linéaire. Une impédance vue par l’entrée du filtre passif linéaire est donc une impédance de ladite antenne passive.Moreover, in this third embodiment, the active antenna comprises a linear passive filter having an input and an output; the input of the linear passive filter is coupled to the second end of the transmission line, therefore to the access of the passive antenna consisting of the shielded frame and the single-port linear device; and the input of the amplifier is coupled to the output of the linear passive filter. An impedance seen by the input of the linear passive filter is therefore an impedance of said passive antenna.

Des expériences montrent que les caractéristiques du cadre blindé et du dispositif linéaire à accès unique interagissent de façon telle que, dans une très large bande de fréquence, un module du rapport de l’impédance de ladite antenne passive sur une longueur effective de ladite antenne passive est sensiblement indépendant de la fréquence ; et de façon telle que, def _MAX /2 à 4f _MAX , l’impédance de ladite antenne passive a un module voisin de 50 ohms, et est approximativement une résistance. Le spécialiste comprend que les caractéristiques de ladite antenne passive et de l’amplificateur interagissent de façon telle que le dispositif linéaire à accès unique augmente la borne supérieure de la bande de fréquence sur laquelle le facteur d’antenne de l’antenne active est sensiblement indépendant de la fréquence, et qu’il a été possible d’obtenir que le filtre passif linéaire soit un filtre passe-bas qui atténue efficacement les fréquences supérieures à 2.5f _MAX , et qui n’introduit pas de variations indésirables du facteur d’antenne en fonction de la fréquence, aux fréquences inférieures ou égales àf _MAX .Experiments show that the characteristics of the shielded frame and the single port linear device interact in such a way that, in a very wide frequency band, a modulus of the ratio of the impedance of said passive antenna over an effective length of said passive antenna is substantially independent of frequency; and in such a way that, from f _MAX /2 to 4 f _MAX , the impedance of said passive antenna has a module close to 50 ohms, and is approximately a resistance. The specialist understands that the characteristics of said passive antenna and of the amplifier interact in such a way that the linear device with single access increases the upper limit of the frequency band on which the antenna factor of the active antenna is substantially independent of the frequency, and that it has been possible to obtain that the linear passive filter is a low-pass filter which effectively attenuates frequencies above 2.5 f _MAX , and which does not introduce undesirable variations in the antenna factor as a function of frequency, at frequencies less than or equal to f _MAX .

Ceci est dû à ce que la théorie des filtres passifs nous apprend qu’il est possible de concevoir un tel filtre, s’il voit à son entrée une impédance pratiquement réelle et constante depuis une fréquencef ₁jusqu’à une fréquencef ₂, et s’il voit à sa sortie, à toute fréquence comprise entref ₁etf ₂, une impédance dont le module est suffisamment plus petit que le module de l’impédance qu’il voit à son entrée, la fréquencef ₁étant suffisamment plus petite que la fréquence de coupure du filtre et la fréquencef ₂étant suffisamment plus grande que la fréquence de coupure du filtre.This is due to what the theory of passive filters teaches us that it is possible to design such a filter, if it sees at its input a practically real and constant impedance from a frequency f ₁ to a frequency f ₂ , and if it sees at its output, at any frequency between f ₁ and f ₂ , an impedance whose modulus is sufficiently smaller than the modulus of the impedance that it sees at its input, the frequency f ₁ being sufficiently smaller than the filter cutoff frequency and the frequency f ₂ being sufficiently larger than the filter cutoff frequency.

Par conséquent, l’utilisation du filtre passif linéaire n’a pas conduit le concepteur à réduire la taille du cadre blindé. Ainsi, l’antenne active comporte un cadre blindé, l’antenne active a un facteur d’antenne qui est sensiblement indépendant de la fréquence dans la bande de fréquence connue, l’antenne active n’est pas facilement perturbée par un signal radio à une fréquence supérieure à la borne supérieure, et l’antenne active est telle que, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, un produit de son facteur d’antenne par la densité de la tension de bruit en sortie de l’antenne active est petit. Par conséquent, l’antenne active est une solution du premier problème et du second problème décrits ci-dessus dans la section sur l’état de la technique antérieure.Therefore, the use of the linear passive filter did not lead the designer to reduce the size of the shielded frame. Thus, the active antenna has a shielded frame, the active antenna has an antenna factor which is substantially independent of frequency in the known frequency band, the active antenna is not easily disturbed by a radio signal at a frequency higher than the upper bound, and the active antenna is such that, at frequencies below the upper bound, a product of its antenna factor and the density of the noise voltage at the output of the active antenna is small . Therefore, the active antenna is a solution of the first problem and the second problem described above in the prior art section.

Quatrième mode de réalisation. Fourth Embodiment .

Au titre d’un quatrième mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif, nous avons représenté sur les figures 5, 6 et 7 des dessins d’une antenne active selon l’invention pour la réception radio dans une bande de fréquence connue, la bande de fréquence connue étant la bande 9 kHz à 30 MHz, la bande de fréquence connue ayant une borne supérieure notéef _MAX et égale à 30 MHz, l’antenne active comportant :As a fourth embodiment of a device according to the invention, given by way of non-limiting example, we have represented in FIGS. 5, 6 and 7 drawings of an active antenna according to the invention for radio reception in a known frequency band, the known frequency band being the 9 kHz to 30 MHz band, the known frequency band having an upper limit denoted f _MAX and equal to 30 MHz, the active antenna comprising:

un premier élément (1), le premier élément comportant un tube (11) et une ligne de transmission (12), le tube étant un conducteur électrique appelé “le tube du premier élément”, la ligne de transmission ayant un conducteur externe et un conducteur interne, la ligne de transmission ayant une première extrémité et une seconde extrémité, le conducteur externe ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, le conducteur externe ayant une seconde extrémité à la seconde extrémité de la ligne de transmission, le conducteur interne ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, le conducteur interne ayant une seconde extrémité à la seconde extrémité de la ligne de transmission, le tube du premier élément ayant une première extrémité à la première extrémité de la ligne de transmission, la ligne de transmission étant complètement ou partiellement insérée dans le tube du premier élément, le conducteur externe n’étant, sur une portion de la longueur du tube du premier élément, pas en contact électrique avec le tube du premier élément, la première extrémité du conducteur externe étant connectée au tube du premier élément, le premier élément étant une partie d’un cadre blindé ;a first element (1), the first element comprising a tube (11) and a transmission line (12), the tube being an electrical conductor called “the tube of the first element”, the transmission line having an external conductor and a inner conductor, the transmission line having a first end and a second end, the outer conductor having a first end at the first end of the transmission line, the outer conductor having a second end at the second end of the transmission line, the inner conductor having a first end at the first end of the transmission line, the inner conductor having a second end at the second end of the transmission line, the tube of the first element having a first end at the first end of the line of transmission, the transmission line being completely or partially inserted into the tube of the first element, the outer conductor being, on a p ortion of the length of the tube of the first element, not in electrical contact with the tube of the first element, the first end of the outer conductor being connected to the tube of the first element, the first element being part of a shielded frame;

un deuxième élément (2), le deuxième élément étant un conducteur électrique, le deuxième élément ayant une première extrémité et une seconde extrémité, la première extrémité du deuxième élément étant couplée à la première extrémité du conducteur interne, le deuxième élément étant une partie du cadre blindé ;a second element (2), the second element being an electrical conductor, the second element having a first end and a second end, the first end of the second element being coupled to the first end of the inner conductor, the second element being a part of the shielded frame;

une partie appelée “base” (3), la base procurant un contact électrique entre une seconde extrémité du tube du premier élément et la seconde extrémité du deuxième élément, la base étant une partie du cadre blindé ;a part called “base” (3), the base providing electrical contact between a second end of the tube of the first element and the second end of the second element, the base being part of the shielded frame;

deux dispositifs linéaires à accès unique (4), chacun des dispositifs linéaires à accès unique étant couplé à la première extrémité de la ligne de transmission, une impédance vue par la première extrémité de la ligne de transmission étant affectée par une impédance du dit chacun des dispositifs linéaires à accès unique, le dit chacun des dispositifs linéaires à accès unique ayant, à une fréquence supérieure à ladite borne supérieure, une résistance et une réactance, la résistance étant supérieure à une valeur absolue de la réactance ;two single port linear devices (4), each of the single port linear devices being coupled to the first end of the transmission line, an impedance seen by the first end of the transmission line being affected by an impedance of said each of single port linear devices, said each of the single port linear devices having, at a frequency above said upper bound, a resistance and a reactance, the resistance being greater than an absolute value of the reactance;

un filtre passif linéaire ayant une entrée et une sortie, l’entrée du filtre passif linéaire étant couplée à la seconde extrémité de la ligne de transmission ;a linear passive filter having an input and an output, the input of the linear passive filter being coupled to the second end of the transmission line;

un amplificateur ayant une entrée et une sortie, l’entrée de l’amplificateur étant couplée à la sortie du filtre passif linéaire ; etan amplifier having an input and an output, the input of the amplifier being coupled to the output of the linear passive filter; And

Dans les figures 5, 6 et 7, les arêtes cachées et les contours cachés ne sont pas représentés, sauf le contour caché de la ligne de transmission (12) dans la . La est une vue de face de l’antenne active.In figures 5, 6 and 7, the hidden edges and the hidden contours are not shown, except the hidden contour of the transmission line (12) in the . There is a front view of the active antenna.

La base comporte un anneau de fixation (5). L’anneau de fixation est utilisé pour fixer l’antenne active sur un mât d’antenne (9). La base (3) est une boîte, la boîte contenant le filtre passif linéaire et l’amplificateur. Cette boîte peut par exemple être une boîte métallique. Ainsi, la base peut procurer un blindage du filtre passif linéaire et de l’amplificateur, c’est-à-dire un écrantage électromagnétique du filtre passif linéaire et de l’amplificateur. La est une vue de face de l’antenne active sans le couvercle de la base, et sans ses vis utilisées pour fixer le couvercle de la base à la base. La montre un ensemble électronique (6) qui comporte le filtre passif linéaire et l’amplificateur.The base has a fixing ring (5). The fixing ring is used to fix the active antenna on an antenna mast (9). The base (3) is a box, the box containing the linear passive filter and the amplifier. This box can for example be a metal box. Thus, the base can provide shielding of the linear passive filter and of the amplifier, that is to say electromagnetic screening of the linear passive filter and of the amplifier. There is a front view of the active antenna without the base cover, and without its screws used to attach the base cover to the base. There shows an electronic assembly (6) which comprises the linear passive filter and the amplifier.

La est une vue de derrière de l’antenne active, montrant un connecteur coaxial (7) qui matérialise l’accès de sortie, et un connecteur d’alimentation (8) permettant d’alimenter l’amplificateur.There is a rear view of the active antenna, showing a coaxial connector (7) which materializes the output port, and a power supply connector (8) making it possible to supply the amplifier.

Ladite borne supérieure correspond à une longueur d’onde dans le vide, égale à la vélocité de la lumière dans le vide divisée par la borne supérieure. Une somme d’une longueur de la ligne de transmission, mesurée entre sa première extrémité et sa seconde extrémité, d’une longueur du deuxième élément, mesurée entre sa première extrémité et sa seconde extrémité, et d’une longueur, mesurée sur la base, entre la seconde extrémité du tube du premier élément et la seconde extrémité du deuxième élément, est inférieure au quart de ladite longueur d’onde dans le vide. Le cadre blindé, qui est constitué du premier élément, du deuxième élément et de la base, est donc électriquement petit.Said upper bound corresponds to a wavelength in vacuum, equal to the velocity of light in vacuum divided by the upper bound. A sum of a length of the transmission line, measured between its first end and its second end, a length of the second element, measured between its first end and its second end, and a length, measured on the basis , between the second end of the tube of the first element and the second end of the second element, is less than a quarter of said wavelength in vacuum. The armored frame, which consists of the first element, the second element and the base, is therefore electrically small.

Dans ce quatrième mode de réalisation, la ligne de transmission est une ligne de transmission coaxiale dont l’impédance caractéristique est voisine de 75 ohms à 100 MHz. La ligne de transmission peut par exemple être un câble coaxial rigide ou semi-rigide, convenablement courbé. La ligne de transmission peut par exemple être un câble coaxial flexible. La ligne de transmission coaxiale peut par exemple comporter un conducteur central, un diélectrique entourant le conducteur central, une tresse métallique entourant le diélectrique, et une gaine isolante entourant la tresse métallique, ledit conducteur interne étant le conducteur central, ledit conducteur externe étant la tresse métallique.In this fourth embodiment, the transmission line is a coaxial transmission line whose characteristic impedance is close to 75 ohms at 100 MHz. The transmission line can for example be a rigid or semi-rigid coaxial cable, suitably bent. The transmission line can for example be a flexible coaxial cable. The coaxial transmission line may for example comprise a central conductor, a dielectric surrounding the central conductor, a metal braid surrounding the dielectric, and an insulating sheath surrounding the metal braid, said internal conductor being the central conductor, said external conductor being the braid metallic.

Dans ce quatrième mode de réalisation, le tube du premier élément est un tube métallique rigide, une section droite du tube métallique rigide étant circulaire et creuse. Le conducteur externe est connecté au tube du premier élément, à la première extrémité du tube du premier élément et à la seconde extrémité du tube du premier élément, mais le conducteur externe n’est nulle part ailleurs en contact électrique avec le tube du premier élément.In this fourth embodiment, the tube of the first element is a rigid metal tube, a cross section of the rigid metal tube being circular and hollow. The outer conductor is connected to the tube of the first element, the first end of the tube of the first element and the second end of the tube of the first element, but the outer conductor is nowhere else in electrical contact with the tube of the first element .

Le deuxième élément peut par exemple comporter une barre métallique rigide, la barre métallique rigide ayant une section droite circulaire, de même diamètre que le tube du premier élément, la barre métallique rigide étant courbée. Le deuxième élément peut par exemple comporter un tube métallique rigide, le tube métallique rigide ayant une section droite circulaire, de même diamètre que le tube du premier élément, le tube métallique rigide étant courbé.The second element may for example comprise a rigid metal bar, the rigid metal bar having a circular cross section, of the same diameter as the tube of the first element, the rigid metal bar being curved. The second element may for example comprise a rigid metal tube, the rigid metal tube having a circular cross section, of the same diameter as the tube of the first element, the rigid metal tube being curved.

L’amplificateur est un amplificateur à transimpédance ou un amplificateur à transrésistance, tels que définis ci-dessus dans la section sur l’état de la technique antérieure. Ainsi, l’amplificateur a une impédance d’entrée, un module de l’impédance d’entrée étant très petit à toute fréquence dans la bande de fréquence connue, et l’amplificateur est tel que, lorsque l’accès de sortie est couplé à une charge convenable, une tension aux bornes de l’accès de sortie est égale au produit d’un courant d’entrée de l’amplificateur multiplié par une transimpédance, un module de la transimpédance étant sensiblement constant dans la bande de fréquence connue.The amplifier is a transimpedance amplifier or a transresistance amplifier, as defined above in the prior art section. Thus the amplifier has an input impedance, a modulus of the input impedance being very small at any frequency in the known frequency band, and the amplifier is such that when the output port is coupled at a suitable load, a voltage across the terminals of the output port is equal to the product of an input current of the amplifier multiplied by a transimpedance, a modulus of the transimpedance being substantially constant in the known frequency band.

Chacun des dispositifs linéaires à accès unique est une résistance de 150 ohms. Ainsi, du courant continu à 5f _MAX , chacun des dispositifs linéaires à accès unique se comporte sensiblement comme une résistance de 150 ohms idéale. Par conséquent, chacun des dispositifs linéaires à accès unique a, à une fréquence supérieure à ladite borne supérieure, une résistance et une réactance, la résistance étant supérieure à une valeur absolue de la réactance. Le spécialiste comprend que deux résistances de 150 ohms connectées en parallèle comme montré sur la présentent une inductance parasite plus faible qu’une seule résistance de 75 ohms.Each of the single port linear devices is a 150 ohm resistor. Thus, from DC to 5 f _MAX , each of the single port linear devices behaves much like an ideal 150 ohm resistor. Accordingly, each of the single port linear devices has, at a frequency above said upper bound, a resistance and a reactance, the resistance being greater than an absolute value of the reactance. The specialist understands that two 150 ohm resistors connected in parallel as shown in the have lower parasitic inductance than a single 75 ohm resistor.

Nous voyons que les dispositifs linéaires à accès unique présentent à la première extrémité de la ligne de transmission, à une fréquence supérieure à ladite borne supérieure, une impédance dont la partie réelle est comprise entre la moitié et le double de la partie réelle d’une impédance caractéristique de la ligne de transmission.We see that single-port linear devices present at the first end of the transmission line, at a frequency higher than said upper limit, an impedance whose real part is between half and twice the real part of a characteristic impedance of the transmission line.

Le cadre blindé et les dispositifs linéaires à accès unique forment une antenne passive. Des simulations montrent que les caractéristiques du cadre blindé et des dispositifs linéaires à accès unique interagissent de façon telle que, dans une très large bande de fréquence, un module du rapport de l’impédance de ladite antenne passive sur une longueur effective de ladite antenne passive est sensiblement indépendant de la fréquence ; et de façon telle que, de fMAX /3 à 5 fMAX , l’impédance de ladite antenne passive a un module approximativement voisin de 75 ohms, et est approximativement une résistance. Plus précisément, la est un graphique montrant le module de l’impédance de ladite antenne passive, en fonction de la fréquence. La montre que, de fMAX /3 = 10 MHz à 5 fMAX = 150 MHz, l’impédance de ladite antenne passive a un module approximativement voisin de 75 ohms. Le spécialiste comprend que les caractéristiques de ladite antenne passive et de l’amplificateur interagissent de façon telle que les dispositifs linéaires à accès unique augmentent la borne supérieure de la bande de fréquence sur laquelle le facteur d’antenne de l’antenne active est sensiblement indépendant de la fréquence, et qu’il a été possible d’obtenir que le filtre passif linéaire soit un filtre passe-bas qui atténue efficacement les fréquences supérieures à 2 fMAX , et qui n’introduit pas de variations indésirables du facteur d’antenne en fonction de la fréquence, aux fréquences inférieures ou égales à fMAX.The shielded frame and single port linear devices form a passive antenna. Simulations show that the characteristics of the shielded frame and the single port linear devices interact such that, in a very wide frequency band, a modulus of the ratio of the impedance of said passive antenna to an effective length of said passive antenna is substantially independent of frequency; and in such a way that, from fMAX /3 to 5 fMAX , the impedance of said passive antenna has a module approximately close to 75 ohms, and is approximately a resistance. More specifically, the is a graph showing the modulus of the impedance of said passive antenna, as a function of frequency. There shows that, from fMAX /3 = 10 MHz to fMAX = 150 MHz, the impedance of said passive antenna has a module approximately close to 75 ohms. The specialist understands that the characteristics of said passive antenna and of the amplifier interact in such a way that the single-port linear devices increase the upper limit of the frequency band on which the antenna factor of the active antenna is substantially independent of the frequency, and that it has been possible to obtain that the linear passive filter is a low-pass filter which effectively attenuates the frequencies higher than 2 fMAX , and which does not introduce undesirable variations of the antenna factor in as a function of frequency, at frequencies less than or equal to fMAX.

Ainsi, l’antenne active comporte un cadre blindé, l’antenne active a un facteur d’antenne qui est sensiblement indépendant de la fréquence dans la bande de fréquence connue, l’antenne active n’est pas facilement perturbée par un signal radio à une fréquence supérieure à la borne supérieure, et l’antenne active est telle que, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, un produit de son facteur d’antenne par la densité de la tension de bruit en sortie de l’antenne active est petit.Thus, the active antenna has a shielded frame, the active antenna has an antenna factor which is substantially independent of frequency in the known frequency band, the active antenna is not easily disturbed by a radio signal at a frequency higher than the upper bound, and the active antenna is such that, at frequencies below the upper bound, a product of its antenna factor and the density of the noise voltage at the output of the active antenna is small .

Il est intéressant d’observer que les antennes actives montrées sur la et la sont basées sur le même cadre, c’est-à-dire : le conducteur externe de la est le même que le tube du premier élément de la ; les deuxièmes éléments sont les mêmes dans la et dans la ; et les bases sont les mêmes dans la et dans la . Ainsi, le spécialiste comprend que la différence frappante entre la et la est causée par l’interaction entre le cadre blindé et les dispositifs linéaires à accès unique.It is interesting to observe that the active antennas shown on the and the are based on the same frame, i.e.: the outer conductor of the is the same as the tube of the first element of the ; the second elements are the same in the and in the ; and the bases are the same in the and in the . Thus, the specialist understands that the striking difference between the and the is caused by the interaction between the shielded frame and the single port linear devices.

Si le facteur d’antenne est le rapport de l’intensité du champ électrique d’une onde plane incidente sur la tension développée par l’antenne active aux bornes d’une impédance spécifiée, le facteur d’antenne s’exprime en inverse de mètre. Le spécialiste comprend que le produit de ce facteur d’antenne exprimé en inverse de mètre et d’une densité de la tension de bruit en sortie de l’antenne active exprimée en volt efficace par racine carrée de hertz est une densité de champ électrique équivalent au bruit, exprimée en volt efficace par mètre par racine carrée de hertz. Ainsi, l’antenne active a, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, une petite densité de champ électrique équivalent au bruit, exprimée en volt efficace par mètre par racine carrée de hertz. De même, si le facteur d’antenne est le rapport de l’intensité du champ magnétique d’une onde plane incidente sur la tension développée par l’antenne active aux bornes d’une impédance spécifiée, le facteur d’antenne s’exprime en siemens par mètre. L’antenne active a donc, aux fréquences inférieures à la borne supérieure, une petite densité de champ magnétique équivalent au bruit, exprimée en ampère efficace par mètre par racine carrée de hertz.If the antenna factor is the ratio of the electric field strength of an incident plane wave to the voltage developed by the active antenna across a specified impedance, the antenna factor is expressed as the reciprocal of metre. The specialist understands that the product of this antenna factor expressed as the inverse of a meter and of a density of the noise voltage at the output of the active antenna expressed in effective volts per square root of hertz is an equivalent electric field density to noise, expressed in volts effective per meter per square root of hertz. Thus, the active antenna has, at frequencies below the upper bound, a small electric field density equivalent to noise, expressed in effective volts per meter per square root of hertz. Similarly, if the antenna factor is the ratio of the magnetic field strength of an incident plane wave to the voltage developed by the active antenna across a specified impedance, the antenna factor is expressed as in siemens per meter. The active antenna therefore has, at frequencies below the upper bound, a small magnetic field density equivalent to noise, expressed in effective amperes per meter per square root of hertz.

Le spécialiste comprend que l’antenne active est une solution du premier problème et du second problème décrits ci-dessus dans la section sur l’état de la technique antérieure, et que l’antenne active a des caractéristiques idéales pour effectuer des mesures précises de champs électromagnétiques.The specialist understands that the active antenna is a solution of the first problem and the second problem described above in the section on the state of the prior art, and that the active antenna has ideal characteristics for making precise measurements of electromagnetic fields.

INDICATIONS SUR LES APPLICATIONS INDUSTRIELLESINDUSTRIAL APPLICATION INDICATIONS

La sortie de l’antenne active selon l’invention peut par exemple être connectée à une extrémité d’une liaison d’antenne, la liaison d’antenne ayant une autre extrémité qui est couplée à un récepteur de communication radio, un récepteur de mesure, ou un analyseur de spectre. L’antenne active selon l’invention est particulièrement adaptée aux mesures de champs électromagnétiques, et à la radiogoniométrie.The output of the active antenna according to the invention can for example be connected to one end of an antenna link, the antenna link having another end which is coupled to a radio communication receiver, a measuring receiver , or a spectrum analyzer. The active antenna according to the invention is particularly suitable for measurements of electromagnetic fields, and for direction finding.

L’antenne active selon l’invention peut aussi comporter d’autres dispositifs, par exemple un dispositif indiquant quand le niveau des signaux appliqués à l’amplificateur produit, ou risque de produire, un fonctionnement non linéaire, conduisant par exemple à une saturation ou surcharge en sortie.The active antenna according to the invention can also comprise other devices, for example a device indicating when the level of the signals applied to the amplifier produces, or risks producing, non-linear operation, leading for example to saturation or output overload.

Claims

Active antenna for radio reception in a known frequency band, the known frequency band having an upper limit, the active antenna comprising:
a first element (1), the first element comprising a “first element tube” (11) and a transmission line (12), the first element tube being an electrical conductor having a length, the transmission line having a conductor outer conductor and an inner conductor, the transmission line having a first end (101), a second end and a length, the outer conductor having a first end at the first end of the transmission line, the outer conductor having a second end at the second end of the transmission line, the inner conductor having a first end at the first end of the transmission line, the inner conductor having a second end at the second end of the transmission line, at least a portion of the length of the transmission line located in the tube of the first element, the outer conductor being, over a portion of the length of the tube of the first element, not in co electrical contact with the tube of the first element, the first end of the outer conductor being connected to the tube of the first element, the first element being part of a shielded frame;
a second element (2), the second element being an electrical conductor, the second element having a first end (201) and a second end, the first end of the second element being coupled to the first end of the inner conductor, the second element being part of the armored frame;
at least one single port linear device (4), said at least one single port linear device being coupled to the first end of the transmission line, an impedance seen by the first end of the transmission line being affected by a impedance of said at least one single port linear device, said at least one single port linear device having, at a frequency above said upper bound, a resistance and a reactance, the resistance being greater than an absolute value of the reactance ;
an amplifier having an input and an output, the amplifier input being directly or indirectly coupled to the second end of the transmission line; And
an output port, the output port being coupled to the output of the amplifier.

An active antenna according to claim 1, wherein the tube of the first element has a first end at the first end of the transmission line, the first end of the outer conductor being connected to the first end of the tube of the first element.

Active antenna according to claim 2, further comprising a part called "base" (3), the base providing electrical contact between a second end of the tube of the first element and the second end of the second element, the base being a box, the box containing the amplifier.

An active antenna according to claim 2, further comprising a linear passive filter having an input and an output, the input of the linear passive filter being coupled to the second end of the transmission line, the input of the amplifier being coupled to the output of the linear passive filter.

Active antenna according to claim 4, further comprising a part called "base" (3), the base providing electrical contact between a second end of the tube of the first element and the second end of the second element, the base being a box, the box containing the linear passive filter and the amplifier.

An active antenna according to claim 5, wherein the base provides electromagnetic shielding of the linear passive filter and the amplifier.

Active antenna according to any one of Claims 3, 5 or 6, in which the upper limit corresponds to a wavelength in vacuum, equal to the velocity of light in vacuum divided by the upper limit, a sum of 'a length of the transmission line, measured between its first end and its second end, a length of the second element, measured between its first end and its second end, and a length, measured on the base, between the second end of the tube of the first element and the second end of the second element, being less than a quarter of said wavelength in vacuum.

Active antenna according to any one of claims 1 to 7, in which the amplifier is a transimpedance amplifier or a transresistance amplifier.

An active antenna according to any of claims 1 to 8, wherein at least one of the single port linear devices is a resistor.

Active antenna according to any one of claims 1 to 9, in which the second element comprises a rigid metal tube.