[0001] La présente invention a pour objet une antenne colinéaire du type coaxial alterné.
[0002] De telles antennes ont déjà été décrites notamment dans le brevet US 2 158 376 dont
une figure a été reproduite comme figure 1 annexée.
[0003] L'antenne est constituée par une suite de dipôles D1, D2, D3, etc. raccordés entre
eux par des systèmes déphaseurs DF1, DF2, etc. Plus précisément, chaque dipôle D1
est constitué par un élément de tube conducteur 10 et l'antenne comporte en outre
deux éléments conducteurs rectilignes parallèles 12 et 14. Les cylindres conducteurs
10, 12, 14, etc., constituant les dipôles D1, D2, D3 sont alternativement soudés sur
un des conducteurs 12 et 14 et entourent l'autre conducteur. Par exemple, le dipôle
D1 est constitué par l'élément cylindrique 10 coaxial à l'élément conducteur 14 et
soudé sur l'élément conducteur 12. Les éléments déphaseurs DF consistent dans le fait
qu'un même élément conducteur 12, 14 passe d'une position où il est soudé sur l'élément
conducteur cylindrique à une position dans laquelle il est disposé selon l'axe de
l'élément conducteur cylindrique suivant. Ce changement de disposition correspond
sensiblement à un déphasage de λ/2. On obtient donc ainsi globalement une addition
des courants circulant dans les portions des conducteurs 12 et 14 correspondant aux
différents dipôles. Cependant, la position alternée des cylindres conducteurs, par
rapport aux deux éléments rectilignes conducteurs fait que le diagramme de rayonnement
de l'ensemble de l'antenne n'est pas symétrique, et l'antenne n'est donc pas omnidirectionnelle.
[0004] Un autre inconvénient de l'antenne décrite dans le brevet américain mentionné ci-dessus
réside dans le fait que chaque dipôle est constitué par l'élément conducteur cylindrique
et le conducteur linéaire disposé selon l'axe de ce cylindre. Il résulte de cette
configuration que la longueur physique du tube cylindrique ne correspond pas à la
longueur rayonnante de celui-ci. L'antenne n'est donc pas convenablement accordée
sur la fréquence de travail de celle-ci.
[0005] Un objet de la présente invention est de fournir une antenne colinéaire du type coaxial
alterné qui permette d'obtenir une distribution de courant sur l'antenne telle que
le diagramme de rayonnement est effectivement omnidirectionnel.
[0006] Pour atteindre ce but selon l'invention, une antenne du type colinéaire est caractérisée
en ce qu'elle comprend une partie rayonnante comportant :
- trois éléments filaires conducteurs sensiblement rectilignes et parallèles entre eux,
comprenant un conducteur central et deux conducteurs latéraux ; et
- 2N zones rayonnantes constituées par une alternance de premières zones rayonnantes
et de deuxièmes zones rayonnantes :
.. chaque première zone rayonnante comprenant en outre un élément conducteur cylindrique
dont l'axe est confondu avec ledit élément filaire central et qui est relié électriquement
auxdits deux éléments filaires latéraux ;
.. chaque deuxième zone rayonnante comprenant en outre deux éléments conducteurs cylindriques
dont les axes sont respectivement sensiblement confondus avec les éléments filaires
latéraux, lesdits éléments cylindriques étant reliés électriquement audit élément
filaire central ; un espace étant laissé entre deux zones rayonnantes consécutives.
[0007] On comprend en effet que, grâce au fait que les dipôles successifs sont constitués
par des éléments rayonnants formés à partir d'un élément cylindrique conducteur et
de deux éléments cylindriques conducteurs et que, de plus, l'antenne comporte trois
éléments conducteurs linéaires, la structure de l'antenne est symétrique et le champ
électrique rayonné l'est donc également.
[0008] Chaque élément cylindrique de longueur I comprend intérieurement un disque en un
matériau diélectrique de coefficient ε, orthogonal à l'élément filaire, dont la longueur
I
1 selon la direction de l'élément filaire est telle que :
[0009] Grâce à la présence du disque en matériau diélectrique à l'intérieur de chaque élément
conducteur cylindrique, on peut compenser la différence qui existe entre la longueur
physique du conducteur cylindrique et sa longueur électrique en tant qu'antenne sans
pour cela rendre plus complexe la réalisation de l'antenne. On comprend de plus que
ces disques en matériau diélectrique permettent le maintien mécanique des éléments
cylindriques par rapport aux éléments filaires conducteurs rectilignes.
[0010] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture
de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés
à titre d'exemples non limitatifs.
[0011] La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles :
- la figure 1 déjà décrite montre une antenne colinéaire coaxiale alternée de type connu
;
- la figure 2 est une vue en perspective de l'ensemble de l'antenne conforme à l'invention
;
- la figure 3 est une vue en coupe verticale partielle de l'antenne selon l'invention
; et
- la figure 4 est une vue partielle montrant une zone rayonnante d'un type perfectionné.
[0012] La figure 2 montre l'ensemble de l'antenne 20. Fonctionnellement, celle-ci est constituée
par une partie rayonnante 22, une extrémité de blocage 24 opposée à la zone de connexion
du câble d'antenne 26 et à son extrémité proche de sa connexion au câble, l'antenne
comprend de préférence deux pièges à courant référencés respectivement 28 et 30.
[0013] La partie rayonnante 20 de l'antenne est constituée par une succession de zones rayonnantes
ou radiantes formées par des premières zones rayonnantes 32
1, 32
2, etc., et par des deuxièmes zones rayonnantes 34
1, 34
2, etc., les deuxièmes zones rayonnantes étant disposées en alternance avec les premières
zones rayonnantes.
[0014] Du point de vue de sa construction, la partie rayonnante 22 de l'antenne est réalisée
à partir de trois conducteurs rectilignes 36, 38 et 40 parallèles entre eux. Le conducteur
38 sera appelé conducteur linéaire central et les deux autres conducteurs seront appelés
conducteurs linéaires latéraux. Ces derniers sont équidistants du conducteur central
38. Les premières zones rayonnantes 32
1, 32
2, etc., sont constituées par deux surfaces conductrices cylindriques respectivement
référencées 42 et 44. Les deuxièmes zones rayonnantes 34
1, 34
2, etc., sont constituées par une unique surface conductrice sensiblement cylindrique
46.
[0015] En se référant maintenant à la figure 3, on va décrire plus en détail la réalisation
des premières zones rayonnantes 32
i et des deuxièmes zones rayonnantes 34
i.
[0016] La deuxième zone rayonnante 34
i est, comme on l'a déjà indiqué, constituée par un cylindre conducteur 36 dont le
diamètre d est sensiblement égal à la distance qui sépare les conducteurs rectilignes
latéraux 36 et 40. Les cylindres 46, constituant les deuxièmes zones rayonnantes,
présentent une longueur L. L'axe X-X' du cylindre 46 est confondu avec le conducteur
rectiligne central 38 alors que sa face externe 36a est soudée sur les conducteurs
latéraux 36 et 40. On établit ainsi une connexion électrique entre les cylindres 46
constituant les deuxièmes zones rayonnantes 34
i et les conducteurs latéraux 36 et 40.
[0017] Les premières zones rayonnantes 32
i sont, comme on l'a déjà indiqué, constituées par deux cylindres conducteurs 42 et
44 identiques tous les deux et de préférence identiques au cylindre 46 constituant
la deuxième zone rayonnante 34
i. Les cylindres 42 et 44 ont donc également un diamètre d et une longueur L. Chaque
cylindre 42, 44 a son axe respectivement Y-Y' et Z-Z' confondu respectivement avec
les conducteurs rectilignes latéraux 36 et 40. La face externe respectivement 44a
et 42a des cylindres conducteurs 42 et 44 est soudée sur le conducteur central 38.
On établit ainsi une connexion électrique entre les paires de cylindres 42 et 44 constituant
les premières zones rayonnantes 32
i et le conducteur central 38. La longueur L des cylindres 42, 44 et 46 correspond
à la demi-longueur d'onde λ/2.
[0018] Il faut ajouter qu'un espace, qui sera défini ultérieurement 48
i, est prévu entre les différentes zones rayonnantes 32
i et 34
i, cet espace présente une longueur e.
[0019] Du fait qu'à chaque passage d'une première zone rayonnante 32
i à une deuxième zone rayonnante 34
i, les différents conducteurs rectilignes 36, 38 et 40 passent d'une position de coaxialité
à une position de connexion au cylindre conducteur, on obtient ainsi sensiblement
un déphasage de 180° entre deux zones rayonnantes successives, ce qui permet d'obtenir
effectivement la somme des courants circulant dans chaque zone rayonnante en émission
ou en réception.
[0020] La bande passante de l'antenne est améliorée si on augmente le diamètre d des surfaces
cylindriques conductrices 42, 44 et 46. Une valeur convenable de
d est de 0,08 λ. Cependant, les déphasages dans les surfaces cylindriques conductrices
et dans les conducteurs rectilignes 36, 38 et 40 sont différents pour une même longueur
physique de conducteur. Pour compenser ces déphasages différents, selon un mode perfectionné
de réalisation de l'antenne représentée sur la figure 4, on monte à l'intérieur du
cylindre conducteur 42, 44 ou 46 un disque diélectrique 50 qui peut, par exemple,
être réalisé en Téflon. L'introduction de ce disque 50 permet de compenser la longueur
électrique dans le cylindre conducteur 42 et dans le conducteur rectiligne 40. La
longueur l' du disque diélectrique 50 selon la direction du conducteur rectiligne
40 peut être déterminée de la manière suivante. Si l'on appelle l' la longueur du
diélectrique de constante diélectrique ε et I la longueur du cylindre 42, on doit
avoir la relation.
[0021] Ainsi qu'on l'a déjà indiqué en liaison avec la figure 2, de préférence l'antenne
20 comprend également, à son extrémité 52 de raccordement au câble coaxial d'antenne
26, deux pièges à courant 28 et 30. Chaque piège à courant 28, 30 est constitué par
une surface cylindrique conductrice 54, 56 coaxiale au câble 26 et dont la longueur
L' correspond à λ/4, λ étant la longueur d'onde de travail de l'antenne. L'extrémité
inférieure 54a, 56a des cylindres 54 et 56 est raccordée à la face externe 26a du
câble coaxial 26 par une portion annulaire 58 et 60 également conductrice.
[0022] Dans un mode préféré de réalisation, l'antenne comporte N = 14 zones rayonnantes.
Les zones rayonnantes sont constituées par une ou deux surfaces conductrices cylindriques
de rapport L/d, le rapport est de l'ordre de 5.
[0023] Avec cette antenne, on obtient pour la longueur d'onde de travail de 52 mm, une bande
passante de l'ordre de 2,5 % et un gain de 10 dBiso.
[0024] Du fait de la réalisation des zones rayonnantes alternées constituées par une surface
cylindrique conductrice et deux surfaces cylindriques conductrices, l'antenne présente
globalement une symétrie géométrique par rapport au conducteur rectiligne central
38. On obtient ainsi un diagramme de rayonnement en azimut le plus omnidirectionnel
possible. En outre, la réalisation de l'antenne est simple puisqu'elle consiste dans
le soudage des surfaces cylindriques conductrices 42, 44 et 46 sur les conducteurs
électriques rectilignes 36, 38 et 40. Il faut ajouter que, dans le cas où chaque cylindre
conducteur est équipé d'un disque diélectrique, ce disque diélectrique constitue en
même temps une entretoise de maintien mécanique de la surface cylindrique conductrice
par rapport au conducteur électrique rectiligne et un centrage des ensembles tubes
cylindriques/tiges.
1. Antenne du type colinéaire
caractérisée en ce qu'elle comprend une partie rayonnante comportant :
- trois éléments filaires conducteurs sensiblement rectilignes et parallèles entre
eux, comprenant un conducteur central et deux conducteurs latéraux ;
- et 2N zones rayonnantes constituées par une alternance de premières zones rayonnantes
et de deuxièmes zones rayonnantes :
.. chaque première zone rayonnante comprenant en outre un élément conducteur cylindrique
dont l'axe est confondu avec ledit élément filaire central et qui est relié électriquement
auxdits deux éléments filaires latéraux ;
.. chaque deuxième zone rayonnante comprenant en outre deux éléments conducteurs cylindriques
dont les axes sont respectivement sensiblement confondus avec les éléments filaires
latéraux, lesdits éléments cylindriques étant reliés électriquement audit élément
filaire central ; un espace étant laissé entre deux zones rayonnantes consécutives.
2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément cylindrique résonne à la demi-longueur d'onde.
3. Antenne selon la revendication 2,
caractérisée en ce que chaque élément cylindrique de longueur I comprend intérieurement un disque en un
matériau diélectrique de coefficient ε, orthogonal à l'élément filaire, dont la longueur
I
1 selon la direction de l'élément filaire est telle que :
4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend à son extrémité de raccordement au câble d'antenne au moins un piège
à courant comprenant au moins un élément conducteur entourant ledit câble, de longueur
λ/4 et relié électriquement audit câble.
5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le rapport entre la longueur d'un élément conducteur cylindrique et son diamètre
est de l'ordre de 5.