Ensemble rayonnant à deux antennes superposées travaillant dans une même gamme de fréquences

Abstract

 Ensemble rayonnant de deux antennes omnidirectionnelles travaillant dans la même gamme de fréquences, l'une en émission l'autre en réception.
L'ensemble comporte deux antennes à quatre dipôles chacune; ces antennes sont superposées (1,2) et entourées par un même radome (4) sur lequel elles sont fixées par leurs dipôles (11,13,14, 21, 23, 24); ce radome leur sert de support. A chaque antenne est associé, à equidistance des dipôles de l'antenne, un élément de raccordement (5, 6) constitué d'une boite de jonction et d'un coupleur à 3 dB avec sa charge d'équilibrage; chaque antenne est alimentée par un câble coaxial unique (10, 20) qui arrive au niveau de l'antenne (1, 2) pour assurer son branchement; l'alimentation des quatre dipôles de chaque antenne se fait grâce à l'élément de raccordement branché entre le câble et l'antenne.
Application, en particulier, aux stations VHF et UHF.

Description

[0001] La présente invention se rapporte à un ensemble rayonnant comportant deux antennes superposées, travaillant dans une même gamme de fréquences, dont l'une est émettrice et l'autre réceptrice, chaque antenne comportant quatre dipôles verticaux disposés selon les sommets d'un carré et étant associée à un coupleur à 3 dB sur un premier accès duquel est branché un câble d'alimentation, et à une boîte de jonction pour coupler un deuxième et un troisième accès conjugués du coupleur aux dipôles de l'antenne considérée.

[0002] De tels ensembles rayonnants sont connus où les dipôles des antennes sont disposés autour d'un mât cylindrique creux qui sert de support aux antennes et à travers lequel passent les câbles reliant la boîte de jonction, située avec le coupleur au pied du mât, aux dipôles situés au haut du mât. Ces ensembles connus comportent quatre câbles par antenne pour relier les dipôles de l'antenne considérée à sa boîte de jonction, et les connexions des extrémités des câbles se font par fiches coaxiales ; au niveau de ces fiches coaxiales, et principalement de celles qui sont fixées au mât et servent à brancher les dipôles, les liaisons mécaniques mât- dipôles amènent des risques d'intermodulation pour l'antenne émission ; de plus le mât support, de par sa présence, diminue le découplage entre les deux antennes.

[0003] La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. L'invention, telle qu'elle est caractérisée dans les revendications, propose pour cela de remplacer le mât par un radome support et de disposer la boîte de jonction et le coupleur à 3 dB de chaque antenne au niveau de cette antenne. Ceci a l'avantage de ne plus nécessiter qu'un nombre très réduit de fiches étant donné que, par rapport à l'art antérieur dont il a été question plus haut, les câbles entre l'antenne et la boîte de jonction sont remplacés par des conducteurs très courts qui peuvent être soudés ; il en résulte donc une réduction importante des risques d'intermodulation. Par ailleurs la suppression du mât métallique favorise le découplage entre les deux antennes.

[0004] La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent :

- la figure 1 une vue schématique en coupe d'un ensemble rayonnant selon l'invention,

- la figure 2, une vue schématique des deux antennes de l'ensemble rayonnant selon la figure 1,

- la figure 3, une vue détaillée d'une des deux antennes de la figure 2,

- la figure 4, une vue schématique partielle de l'ensemble rayonnant selon l'invention, montrant comment il est assemblé.

[0005] Dans le but de faciliter la compréhension de l'assemblage des différentes pièces constitutives de l'ensemble rayonnant qui va être décrit, les rapports entre les dimensions de ces différentes pièces ne sont pas respectés sur les figures, en particulier en ce qui concerne les pièces qui seront désignées par les repères 50 et 60 ; mais, à l'intérieur de la description, les dimensions réelles seront indiquées.

[0006] La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un ensemble rayonnant selon l'invention. Cet ensemble comporte un pylone 3 dont l'extrémité inférieure repose sur le sol, T. Sur ce pylône est placé un radome rigide 4 à l'intérieur duquel sont fixées l'une au-dessus de l'autre deux antennes, l'une émettrice, 2, et l'autre réceptrice, 1. Le radome est constitué par un cylindre creux fermé à son extrémité supérieure ; ce radome sera décrit plus en détail à l'aide de la figure 4. Les antennes 1 et 2 sont fixées à la paroi du radome ; ce sont deux antennes VHF fonctionnant dans la bande de fréquences allant de 108 à 156 MHz. Chacune de ces deux antennes comporte quatre dipôles verticaux disposés en carré; sur la figure 1 n'apparaissent que trois de ces dipôles par antenne : les dipôles 11, 14 et 13 pour l'antenne 1 et les dipôles 21, 24 et 23 pour l'antenne 2. L'alimentation de chacune des deux antennes est assurée par un simple câble 10, 20 qui est relié à l'antenne à travers un élément de raccordement 5, 6 dont les différentes parties seront décrites à l'aide de la figure 3.

[0007] La figure 2 montre, en vue dans l'espace schématique, la disposition des deux antennes 1, 2. Ces deux antennes sont identiques et se déduisent l'une de l'autre par une translation de longueur 1,3 À (À : longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la gamme de fréquences dans laquelle travaillent les deux antennes) le long d'un axe vertical XX qui passe par le centre de chaque antenne. L'antenne 1, par exemple, comporte quatre dipôles 11 à 14 disposés selon les quatre sommets d'un carré ABCD ; ces dipôles ont une hauteur égale à X/2 et présentent, à chacune de leurs extrémités, une partie recourbée, horizontale, dirigée vers l'axe XX et de longueur sensiblement égale à À/20. Les diagonales du carré ABCD ont une longueur d'environ À/2,5. Comme cela apparaîtra sur la figure 3, les éléments de raccordement 5 et 6 sont réalisés de manière à assurer l'alimentation des dipôles de chaque antenne avec des déphasages de 0,90, 180, 270°, les dipôles des côtés opposés du carré étant alimentés avec des déphasages de 180° l'un par rapport à l'autre.

[0008] La figure 3 est une représentation détaillée de l'antenne 1 des figures 1 et 2, étant entendu que l'antenne 2 est identique à l'antenne 1, ce qui sera dit, à l'occasion de la figure 3, sera valable aussi pour l'antenne 2. Comme le montre la figure 3 l'élément de raccordement 5 comporte une boîte de jonction 50, un coupleur à 3 dB, 51, et une charge d'équilibrage 52. La boîte de jonction 50 est constituée par un cube métallique, d'arête environ égale à

(ce cube est donc représenté très grossi) ; l'axe XX traverse ce cube en passant par les milieux de deux de ses faces opposées. Ce cube est percé de part en part d'un trou, 50a, de forme cylindrique et d'axe XX ; le câble d'alimentation 10 arrive par la face inférieure du cube à l'entrée du trou 50a, son conducteur extérieur est soudé sur le cube tandis que son conducteur intérieur traverse le trou 50a pour déboucher sur la face supérieure du cube et être raccordé au premier accès du coupleur à 3 db, 51 ; sur l'accès conjugué du premier accès du coupleur à 3 dB est branchée la charge d'équilibrage 52. Les deux autres accès conjugués du coupleur à 3 dB présentent donc, dans la gamme des fréquences de travail de l'antenne, un déphasage de 90° entre leurs signaux respectifs ; l'un de ces accès indiqué 0° est relié à un conducteur qui pénètre dans un trou 50e cylindrique, parallèle au trou 50a. Ce trou 50e débouche dans un autre trou cylindrique 50b percé perpendiculairement à lui et dirigé vers les dipôles 11 et 13. Le conducteur relié à l'accès 0° du coupleur à 3 dB et qui pénétrait dans le trou 50e, se divise en deux pour aller alimenter respectivement les dipôles 11 et 13 en formant le conducteur intérieur d'un câble coaxial dont le conducteur extérieur est d'abord la paroi d'un trou 50b, puis, à partir de chacune des extrémités de ce trou, un conducteur cylindrique creux qui est soudé sur la boîte de jonction. Pour le dipôle 11 le conducteur intérieur de ce câble coaxial est relié électriquement à la partie inférieure du dipôle ; cette partie inférieure comporte un pied, llc, soudé sur la boîte de jonction et un élément vertical 11b de longueur λ/4 terminé par un élément horizontal, 11e, dirigé vers l'axe XX et qui, comme il a été indiqué à l'occasion de la description de la figure 2, a une longueur d'environ λ/20. Le conducteur extérieur du câble coaxial provenant de la boîte de jonction 5 et alimentant le dipôle 11, est relié à la partie supérieure de ce dipôle ; cette partie supérieure est constituée d'un élément vertical, lla, de longueur égale à À/4 et d'un élément horizontal, 11d, placé à son extrémité supérieure et de longueur égale à X/20. Le raccordement du dipôle 13 au câble coaxial provenant de la boîte de jonction 50 est un raccordement croisé par rapport au raccordement du dipôle 11, c'est-à-dire que le conducteur intérieur du câble coaxial est relié à la partie supérieure du dipôle et non plus à la partie inférieure et que c'est le conducteur extérieur du câble coaxial de raccordement qui est relié électriquement à la partie inférieure du dipôle ; dans ce dipôle 13 la partie inférieure reliée au câble coaxial de raccordement comporte un élément vertical de longueur égale à λ/4, terminé par un élément horizontal tourné vers l'axe XX de longueur égale sensiblement à λ/20 ; quant à la partie supérieure du dipôle 13 elle est constituée par un élément vertical de longueur X/4 prolongé horizontalement, en direction de l'axe XX, par un élément de longueur sensiblement égale à λ/20 ; un pied cylindrique creux relie la partie supérieure du dipôle 13 à la boîte de jonction 50.

[0009] De la même façon l'accès conjugué de l'accès indiqué 0° et qui est marqué -90°, est relié, par un conducteur qui traverse la boîte de jonction 50, aux dipôles 12 et 14. La connexion sur ces dipôles se fait de la même façon que pour les dipôles 11 et 13, c'est-à-dire que le conducteur provenant du coupleur traverse un trou 50d parallèle au trou 50e puis se divise en T dans un trou 50c pour être relié électriquement à la partie supérieure du dipôle 12 et à la partie inférieure du dipôle 14 ; un conducteur extérieur entoure ce conducteur provenant de l'accès -90° du coupleur 51, il est constitué par les parois des trous 50d et 50c et par des cylindres creux prolongeant le trou 50c en direction des dipôles 12 et 14 ; ce conducteur extérieur est relié électriquement à la partie inférieure du dipôle 12 et à la partie supérieure du dipôle 14.

[0010] Il est à noter que les conducteurs intérieurs des trous percés dans la boîte de jonction sont isolés électriquement des parois de ces trous et sont également isolés des conducteurs extérieurs par lesquels ils sortent de la boîte de jonction et sont réalisés de manière à constituer ainsi des lignes coaxiales d'impédance caractéristique égale à 50 ohms pour les trous 50a, 50d et 50e et d'environ 100 ohms pour les trous 50b et 50c.

[0011] Pour ce qui est de la charge d'équilibrage 52 il s'agit d'une résistance de 50 ohms, branchée entre l'accès du coupleur 51 conjugué du premier accès auquel aboutit le câble 10 et la masse de l'antenne prise en un point de la boîte de jonction 50. Quant au coupleur 51 il s'agit d'un coupleur classique consitué par deux lignes en U couplées entre elles et ayant chacune une longueur de X/4.

[0012] Cette réalisation selon la figure 3 ne nécessite que deux fiches coaxiales de raccordement : une fiche de raccordement du câble 10 et une fiche de raccordement de la charge d'équilibrage 52, l'ensemble des autres raccordements se faisant soit par soudure, soit, pour les raccordements en forme de T des câbles coaxiaux à l'intérieur de la boîte de jonction, par vissage du conducteur vertical du T dans le conducteur horizontal du T ; ce nombre réduit de fiches coaxiales de raccordement assure un minimum de risque d'intermodulation pour l'antenne émission qui est identique à l'antenne 1.

[0013] Par ailleurs cette réalisation symétrique des éléments de la figure 3 assure un diagramme de rayonnement omnidirectionnel en azimut pour chacune des deux antennes. Les parties horizontales de longueur sensiblement égale à X/20 disposées aux extrémités des dipôles permettent de donner aux antennes un diagramme de rayonnement en site qui ne comporte pas d'annulation au voisinage de la verticale c'est-à-dire selon l'axe XX.

[0014] Sur la figure 3 apparaissent des trous filetés, tels que 15, qui sont percés dans les éléments verticaux des dipôles ; ces trous filetés sont destinés à la fixation de l'antenne et cette fixation va être décrite à l'aide de la figure 4.

[0015] La figure 4 est une vue partielle permettant d'expliquer le montage des antennes à l'intérieur du radome 4. Ce radome 4 est constitué de deux demi-coques 40, 41 prévues pour être assemblées bord à bord à l'aide de vis. Chacune des deux antennes 1, 2 est d'abord assemblée avec son élément de raccordement 5, 6 constitué, comme il a été vu à l'aide de la figure précédente, d'une boîte de jonction, d'un coupleur à 3 dB et d'une charge d'équilibrage. Dans cet assemblage la boîte de jonction constitue l'élément central sur lequel sont raccordés d'une part les dipôles de l'antenne et d'autre part le coupleur, la charge d'équilibrage et le câble d'alimentation. Si l'on considère l'antenne 1, les dipôles 11 et 12 sont alors fixés sur la paroi de la demi-coque 40 où des trous sont prévus à cet effet pour une fixation par vis. Les demi-coques 40 et 41 sont alors amenées en contact ; ces demi-coques comportent des lèvres sur leur bord ; quand ces demi-coques sont réunies, leurs lèvres viennent en contact et des vis réalisent une liaison mécanique entre ces lèvres. Des trous percés à cet effet dans les dipôles 13 et 14 et dans la demi-coque 41 permettent alors la fixation par vis de ces dipôles 13 et 14 sur la demi-coque 41.

[0016] L'ensemble rayonnant qui a servi d'exemple à la description qui précède est un ensemble rayonnant destiné à une station VHF fonctionnant de 108 à 156 MHz ; il présente une hauteur totale de 5 m environ et un diamètre de l'ordre de 1 m au niveau du radome. Dans cette réalisation le découplage entre l'antenne émettrice et l'antenne réceptrice est supérieur à 55 dB ; quant au diagramme de rayonnement en site il ne comporte pas d'annulation au voisinage de la verticale (axe XX) mais une valeur de champ qui est de l'ordre de -20 dB par rapport au champ maximum, ceci étant dû aux éléments horizontaux, tels que lld, Ile, situés aux extrémités des dipôles.

[0017] Dans la réalisation ayant servi d'exemple à la description le radome 4 est réalisé en stratifié de polyester et a une épaisseur qui va en augmentant vers sa base pour atteindre à cet endroit une valeur 15 mm.

[0018] La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit c'est ainsi que, par exemple, les éléments horizontaux terminant les dipôles peuvent être supprimés dans la mesure où le diagramme de rayonnement en site des antennes peut comporter une annulation au voisinage de la verticale de l'antenne. De même les boîtes de jonction peuvent ne pas être réalisées sous la forme de cubes mais sous la forme de cylindre ou de sphère ; il suffit que ces boîtes de jonction présentent une symétrie par rapport à l'axe XX, de manière que le diagramme de rayonnement en azimut des antennes reste omnidirectionnel. Les boîtes de jonction 5, 6 peuvent même être constituées par de simples boîtes fermées à l'intérieur desquelles passent les conducteurs coaxiaux nécessaires aux liaisons entre les sorties des coupleurs directifs et les dipôles de l'antenne.

[0019] Il est à noter également que les dipôles minces qui ont été décrits à l'aide des figures peuvent être remplacés par des dipôles beaucoup plus épais, de formes diverses, afin d'augmenter la largeur de bande de l'antenne.

[0020] La présente invention est destinée, en particulier, aux ensembles rayonnants des stations VHF et UHF.

Revendications

1. Ensemble rayonnant comportant deux antennes superposées (1, 2) d'axe vertical XX, dont l'une est émettrice (2) et l'autre réceptrice (1), les deux antennes étant destinées à travailler dans une même gamme de fréquences et comportant chacune quatre dipôles verticaux (11-14, 21-24), disposés selon les sommets d'un carré (A, B, C, D), et dans lequel, à chaque antenne est associé un coupleur à 3 dB (51) dont un premier accès est relié à un câble d'alimentation et une boîte de jonction (50) pour coupler un deuxième et un troisième accès conjugués du coupleur aux dipôles de l'antenne considérée, caractérisé en ce que, pour chaque antenne, le coupleur et la boîte de jonction associés à cette antenne sont disposés au niveau de cette antenne, sensiblement selon l'axe XX, et les dipôles sont fixés sur la boîte de jonction et en ce qu'un radome cylindrique, vertical (4) auquel sont fixés les dipôles, constitue le support des deux antennes.

2. Ensemble rayonnant selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dipôle (11-14, 21-24) a une hauteur d'environ λ/2 (X : longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la gamme de fréquences) et en ce que la distance entre les deux antennes est d'environ λ.

3. Ensemble rayonnant selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dipôles (11-14, 21-24) sont recourbés à chacune de leurs extrémités pour présenter un élément horizontal (lld, Ile) dirigé vers l'axe XX.

4. Ensemble rayonnant selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour avoir selon l'axe XX un champ de l'ordre de - 20 dB par rapport au champ maximum, la longueur de l'élément horizontal des dipôles est de l'ordre de λ/20.

5. Ensemble rayonnant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte de jonction (50) est un bloc métallique sensiblement symétrique par rapport à l'axe XX et à travers lequel passent les connexions entre le coupleur et l'antenne y associée.

Dessins