Antenne de réception à large bande

Description

[0001] La présente invention concerne une antenne à large bande, destinée à la réception sur des longueurs d'onde allant de la gamme myriamétrique (correspondant à la bande VLF de la littérature anglo-saxonne) à la gamme décamétrique (correspondant à la bande HF de la littérature anglo-saxonne) et même métrique (correspondant à la bande VHF de la littérature anglo-saxonne).

[0002] Il existe des antennes de réception fonctionnant des ondes myriamétriques aux ondes décamétriques. Mais ces antennes sont des antennes actives, c'est-à-dire qu'elles comportent des composants actifs, non linéaires, tels que des transistors. Ces antennes actives présentent divers inconvénients :

• elles nécessitent une alimentation,
• du fait de leur relativement grande hauteur efficace, elles sont très sensibles à des brouilleurs constitués, par exemple, par une antenne émettrice voisine,
• elles présentent des non-linéarités importantes du fait des composants actifs utilisés pour l'adaptation d'impédance et, de plus, ces composants actifs génèrent un bruit important,
• elles sont très sensibles aux perturbations dues à des impulsions électromagnétiques de forte amplitude.

[0003] Le but de la présente invention est d'éviter ou, pour le moins, de réduire ces inconvénients.

[0004] Ceci est obtenu par l'association d'un aérien spécialement conçu pour présenter une large bande de fréquences d'utilisation, et de voies étudiées pour réaliser un couplage optimal entre l'aérien et les récepteurs à relier à cet aérien.

[0005] Selon la présente invention il est proposé une antenne de réception à large bande, caractérisée par la combinaison d'un aérien de type cône renversé, d'un support conducteur pour placer le sommet du cône en surélévation par rapport au sol d'une hauteur voisine de la hauteur du cône et d'un circuit d'adaptation passif comportant n voies (n: nombre entier positif) relatives respectivement à n bandes de fréquences de réception, chaque voie étant couplée à l'aérien et comportant, en série, une cellule de filtrage pour isoler sa bande de fréquences de réception et un transformateur d'adaptation d'impédance à large bande.

[0006] Il est à noter qu'il est connu, par le brevet US-A-3 701 159, de réaliser une antenne comportant un cône renversé ; la pointe de ce cône est légèrement surélevée par rapport au sol, grâce à un support, afin d'assurer une bonne isolation électrique entre le sol et la pointe du cône, là où se fait l'alimentation de l'antenne, et de faire que l'antenne résiste bien aux contraintes climatiques. Mais d'une part l'antenne qui est décrite dans ce brevet ne présente ni un support d'une hauteur voisine de celle du cône, ni un circuit d'adaptation muni de transformateurs d'adaptation à large bande ; or il s'agit là de données spécifiques à l'invention et qui conduisent à une antenne "à large bande" au sens qui est donné à ces mots dans le présent document.

[0007] 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 en perspective d'une antenne selon l'invention
• la figure 2, une vue partielle, en coupe, de l'antenne selon la figure 1,
• la figure 3, le schéma électrique de l'antenne selon la figure 1.

[0008] Sur les différentes figures les éléments correspondants ont été désignés par les mêmes repères.

[0009] La figure 1 montre une antenne selon l'invention dont l'aérien, A, comporte un cône renversé,B, surmonté d'une nappe de toit, T ; le cône repose sur un pied P.

[0010] Le cône renversé, B, de l'aérien est réalisé au moyen de huit tiges métalliques B1 à B8 régulièrement disposées selon des génératrices du cône ; le cône fait un angle de 33 degrés et les tiges qui le constituent ont une longueur de 1,50 mètres. Le choix d'un aérien du type cône renversé est dû au fait que la structure "épaisse" d'un tel aérien lui assure une ]arge bande de fonctionnement .

[0011] La nappe de toit, T, est formée de huit tiges métalliques de un mètre, disposées en étoile et fixées par des rivets sur les extrémités supérieures des tiges B1 à B8. La présence de cette nappe de toit permet d'augmenter fortement la capacité interne de l'aérien.

[0012] La rigidité du cône et de la nappe de toit est renforcée par une tige métallique verticale, D, disposée selon l'axe, non représenté, du cône ; cette tige D est fixée, à son extrémité supérieure, au centre de l'étoile formée par la nappe de toit ; la fixation, à leur extrémité inférieure, des tiges du cône renversé B et de la tige D sera précisée à l'aide de la figure 2. Il est à noter que la tige D étant entièrement disposée à l'intérieur du cône, ne participe pas à l'activité radio-électrique de l'aérien.

[0013] Le pied P comporte un cylindre métallique vertical P1, de 1,20 mètres de haut et de 18 centimètres de diamètre surmonté par un couvercle, P2, dont le rôle est d'assurer la liaison mécanique entre le cylindre et l'aérien tout en les isolant électriquement l'un de l'autre ; la constitution du couvercle P2 sera précisée à l'aide de la figure 2. La cylindre P1, dont la hauteur est de l'ordre de grandeur de celle du cône B, est fixé au sol par l'intermédiaire d'une embase métallique, P3, formée d'une plaque horizontale et de quatre équerres verticales soudées sur l'extrémité inférieure du cylindre P1. L'utilisation d'un pied, tel que le pied P, pour surélever l'aérien par rapport au sol, a été déterminée par le désir d'augmenter la hauteur effective de l'antenne, c'est-à-dire le rapport entre la tension disponible au point d'alimentation de l'antenne et le champ incident au voisinage de l'antenne.

[0014] La figure 2 est une vue partielle, dans un plan de coupe vertical passant par la tige D, du pied P et du bas de l'aérien A de l'antenne selon la figure 1. Pour des facilités de représentation une découpe, indiquée par deux lignes brisées en traits d'axe, a permis de réduire sur le dessin la longueur du pied en supprimant la partie centrale qui est identique au haut de la partie basse et au bas de la partie haute du pied.

[0015] La figure 2 montre la plaque métallique de l'embase P3 qui est soudée à l'extrémité inférieure du cylindre P1 et qui repose sur le sol. Un ensemble de fixation, non représenté, est associé à l'embase, il est fait de tiges filetées qui traversent verticalement la plaque de l'embase P3, de boulons visés sur les tiges filetées et venant en appui sur la plaque, et de blocs de béton coulés dans le sol et dans lesquels sont prises les extrémités inférieures des tiges filetées.

[0016] La figure 2 montre également la constitution de la partie supérieure du pied P, avec le couvercle P2 traversé par les tiges de l'aérien A et par un éclateur Y, avec un circuit imprimé G dont le schéma électrique est représenté sur la figure 3 et avec des liaisons entre l'aérien, le circuit imprimé, le cylindre P1 et deux fiches coaxiales de sortie de l'antenne, S1-S2, S3-S4, qui traversent la paroi de la partie inférieure du cylindre P1. Le couvercle P2 comporte une plaque métallique, horizontale J qui recouvre une plaque isolante K posée sur une collerette solidaire de l'extrémité supérieure du cylindre P1 ; la fixation de la plaque K sur la collerette d'une part et de la plaque J sur la plaque K d'autre part est assurée au moyen de vis non représentées. L'éclateur Y, dont le boîtier est isolant, est fermé par un capuchon accessible au dessus de la plaque J ; l'éclateur Y est en contact électrique, par l'une de ses bornes, avec la plaque J et, par l'autre de ses bornes, avec le cylindre P1 auquel il est relié par l'intermédiaire d'un support métallique soudé sur la paroi interne du cylindre P1. Le circuit imprimé G, qui est disposé dans le cylindre P1 au voisinage immédiat du couvercle, est un circuit d'adaptation destiné à permettre le couplage entre l'aérien A et des récepteurs à brancher sur les prises S1-S2 et S3-S4 ; le circuit d'adaptation porté par le circuit imprimé est en contact électrique d'une part en un point N avec la pointe du cône de l'aérien grâce à une liaison H qui n'est autre que la prolongation de la tige D en dessous du couvercle P2 et d'autre part, sur toute la périphérie M du circuit imprimé, avec la paroi interne du cylindre métallique P1 ; deux câbles Q1, Q2 assurent les liaisons entre le circuit imprimé G et les prises S1-S2, S3-S4. Il est à noter que les tiges telles que B1, B5 et D traversent la plaque métallique J par des trous aux parois desquels elles sont soudées de manière à donner une bonne rigidité à l'aérien et à assurer un potentiel strictement identique aux extrémités inférieures de toutes les tiges.

[0017] La figure 3 est un schéma électrique de l'antenne selon les figures 1 et 2 avec, en plus, deux résistances R et R′ branchées respectivement sur les prises S1-S2 et S3-S4 ; ces deux résistances figurent les récepteurs destinés à être branchés sur l'antenne. La figure 3 représente l'aérien A des figures 1 et 2 avec ses bornes N et M correspondant respectivement au point chaud et à la masse de l'antenne.

[0018] Entre les bornes M et N est branché l'éclateur Y, qui présente une capacité parasite de 5 pF. Cet éclateur est conçu pour se mettre en court-circuit, et ainsi préserver les composants montés en aval de lui, lorsqu'il détecte une "agression électromagnétique" captée par l'aérien A. Cette détection intervient lorsque la tension aux bornes de l'éclateur dépasse la tension de seuil de l'éclateur ; il y a alors ionisation du gaz contenu dans le tube de l'éclateur ce qui produit un arc électrique entre les bornes de l'éclateur et cet arc qui forme court-circuit persiste le temps que dure la perturbation.

[0019] Entre les bornes M et N sont également branchées deux voies qui aboutissent respectivement aux résistances R et R′ figurant des récepteurs.

[0020] La première voie, qui sera dite voie haute, est conçue pour aboutir à un récepteur travaillant dans la bande 2-30 mHz. Elle comporte, en série de la borne N jusqu'à la borne M, une résistance R1 de 330 ohms, un condensateur C1 de 220 pF et une inductance L1 de 100 microhenrys ; un transformateur d'adaptation d'impédance, T1, de rapport 4/1 a son primaire, dont une borne est à la masse, branché en parallèle sur l'inductance L1 et son secondaire, dont une borne est à la masse, relié à la résistance R ; un condensateur C′ dessiné en traits interrompus figure la capacité parasite, de l'ordre de 10 pF, qui existe au primaire du transformateur T1.

[0021] La seconde voie, qui sera dite voie basse, est conçue pour aboutir à un récepteur travaillant dans la bande 20-100 kHz. Elle comporte, en série de la borne N vers la borne M, une résistance R2 de 10 kilo-ohms et une inductance L2 de 0,7 henry. Un condensateur C2 de 100 pF est monté en parallèle sur l'inductance L2 de même que le primaire d'un transformateur d'adaptation d'impédance, T2, de rapport 25/1 ; le secondaire du transformateur T2 dont une des deux bornes de sortie est à la masse, est relié à la résistance R2.

[0022] Dans le montage selon la figure 3 les résistances R1 et R2 ont plusieurs fonctions :

• régler le niveau du signal fourni au récepteur branché sur la voie, de manière que ce récepteur fonctionne au niveau de signal reçu optimum, c'est-à-dire avec un niveau suffisant pour permettre l'écoute mais pas plus, de manière à ne pas avoir trop de bruit,
• servir à protéger la voie contre le résiduel de tension parasite non arrêté par l'éclateur lors, par exemple, d'une agression par la foudre.

[0023] Il est à noter que les résistances R1 et R2 sont en réalité constituées par deux ensembles de résistances, dont les valeurs totales sont celles indiquées ci-avant, et que des courts-circuits mobiles permettent de court-circuiter tout ou partie des résistances R1 et R2 de manière à optimiser la réception en fonction du site où se trouve l'antenne.

[0024] La cellule de filtrage constituée par le condensateur C1 et l'inductance L1 est destinée à isoler la voie haute de la voie basse en assurant un filtrage passe-haut, tandis que la cellule de filtrage L2-C2 isole la voie basse de la voie haute en formant un circuit bouchon sensiblement centré sur 20 kHz. Il est à noter que, dans le montage selon la figure 3 les valeurs indiquées pour L1, L2 et C2 tiennent respectivement compte des inductances parasites aux bornes du primaire des transformateurs T1 et T2 et de la capacité parasite aux bornes du primaire du transformateur T2.

[0025] L'antenne qui vient d'être décrite présente un diagramme de rayonnement omnidirectionnel en azimut pour une polarisation verticale du champ électrique et un diagramme à un seul lobe, avec un zéro sur l'axe vertical, pour une polarisation verticale du champ électrique. Pour ce qui est de la hauteur efficace de l'antenne, c'est-à-dire du rapport V/E entre les tensions fournies aux bornes des récepteurs et le module du champ incident au voisinage de l'antenne, les résultats suivants ont été obtenus :

• hauteur efficace dans la bande 20 à 100 kHz :
     -40 à -35 dB.m
• hauteur efficace dans la bande 2 à 30 MHz :
     -13 à -8 dBm

ces valeurs, qui sont compatibles avec les niveaux de bruit d'origine galactique, atmosphérique et industrielle reçus par l'aérien, assurent une bonne sensibilité de réception tout en minimisant l'influence des brouilleurs éventuels existant au voisinage de l'aérien.

[0026] De plus il est à noter que l'antenne, qui vient d'être décrite, peut être utilisée avec un récepteur travaillant dans le bas de la bande métrique sous réserve d'une adaptation de la voie haute à un tel usage ; il est également à noter que cette antenne présente une bonne protection contre une agression électromagnétique et, du fait du caractère passif de ses composants tant que l'éclateur Y n'est pas déclenché, présente une grande linéarité de fonctionnement.

[0027] La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, c'est ainsi que le nombre de voies peut être réduit à 1 ou être supérieur à 2 ; chaque voie est déterminée en fonction du récepteur auquel elle est destinée et de l'isolement à réaliser par rapport aux autres voies. De même l'antenne peut ne pas comporter d'éclateur ou utiliser, dans ses voies, des cellules de filtrage et des circuits d'adaptation d'impédance différents de ceux décrits à l'aide de la figure 3.

Revendications

1. Antenne de réception à large bande, caractérisée par la combinaison d'un aérien (A) de type cône renversé (B), d'un support conducteur (P) pour placer le sommet (N) du cône en surélévation par rapport au sol (S) d'une hauteur voisine de la hauteur du cône et d'un circuit d'adaptation passif comportant n voies (n : nombre entier positif) relatives respectivement à n bandes de fréquences de réception, chaque voie étant couplée à l'aérien et comportant, en série, une cellule de filtrage (C1-L1, C2-L2) pour isoler sa bande de fréquences de réception et un transformateur d'adaptation d'impédance à large bande (T1, T2).

2. Antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des n voies comporte en série un élément atténuateur (R1, R2).

3. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un éclateur (Y) couplé à l'aérien pour constituer une protection contre la foudre.

4. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support conducteur comporte un cylindre métallique vertical (P1), muni à son extrémité inférieure d'une embase métallique (P3) pour assurer sa fixation sur le sol et muni à son extrémité supérieure d'un couvercle (P2) pour assurer une liaison mécanique entre le cylindre et l'aérien.

5. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'aérien (A) comporte un toit (T) constitué par un élément plan disposé à la base du cône renversé (B) de l'aérien pour augmenter la hauteur effective et la capacité équivalente de l'aérien.

6. Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte une tige métallique verticale (D) disposée selon l'axe du cône et qui relie le sommet du cône au toit (T) pour renforcer la rigidité de l'aérien.

Ansprüche

1. Breitband-Empfangsantenne, gekennzeichnet durch die Kombination eines Strahlers (A) vom Typ des umgekehrten Kegels (B), eines leitenden Trägers (P) zum Anbringen des Scheitelpunktes (N) des Kegels in einer überhöhten Lage bezüglich des Bodens (S) mit einer Höhe nahe der Höhe des Kegels und einer passiven Änpassungsschaltung mit n Kanälen (n: ganze positive Zahl) für jeweils n Empfangsfrequenzbänder, wobei jeder Kanal mit dem Strahlerelement gekoppelt ist und in Serie eine Filterzelle (C1-L1, C2-L2) zum Entkoppeln seines Bandes von Empfangsfrequenzen und einen breitbandigen Impedanzanpassungstransformator (T1, T2) umfaßt.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der n Kanäle in Serie ein Dämpfungselement (R1, R2) enthält.

3. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit dem Strahlelement gekoppelte Entladungsstrecke (Y) enthält, die einen Blitzschutz bildet.

4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Träger einen vertikalen Metallzylinder (P1) aufweist, der an seinem unteren Ende mit einem metallischen Sockel (P3) versehen ist, um seine Befestigung am Boden zu ermöglichen, und an seinem oberen Ende mit einem Deckel (P2) versehen ist, um eine mechanische Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Strahlerelement zu ermöglichen.

5. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerelement (A) ein Dach (T) aufweist, das von einem ebenen Element gebildet ist, das an der Basis des umgekehrten Kegels (B) des Strahlerelementes angeordnet ist, um die effektive Höhe und die äquivalente Kapazität des Strahlerelementes zu erhöhen.

6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine vertikale Metallstange (D) aufweist, die längs der Achse des Kegels angeordnet ist und die den Scheitelpunkt des Kegels mit dem Dach (T) zur Verstärkung der Steifigkeit des Strahlerelementes verbindet.

Claims

1. Wideband receiving antenna, characterized by the combination of an aerial (A) of inverted cone type (B), of a conducting support (P) for placing the peak (N) of the cone in elevation with respect to the ground (S) by a height close to the height of the cone and of a passive matching circuit including n channels (n: positive whole number) which are relative respectively to n receiving frequency bands, each channel being coupled to the aerial and including, in series, a filtering cell (C1-L1, C2-L2) for isolating its receiving frequency band, and a wideband impedance matching transformer (T1, T2).

2. Antenna according to Claim 1, characterized in that at least one of the n channels includes an attenuator element (R1, R2) in series.

3. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that it includes a spark gap (Y) coupled to the aerial in order to constitute protection against lightning.

4. Antenna according to Claim 1, characterized in that the conductor support includes a vertical metal cylinder (P1), equipped at its lower end with a metal base (P3) for fixing it to the ground, and equipped at its upper end with a cover (P2) for providing a mechanical link between the cylinder and the aerial.

5. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the aerial (A) includes a roof (T) consisting of a planar element arranged at the base of the inverted cone (B) of the aerial in order to increase the effective height and the equivalent capacitance of the aerial.

6. Antenna according to Claim 5, characterized in that it includes a vertical metal rod (D) arranged along the axis of the cone and which links the peak of the cone to the roof (T) in order to reinforce the rigidity of the aerial.

Dessins