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SYSTEMES D'AERIENS RADIOETECTRIQtiES
La présente invention concerne des systèmes d'aériens radioélectriques et plus particulièrement ceux de ces systèmes disposée, pour fonctionner avec des ondes électromagnétiques à polarisation plane.
De nombreuses raisons favorisent l'emploi de systèmes directifs et de guidage utilisant des ondes polarisées horizontalement pour guider.des aéronefs dans le plan horizontal.
On a essayé expérimentalement un certain nombre de types divers d'aériens ou éléments rayonnants mais il a été démontré qu'aucun de ces aériens ne fonotionne pour rayonner exolusivement des ondes à polarisation horizontale.
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Afin de rendre plus clair ce point particulier, on se réfé- rera ci-après à des expériences accomplies avec des systè- mes d'antennes de radiophares de route . Pour ces expériences l'élément rayonnant'consistait en deux antennes dipôles en croix demi-onde horizontales, c'est-à-dire perpendiculaires l'une à l'autre.
Comme le champ électrique autour d'un élément rayonnant linéaire est toujours dirigé vers l'élément, il est clair qu'en tout point se trouvant ai-dessus du plan des deux éléments demi-onde en croix utilisés, les champs élec- certaine '''triques à une/distance des éléments dans le sens horizontal et au-dessus des éléments ,dûs aux éléments rayonnants in- dividuels, ne sont pas horizontaux mais sont inclinés sur l'horizontale d'une quantité qui dépend de la hauteur du point au-dessus de l'élément rayonnant et de la distance horizontale dont il en est espacé.
Pour cette raison, si une antenne de réception portée par un aéroplane.est inclinée, u un certain angle sur l'horizontale dans une direction trans- versale à la route de l'aéroplane, le rapport des signaux provenant des deux éléments rayonnants en croix scia mo.- difié et la route ou plan d'égalité apparent sera décalé,
Ces effets de décalage de la route dûs à des imperfections dans le rayonnement horizontal ont été observés pendant les expériences sus-mentionnées. Un tel effet est d'importan- ce considérable lorsque l'avion se trouve à un angle verti- cal grand par rapport à l'élément rayonnant.
Lorsqu'on utilise des éléments rayonnants verti- calement polarisés, cet effet n'est pas observé car le champ est vertical en tous points pour des éléments rayonnants à polarisation verticale, do sorte que toute déformation
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deltantenne réceptrice à bord do l'avion diminuera seule- ment l'intensité du signal reçu mais non le signal prove- nant d'un élément rayonnant par rapport à l'autre de ma- nière à produire une route fausse ou décalée.
Ce problème est probablement beaucoup plus sérieux qu'on ne le pense actuellement par suite de la possibilité que l'antenne réceptrice de l'avion puisse étre endommagée pendant l'envol ou par le mauvais tomps, ou puisse simple- ment ne pas se trouver au réglage convenable et produire ainsi des indications complètement erronées à cause do la présence dos composantes polarisées, verticales aussi bien qu'horizontales des ondes.
Il existe encore une autre possibilité qui n'a pas été aperçue, à savoir que des parties de l'avion re- cevront des ondes polarisées verticalement et les rayonne- ront de nouveau sur l'antenne réceptrice supposée polarisée horizontalement. Puisque chaque avion peut être de struc- ture différente , ces erreurs seront inhérentes à chaque typé-dfavion et différeront pour chaque avion.
Ces erreue ront se/également différente-pour des angles verticaux différent': pas et he seront par suite/sujettes à une compensation simple Comme de telles erreurs donneront des indications de route différentes pour des avions différents dans le champ du môme radiophare,il est clair que la sitaatim serait imte- 1 érable var elle nécessiterait des recherches individuelles pour chaque avion.
Toutes ces difficultés différentos ainsi que quel- ques autres non mentionnées ici, seraient éliminées si :Le champ électrique du radiophare ou l'antenne de localisa- en± tion fournissant l'indication de route étai rendu bori- zontal en tous les points. Ceci peut être réalisé au moyen
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de systèmes d?aériens établis suivant dos caractéristiques de la présente invention pour produire des ondes polarisées dans un plan seulement.
Un tel système d'aériens produisant seulement des ondes polarisées dans un plan peut aussi s'appliquer de manière immédiate à dos systèmes récopteurs fixes et fournira un arrangement récepteur supérieur a ceux actuellement en usage puisqu'il présentera des cara.c- tristiques de sélectivité plus complètes pour la réception d'ondes polarisées dans un plan.
Un système d'aériens incorporant des caractéristiques de l'invention élimine sensiblement toutes les composantes d'ondes polarisées verticalement d'une onde transmise ou reçue. Ceci est réalisé on dimensionnant l'aérien et en l'excitant de telle manière que les composantes verticalement polarisées d'une onde soient sensiblement neutralisées dans toute direction à partir de l'antenne.
La prévision d'une telle antenne à polarisation plane est 1,un des principaux objets de 1,invention.
Un autreobjet de 1,invention est de prévoir une antenne émettrice ou réceptrice qui ait une action rayon- nante à peu près uniquement pour des ondes polarisées dans un plan constituant sensiblement un diagramme de rayonnement circulaire dans le plan de polarisation.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un système récepteur pour des ondes polarisées dans un plan qui utilise une antenne réceptrice ne recevant que des ondes polarisées dans le plan de l'antenne.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un radiophare construit avec des éléments d'aériens ne rayonnant que des ondes polarisées horizontalement.
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D'autres objets et avantages encore do l'invention seront également décrits dans l'exposé suivant donné en relation avec les dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente une forme d'antenne constituant un exemple de réalisation incorporant des carac- téristiques de l'invention;
La figure 2 montre une forme de disposition construc. tive de l'antenne de la figure 1;
La figure 3 représente une modification de la structure d'antenne de la figure 1 n'utilisant qu'un conducteur en bouole ;
La figure 4 montre une structure d'antenne modifiée incorporant des caractéristiques de l'invention,
Les figures 5 et 6 représentent une vue en plan et une vue en élévation respectivement d'un exemple de réalisation pratique de l'antenne représentée sur la figure 41
La figure 7 représente un autre exemple de réalisation, pratique de l'antenne de la figure 4 en forme circu.- laire;
Les figures 8 et 8A représentent un autre exemple encore do réalisation de l'invention;
La figure 9 représente une section droite verticale du diagramme de champ rayonné ou reçu par un système d'antenne incorporant des caractéristiques de l'invention;
La figure 10 est une représentation schématique servant à exposer l'annulation d'ondes polarisées dans des plans autres que celui de l'antenne;
La figure 11 représente un circuit récepteur utilisant une antenne incorporant des caractéristiques de l'invention, établi pour la réception de plus d'une fréquence;
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La figure 12 représente une forme modifiée d'antenne suivant la figure 11, utilisant des condensateurs pour améliorer le fonctionnement de l'antenne;
La figure 13 représente uno structure pratique de condensateur pour l'antenne do la figure 12;
La figure 14 montre une disposition en réseau d'antennes réalisées suivant des caractéristiques de l'invention;
La figure 15 représente un système de radiophare émetteur incorporant des caractéristiques de l'invention utilisant les antennes du type ci-dessus et un système de couplage permettant la production simultanée de diagrammes de rayonnement anguiairement décalés;
La figure 16 représente la diagramme de rayonnement pour un radiophare tel que représenté sur la figure 15;
La figure 17 montre une autre forme de radiophare incorporant des caractéristiques de l'invention;
La figure 18 montre le diagramme de rayonnement du radiophare de la figure 17; et,
Les figures 19 et 20 représentent des vues d'une structure d'antenne qui convient particulièrement pour les radiophares.
Dans la figure 1, est représenté un exemple de réalisation d'une antenne incorporant des caractéristiques de l'invention. Dans cette figure, l'antenne 40 est montrée couplée et. une source ou une charge haute fréquence 41.
L'antenne est composée de deux conducteurs comprenant des portions 42 ,43,44,45 et 46, et 2,42',44'45, et 46' res- pectivcment, Les conducteurs sont en circuit ouvert et ont une longueur électrique d'une demi-onde de manière qu'il se
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produise des Noeuds de courant aux extrémités du système.
Certaines parties de chaque conducteur, à savoir 42, 46 et 42;46 sont disposées à proximité l'une de l'au- tre et aux extrémités des conducteurs 42 et 42' est couplé un dispositif haute fréquence 41 qui peut consister en une source d'énergie pu un circuit d'utilisation. Les sec- tions 42,42' et 46 ,46' sont do préférence choisies d'une longueur telle que le courant maximum se produise au cen- tre de la portion rayonnante des conducteurs, à savoir au point milieu des conducteurs 44, 44, et les sections rayon- nantes comprenant des portions des conducteurs 43,44,45,et 43; 44'45, sont prises courtes par rapport à la longueur d'onde de fonctionnement de manière à obtenir une distribu- tion de courant sonsiblement uniforme.
Ces sections rayon- nantes sont de préférence d'une longueur de l'ordre de 1/10 à 1/5 d'une longueur d'onde mais ne doivent en aucun cas dépasser un tiers de longueur d'onde tandis que la lon- gueur totale de chaque conducteur est de préférence élec- triquement une demi-longueur d'onde,
La source d'énergie 41 devra être connectée pour alimenter les conducteurs en opposition de phase do manière que le sens instantané du passage du courant se trouve au- tour de la périphérie'dans'le'même sens dans les éléments dans le sens rayonnants actifs et/ inverse dans les conducteurs très rap- prochés. Au cas où 41 est un récepteur, il est couplé au môme point qu'il le faudrait pour une source d'énergie, afin d'obtenir le même fonctionnement.
Il est bien connu .que dans un système d'aériens, un récepteur doit être couplé en un point tel que stil était remplacé par une source on obtiendrait les caractéristiques désirées. Pour cette raison, la connexion du dispositif 41 est réalisée
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d'après l'effet d'une source on ce point puisqu,il n'y a pas d'autre expression particulière.
Dans la représentation de la figure 1, les deux portions rayonnantes sont représentées chacune de 1/6 d'une longueur d'onde environ. La distribution de courant sera alors telle sensiblement qu'indiquée par les portions hachurées 42a-46a et 42'b-46'b . On doit remarquer que dans 44-44' 43,45; et 43'45; la distribution de courant est égale de sorte qu'en tous points à partir des milieux de cos lignes on peut obtenir une neutralisation complète de la polarisation verticale. Les courants dans les bras 44, 4, et 43,43 ne sont pas tout à faits égaux mais sont du même ordre de grandeur et une neutralisation sensiblement complète se produira en conséquence aux angles des côtés de la boucle.
Une explication plus complète de cette compensation sera donnée à propos de la figure 10. Cette disposition d'antenne convient particulièrement pour des récep- teurs portatifs puisque l'antenne elle-même peut être rendue très petite tout en conservant un bon rendement et un degré de discrimination élevé pour des ondes non polarisées dans le plan do l'antenne.
Sur la figure 2, est représentée une antenne 50 qui donne une structure pratique do l'antenne représentée sur la figure 1. Dans cette disposition, des fils 56, 56, sont repliés vers le bas et enfermés dans un écran 57 mis à la terre et les conducteurs d'alimentation 52,52' sont également enfermés dans un écran 58 mis a la terre. Cette structure empêche le rayonnement de ces portions du système de sorte qu'il n'en résulte aucune onde polarisée ver- ticalement. Par suite de/l'offet de capacité parallèle de l'écran, les conducteurs 56 et 56' sont d'une longueur ma-
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térielle considérablement plus courte pour obtenir la longuour électrique nécessaire que s'il n'existait pas d'écran..
Dans la figure 3 est représentée une modification de la disposition des figures 1 ot 2 utilisant une seule branche do la boucle, l'autre branche étant constituée par les conducteurs 3.mages:dans la surface conductrice. Dans cette disposition, une source haute fréquence 61 est couplée par un conducteur 62 mis sous écran à la boucle rayonnante 63, l'extrémité du conducteur étant constituée par un conducteur ouvert 64 mis sous écran. Les dimensions du conducteur unique de cette boucle modifiée sont de pré- férence les mômes que celles représentées pour un seul conducteur de la figure 1. Il en résulte que le diagramme de rayonnement de l'antenne de la figure 3 est sensiblement analogue à celui produit par la structure représentée sur les figures 1 et 2.
Dans la figure 4, est représenté un autre exemple de réalisation de l'invention utilisant quatre conducteurs rayonnants au lieu de deux comme dans les autres réalisations. Cette structure est particulièrement disposée pour servir d'antenne émettrice, puisqu'on peut obtenir avec les quatre conducteurs un rayonnement plus grand. Il est clair cependant que cette antenne peut être utilisée ,pour la réception puisqu'elle assure une augmentation de la quantité d'énergie recueillie.
Dans la figure 4 , une source haute fréquence 70 est couplée par des conducteurs 71 et 72 à quatre éléments rayonnants 73,74,75 et 76. La source haute fréquence 70 est de préférence connectée au point milieu des conducteurs 71 et 72 et la longueur électrique à partir du point de con- nexion aux conducteurs rayonnants 73,76 et aux retours de
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ces conducteurs tels que représentés en 73,76, est rendue électriquement égale à une demi-onde entière de la fréquence do fonctionnement. Les conducteurs 73,74, 75 et 76 sont disposés en un carré et l'extrémité do chaque conducteur est repliée vers l'intérieur comme montré en 73;, 74',75' et 76, de manière que seules les portions centrales des conducteurs soient utilisées pour le rayonnement.
Les éléments rayonnants 73 et 76 sont directement alimentés à partir de la source haute fréquence par dos conducteurs 71, 72, et les éléments rayonnants 74,75 sont alimentés par les conducteurs 72,73 et un dispositif pour produire un dé- phasagc de 1800 par exemple une transposition comme représentée en 77. En conséquence, les courants passent à travers les conducteurs dans le sens indiqué par les flèches, la distribution de courant dans chacun des quatre éléments rayonnants est uniforme comme indiqué par los aires hachurées 73a à 76a .
Chaque section rayonnante est de pré- férence rendue courte par rapport à la longueur d'onde de fonctionnement de manière que la distribution de courant soit élevée sur toute leur longueur, et comme la distribution de courant est égale dans chacun des quatre bras et de phase opposée sur les côtés opposés, la composante verticale du champ sera sensiblement éliminée dans toute direction et pour tout angle vertical par rapport à cet élément rayonnant. De plus, puisqu'on réalise dans 1,élément rayonnant une distribution de courant sensiblement uniforme, le diagramme de rayonnement résultant sera sensiblement circulaire.
Un exemple de réalisation de l'antenne d'après le schéma de la figure 4 est représenté sur les figures 5 et 6.
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Dans cette disposition,les éléments rayonnants consistent en quatre pièces 801,802,803,804, Ces pièces peuvent con- sistor en des conducteurs tubulaires,si désiré,pour dimi- nuer leur poids. Chacun de ces éléments rayonnants passe , @ à travers des isolateurs d'entrée 805 et pénètre: dans dos boites de mise sous écran métalliques indiquées en 8060 Des écrans métalliques tubulaires 807 s'étendent vers le bas et vers l'intérieur jusqutà une boîte métallique de mise sous écran 808 à partir de 1,extrémité- inférieure de laquelle s'étend l'écran 809.
Les fils d'alimentation en énergie de l'antenne 810 s'étendent vers le bas à partir do joints diagonaux de l'antenne au tube métallique 807 dans la boite de mise sous écran 808 où est réalisée la transpo- sition et om est réalisée toute adaptation d'impédance néces- saire de l'antenne aufilis d'alimentation 813. * L'autre extré- mité des éléments rayonnants qui est réentrante 811,812 s'étend vers le bas dans l'écran tubulaire diagonal opposé 867 et est ainsi complètement sous écran. Avec cette dispo- sition, seules les parties de la structure rayonnante com- plète qui contiennent des boucles do courant sont exposées aux intempéries.
Les isolateurs 805 à l'extrémité des élé- ments rayonnants so trouvent près de noeuds de tension du systéme dû sorte qu'il n'existe pas'sur eux de contrainte haute tension. Le châssis de support complet est disposé en dessous do la structure de rayonnement et à l'intérieur des diagrammes de sorte qu'aucune partie de la structure de sup- port ne so trouve dans 10 champ des éléments rayonnants. La résistance au rayonnement de cette structure est grande par rapport à la résistance des fils ou des isolateurs de sorte qu'on obtient un rendement très élevé.
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Dans un essai pratique d'une structure ainsi réalisée , la Demanderesse a trouvé que le diagramme de rayonnement était sensiblement circulaire dans le plan horizontal.
L'élément rayonnant dans des systèmes incorporant des caractéristiques de l'invention peut être constitué par dos conducteurs autres que rectilignes. Dans la figure 7 est représentée une disposition analogue à celle des figures 5 et 6 à part le fait que chaque élément rayonnant est incurvé de manière à constituer après assemblage une structure sensiblement circulairo. Dans la figure 7, les mômes références numériques sont employées pour désigner les divers éléments correspondant à ceux des figures 5 et 6.
Lo système rayonnant peut être constitué par plus de quatre conducteurs, par exemple peut comporter huit éléments disposés suivant la forme représentée sur la figure 8.
Dans cette figure, la source ou le circuit d'utilisation haute fréquence 1100 est couplé à une paire de conducteurs transposés 1101. Ces conducteurs sont connectés à des élémonts rayonnants 1102, 1103, 1104 et 1105. D'autres conducteurs rayonnants 1107, 1108, 1109 et 1110 sont disposés comme représenté sur la figure 8. Dans chacun de ces conducteurs les extrémités de terminaison sont repliées vers l'intérieur comme montré et disposées très près l'une de 1?autre. Cotte disposition des extrémités terminales de ces éléments assure un couplago entre les éléments d'antenne directement alimentés 1102, 1103, 1104, 1105, de sorte que chacune des autres sections 1107 à 1110 inclusivement sont également excitées.
On réalise ainsi une antenne rayonnante qui ne rayonne que des ondes polarisées horizontalement ou dans un autre plan
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dans laquelle on peut obtenir une résistance au rayonnement élevée et par suite un rendement plus grand.
Au lieu d'utiliser les extrémités retournées des conducteurs pour coupler les sections les unes aux autres comme représenté sur la figure 8, on pout utiliser des condensateurs comme représenté en 1100 sur la figure 8A. Dans ce cas il peut être plus commode de réaliser les condensateurs sous la forme d'isolateurs à contrainte et les sections rayonnantes peuvent être repliées en leur centre pour être fixées sur un support.
Dans la figure 9 est représentée une section verticale du diagramme do rayonnement produit par des antennes réaliséesuivant dos caractéristiques do l'invention. L'axe horizontal est désigné par HH et l'axe vertical par W. Le champ est représenté par des courbes tangentes F et F., Le champ est en fait on forme d'une lemniscate de diagramme analogue à celui obtenu. pour le rayonnement d'un dipôle unique mais diffère do co rayonnement en ce qu'il n'existe pas do composantespolarisées verticalement.
La tension en un point quelconque du champ peut être exprimée par l'équation E = Eo, cos 8 où Eo est la tension dans le plan horizontal et e désigne l'angle d'élévation*
La résistance au rayonnement pour des antennes in- corporant des caractéristiques de l'invention dans lesquelles la distribution de courant est sensiblement uniforme dans los bras peut être exprimée par l'équation : R=320 (ÒÚA/#)4 ohms où R est la résistance au rayonnement A est la surface de la boucle en unités données et # ost la longueur d'onde de fonctionnement dans le môme type d'unité que A.
Pour
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la disposition en boucle carrée telle que représentée sur les figures 4,5 et 6, la résistance au rayonnement est :
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R 320 \ 11 'A ohms où ± est la longueur de l'un des éléments rayonnants dans les mômes unités que la longueur d'onde # Une gamme préférée do résistances au rayonnement est de 7 à 20 ohms environ.
On peut expliquer plus complètement le fonction- nement d'une antenne incorporant des caractéristiques de l'invention en se reportant à la figure 10 qui montre une vue à trois dimensions d'un quadrant du champ rayonné par un élément analogue à celui de la figure 4. Les bras correspondant aux quatre éléments rayonnants de l'antenne sont désignés comme représenté par les lettres A,B,C,D les bras A et C d'une part et B et D d'autre part étant opposée.Les intersections des plans sont désignées par les lignes en traits plains X, Y et Z, le plan horizontal étant le plan X,Y et les deux plans verticaux étant les plans Z,Y et Z,X, ces plans étant délimités par des courbes XY, ZY, et ZX respectivement.
Un troisième plan passe par la diagonale do l'élément rayonnant suivant los lignes Z et W et est délimité par la courbe w. Tout point P sur la ligne W faisant un angle vertical avec le plan du l'élément rayonnant peut être supposé point de réception.
La ligne on trait mixte com ençant en X et passant par le point P représente le méridien de polarisation d'énergie provenant des éléments rayonnants A et C et la ligne en pointillé partant de Y et passant par P représente le mé ridien de polarisation provenant des éléments rayonnants B et D. Au point P le rayonnement provenant de C aura une grand#1
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composante horizontale et une petite composante verticale comme représenté en c,et en même temps D produira une com- posante horizontale dans le même sens que celle de C et une composante verticale petite de même valeur mais do phase opposée à celle de C. Il est par suite clair que ces deux s' composantes verticales étant égales et opposées/annuleront puisque P est equidistant de C et D.
De même au point P, les composantes verticales des éléments rayonnants A et B s'annuleront comme représenté en a et b et les composantes polarisées horizontalement s'ajouteront en phase bien qu'elles soient de phase opposée à celle des éléments C et D. Comme des les éléments rayonnants A et B sont à distances du point différontes do celles des éléments C et D, il existera une composante polarisée horizontalement qui peut être reçue.
Les composantes polarisées verticalement toutefois s'an nulent complètement comme expliqué.
En dos points P1 situés toujours au même angle vertical, on peut voir que le rayonnement des éléments $ et D sera sensiblement vertical mais dans des sens opposés.
Comme le point Pl est équidistant des éléments B et D, les ondes polarisées verticalement s'annuleront en ce point.
Les ondes polarisées horizontalement au point Pl provenant des éléments rayonnants A et C sont de phase inverse mais comme elles viennent de distances différentes, il existera à la réception une composante horizontale. D'une manière analogue au point P2, la composante polarisée horizontale- ment provenant de B et D sera reçue tandis que la compo- sante polarisée verticalement provenant de A et C sera annu- lée. Si l'angle vertical auquel P est placé est modifié, le même effet se produira puisquo P représente comme montré un point situé à un angle vertical quelconque.
D'une manière
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analogue, puisque les points choisis pour l'exposé représentent des points extrêmes en ce qui concerne l'aérien, il est clair que les composante polarisées verticulement seront annulées en tous pointsautour de la boucle quelque soit l'angle horizontal.
Cette explication a été donnée en relation avec la boucle à 4 bras représentée sur la figure 4. Il estclair qu'elle estégalement valable à divers degrés pour les autres dispositions, par exemple celles représentées sur les figures 1, 3, etc...
Dans les dispositions analogues à celle de la figure 1, la compensation ne sera pas cependant aussi complète dans toutes les directions car il n'y a pas une égalité totale des courants dans les sections de la boucle. Par exemple, en considérant la figure 1, il est clair que le courant dans 44' par exemple n'est pas exactement égal, à la somme des courants dans 45 et 45' et pour cette raison on n'obtiendra pas une élimination complète des composantes verticales. On peut toutefois réaliser une approximation très bonne de cette élimination en employant cette bouc le ,
Dans la figure 11 est représentée une disposition de boucle suivant certaines caractéristiques de l'invention pour être utilisée comme récepteur.
Cette boucle est établie pour recevoir deux fréquences différentes etpour cette raison présente un certain compromis dans sa réalisation. Dans la disposition montrée, les deux éléments rayonnants 1301 et 1302 sont disposés pour constituer une boucle ovale , par exemple de 42 cm de longueur environ et de 25 cm environ de dimension pour le petit axe. Les deux fréquences f1 et f2,pour lesquels le circuit est établi, étaient respectivement 93 et 109 mégahertz. Les récepteurs sont montrés en 1303 et 1304 sur les dessins, une plaque métallique 1305 montée sur une poignée isolante 1306 est prévue pour l'accord par vemier du circuit.
Les éléments rayonnants sont couplés par une ligne spéciale chargée 1307 entre deux conducteurs sous écrans
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1308 et 1309.La portion 1308 estprise égale à une demi longueur d'onde #2 pour laquelle est prévue le récepteur 1304. De cette manière, la ligne estaccordée sur f2 de sorte que toute addition à la texminaison de la ligne 1307 n'affecte pas sensiblement la ligne pour l'énergie de la fréquence f2 Le récepteur 1304 est inductivement couplé à la ligne 1308 par un couplage accordé, de manière à ne rece- voir pas d'autre énergie que celle pour laquelle il a été établi .
Le récepteur 1303 accordé sur la fréquence f2 est couplé symétrique- ment à l'antenne par une paire sous écran à travers le conducteur 1309 et la ligne 1307. Les écrans métalliques autour des sections de ligne 1308 et 1309 sont réunis par une connexion directe. La ligne 1307 est rendu: égale à un quart de longueur d'onde du point de vue élec- trique par une charge spéciale bien que sa longueur réelle soit beau- coup plus courte. Dans la réalisation donnée à titre d'exemple, la longueur réelle de la ligne 1307 était d'environ 28 cm. Une ligne concentrique 1310 sert à relier la section de ligne de transmission 1308 au récepteur 1304 et une ligne de transmission en paire sous écran 1311 sert à coupler la section de ligne 1309 au récepteur 1303.
Dans la réalisation donnée à titre d'exemple, les écrans entourant les sections de lignes 1308 et 1309 étaient des conducteurs tubulaires concentriques de 1 cm. environ de diamètre extérieur et les sections concentriques 1310 et 1311 consistaient en des lignes de transmission concentriques de 6 mm. environ de diamètre exteme.
La ligne chargée 1307 a une valeur relativement élevée d'impédance de pointe. Cette valeur élevée de l'impédance de pointe fut trouvée désirable pour diminuer le courant de circulation dans la ligne demi-onde. L'impédance de la boucle mecs à ses bords supérieurs très peut être/élevée, sa valeur étant par exemple R. L'impédance au baa de la section de ligne 1307 est :
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2 r= Z /R
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où Zoest l'impédance de pointe de la ligne.
Lorsque Zo a une vaLeur faible, l'impédance r est très faible et en conséquence un courant im- et produit des pertes dans l'écran des conducteurs/ portant passe dans la ligne demi-onde./Des essais réels ont montres que lorsque la ligne chargée spéciale 1307 était remplacée par une ligne nue consistant en deux tiges de cuivre de 6 mm. de diamètre environ espacées de 2 cm. environ, la perte totale à 109 mégacycles était d'environ 4 décibels. Avec la ligne chargée qui consistait en du fil étamé N 14 chargé de 4 bobines d'environ 12 spires chacune, avec un diamètre externe de 6 mm. environ, espacées de 13 mm. environ, la perte totale était ramenée à1 décibel Afin de compléter la mise sous écran, on peut prévoir des boites de mise sous écran 1314 et 1315.
Une autre modification de la stucture d'antenne représenté sur la figure llest montrée sur la figure 12. Dans la disposition de bouclereprésentée sur la figure 11, il existe une tension considérable aux extrémités de la boucle aux endroits où elle est supportée par ses isolateurs. L'impédance élevée qui en résulte aux isolateurs entraîne deux perturbations : (1) l'accord de la boucle est relativement sen- sible à des additions de capacités, par exemple la neige peut entraîner une variation de la µ et (2) l'impédance élevée de l'isolateur néces- site l'emploi d'une ligne chargée pour diminuer la perte dans le circuit d'accord à 2 fréquences représenté .
Méme avec la ligne chaugée/spéciale, il peut âtre encore nécessaire d'utiliser des conducteurs concentriques relativement grands pour la section de ligne demi-onde afin de ramener les pertes à une valeur raisonnable. L'emploi d'une ligne concentrique plus légers, par exemple une ligne de 6 mm. environ serait préférable car elle est plus facile à plier et de poids plus léger.
Afin d'améliorer les caractéristiques de fonctionnement en ce qui concerne cette distribution de tension, la boucle peut être réalisée de la manière représentée sur la figure 12. Dans cette dispo-
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sition, chacun des bras 1401,1402 est interrompu au moyen de con- densateur. 1403. La distribution de tension le long de la boucle devient alors sensible cent celle indiquée en V. En même temps, la distribution de courant dans ces parties des conducteurs est approximativement indi- quée en Io dans la moitié inférieure de la figure 12.
En considérant l'impédance de pointe des conducteurs de la boucle corne de valeur zo , o et la distance entre deux condensateurs consécutifs égale à 20 on a alors V = zo sin Ú xio io est le courant faible qui se produit à mi-chemin entre les condensateurs; le courant général i = I cosÚ la capacité # d'un condensateur'est déterminée par la formule suivante :
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cw = 2 z tg où 2 @ xfréquence F par exemple lorsque F =100 mc z= 500 ohms Ú= 10 , on a alors
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1012 6à28 x 108 x 103 x 0,176 /ulf
On voit que la capacité 0 du condensateur 1403 est très petite. Cette capacité peut être obtenue par un système mécanique très simple tel que représenté sur la figure 13.
Dans cette disposition, le conducteur constituant les éléments rayonnants 1501 et 1502 peut être un tube métallique, par exemple en aluminiumi Dahs les extrémités de ces tubes est inséré un isolateur 1503 qui peut être un tube céramique.
Dans le tube céramique est insérée une tige métallique 1504 pourvue d'extrémités agrandies 1505, 1506 qui servent de sièges de capacité pour le condensateur. Le tube 1504 peut également être en aluminium.
Les deux conducteurs 1501 et 1502 sont alors serrés en position sur l'isolateur 150.3 au moyen de bagues de serrage 1506' et 1507.
En remplaçant la boucle représentée sur la figure 11 par
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une boucle pourvue de condensateurs, comme représenté sur les figures
12 et 13, la tension aux isolateurs serait diminuée à environ 1/3 de la valeur qu'elle aurait sans les condensateurs et l'impédance serait remenée à 1/9ème de la valeur obtenue sans condensateur . Il est cloir qu'avec ce type de boucle , le circuit sera beaucoup moins sensible que à des variations de capacité telles/dues à la neige ou à la glace et de plus la perte en: accord du circuit sera considérablement di- minuée.
Par suite de l'absence à peu près complète de composantes polarisées verticalement, les antennes incorporant des caractéristiques pour des de l'invention conviennent particulièrement / radiopharesde gui- dage ou de balisage à polarisation horizontale puisqu'elles ne pro- duisent pas de décalage défectueux des routes par suite de variations dans la polarisation à des angles verticaux. Une forme de radiophare utilisant des antennes incorporant des caractéristiques de l'invention est représentée sur les figures 14 à 16.
Tans la figure 14 , deux antennes 1601 et 1602 sont re- présentées de préférence montées avec un écartement égal à une demi- longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement. Ces antennes sont de préférence du type représenté sur les figures 5 et 6 mais peuvent être de tout autre type incorporant des caractéristiques de l'inventio n.
Les antennes1601 et1602 sont connectées l'une à l'autre par une ligne de transmission 1603. A la ligne de transmission 1603 est couplé un appareil haute fréquence 1604 connecté par une section de ligne 1605 au point milieu entre les antennes 1601 et 1602. Un déphasage de 180 est réalisé, par exemple au moyen d'une transposition en 1606 dans la ligne 1603. De cette manière, les antennes 1601 et 1602 sont espacées d'une demi- longueur d'onde et sont alimentées en opposition de phase.
L'alimentation des boucles en opposition de phase produit un diagramme de rayonnement ayant un point d'intensité nulle/a mi-distance entre les
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deux antennes comme représenté en F1 sur la figure 16. Si on supprime la transposition 1606, les antennes 1601 et 1602 seront excitées en phase. Ceci donnera un diagramme de rayonnement ayant un point d'inten- sité nulle/dans la direction montrée en F2 sur la figure 16. Cesvari a- tions dans le diagramme de rayonnement peuvent être produites par tout moyen de manipulation convenable pour transposer la ligne de façon alternée.
Dans la figure 15 est représenté un dispositif pour produire une route de guidage par excitation simultanée de deux antennes espacées l'une de l'autre d'une demi-longueur d'onde. Les antennes 1701, 1702 sont connectées par des lignes de transmission 1703, 1704' à des sommets opposés d'un réseau équilibré désigné dans son ensemble par 1704.
Ce réseau est de préférence constitué par des lignes ouvertes et est pourvu de deux groupes de bras 1705, 1706, une transposition étant prévue dans les bras 1705. Par suite de cette transposition, l'énergie intro- duite ou retirée à l'un des sommets du réseau, n'aura pas d'action sur l'appareil connecté au sommet diagonalement opposé tant que les impédances sont équilibrées, bien qu'elle agisse sur -tout autre appareil connecté aux autres sommets. Un émetteur, qui peut consister en une source haute fréquence ordinaire 1710,est prévu et on en dérive deux énergies de signalisation distinctes qui peuvent être modulées différem- ment à des fréquences F2 et F2 L'énergie ainsi modulée est transmise à partir des sorties distinctes du transmetteur, 1711 et 1712.
L'énergie provenant de 1711 modulée à F1 est appliquée sur un sommet du pont 1704, 1701 1702 de sorte que les éléments rayonnants/sont alimentés par la section trans- posée et rayonnent ainsi le diagramme de la figure 16 morrespondant à F1 En même temps, l'énergie provenant de 1712 est appliquée sur le sommet diagonalement opposé du réseau 1704 de manière à alimenter les antennes 1701 et 1702 en phase. Il en résulte un diagramme de .rayonnement tel que représenté en F2 sur la figure 16.
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Lesquatre bras du pont 1704 sont de préférence de longueur.- égales de sorte qu'au point b, en regardant du point a, l'effet soit le même que s'il existait un court-circuit en ce point. Cependant, les bras 1705, 1708 et 1706, 1707 peuvent ne pas présenter d'adaptation d'impé- dance par rapport à l'énergie entrant au point a et il en résultera des réflexions à partir du point b. De même, l'énergie provenant du point b sera réfléchie au point a. En dimensionnant convenablement les bras, les longueurs peuvent être choisies telles que l'énergie réfléchie compense que juste ce manque d'adaptation et le circuit fonctionne de manière à éviter des réflexions sur les lignes d'alimentation.
La Demanderesse a trouvé qu'afin d'assurer cet effet, les bras individuels du réseau en pont devaient être sensiblement égaux à 0,15 d'une longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement.
Comme représenté sur la figure 16, les diagrummes de rayon- telle nement ne sont pas circulaires mais sont déformés de/manière que le dia- gramne F1 est quelque peu aplati et le diagramme F2 allongé. Les routes ou axes de guidage Sont par suite un angle inférieur à 90 ce qui était le cas pour des diagrammes circulaires. En fait, elles se trou- vent à environ 60 l'une de l'autre. On a réalisé un radipphare formant. quatre axes de guidage distincts vers le radiophare. Comme les élements d'antennes sont également prévus pour assurer une compensation pratique des composantes verticales du champ, les signaux du radiophare seront seule cent obtenus à partir des ondes polarisées horizontalement.
De cette manière, tout récepteur coopérant avec ce système fonctionnera pour donner la route convenable, indépendamment de toute variation dans la polarisation des antennes de réception.
Dans la figure 17 est représentée une autre fcme de radio- phare convenant particulièrement à l'emploi d'antennes incorporant des caractéristiques de l'invention. Dans cette figure, une source haute fréquence 1710 est couplée à deux modulateurs 1711 et 1712 et à un
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réseau en pont 1704 , d'une manière analogue à la disposition de la figure 15. Les bras du réseau en pont sont de préférence pris de 0,15 de longueur d'onde cornes expliqué à propos de la figure 15. Toutefois, au lieu de deux antennes seulement, on prévoit quatre élements d'aériens 1721 à 1724. Les éléments 1721 et 1724 sont réunis par une ligne de transmission 1725 dans laquelle est prévu le moyen d'inversion de phase, par exemple la transposition 1726, de sorte qu'ils sont alimentés en opposition de phase.
La ligne 1725 est reliée à l'un des sommets du pont 1704 par la ligne 1727, en un point qui est le milieu électrique entre 1721 et 1724. Deux autres antennes 1722 et 1723 sont réunies par une
1728 ligne de transmission /qui est connectée au moyen d'une ligne 1729 au sommet du pont 1704 diagonalement opposé au point de connexion de 1727.
La ligne 1729 est rendue plus courte de 90 du point de vue électrique que 1727 de sorte que ces antennes sont alimentées en quadrature de pha- se par rapport aux antennes 1721 et 1724.
L'énergie fournie par le modulateur 1711 modulée à une fré- quence fl alimente alors les antennes 1721 et 1724 avec un déphasage de 180 , comme indiqué sur le dessin, et alimente simultanément les antennes 1722 et 1723 en phase avec un décalage de 90 par rapport à l'énergie fournie aux deux autres antennes. D'une manière analogue, l'énergie provenant de 1712 modulée à la fréquence f2 alimente les an- tennes 1721, 1724 en opposition de phase et aussi en opposition de phase par rapport à l'énergie provenant de 1711. Les antennes 1721,1724 sont écartées d'une distacne de la ligne centrale du réseau et les antennes 1722, 1723 d'une distance entre elles. Le diagramme de rayon- nement de ce réseau d'antennes sera alors à peu près de la forme repré- sentée sur la figure 18.
Dans cette figure, la courbe en pointillé Fil représente le diagramme d'émission du modulateur 1711 et la courbe en trait plein f'2 représente l'énergie provenant du modulateur 1712. Le modulateur 1711 peut être prévu pour fournir une fréquence de modulation
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de, par exemple, 170 périodes, et le modulateur 1712 une modulation d'une fréquence différente, par exemple de 90 périodes, de sorte que la route définie par égalité peut être aisément déterminée sur un avion. Les deux diagrammes F1 et F2 peuvent présenter quelques feuilles secondaires de rayonnement mais elles sont d'amplitudes tellement faibles qu'elles peuvent être négligées par rapport aux feuilles principales de guidage.
L"espacement entre les antennes peut être modifié pour faire varier la forme du diagrame de rayonne,cent. ae forme préférée de dispo- de sitif cependant est cale qui utilise une distance ()( de 170 etssÚ160 électriques, ce qui produit un diagramme très net et étroit sans feuilles secondaires de rayonnement gênantes.
La structure représentée sur les figures 5 et 6 présente quelques difficultés pour être employée dans des radio-phares, par le fait que les écrans tels que 807 font un angle avec la verticale et sont également placés dans le champ de rayonnement de l'autre élément d'antenne. Il s'ensuit que ces sections angulairement décalées recueil- leront et rayonneront de nouveau une certaine énergie et pour cette raison interférerontavec la polarisation horizontale pure. Afin de surmonter cette difficulté; l'antenne peut être réalisée de la manière montrés sur les figures 19 et 20 afin de ne produire aucun rayonnement à polarisation verticale appréciable.
Dans la figure 19 est montrée une vue avantde cette antenne avec le couvercle des boites centrales enlevé pour permettre de voir la structure. Dans cette disposition, on prévoit deux boîtes métalliques 1901 et 19C2. A l'autre côté de. chacune des boites est fixé un câble concentrique 1903, 1904, le conducteur central de ces câbles servant à alime nter les antennes. Dans les côtés des boites 1901 et 1902 au point où elles se touchent/est prévu un trou de manière à pouvoir réaliser une transposition des conducteurs d'alimentation. Ces conducteurs 1905 et 1906 passent à travers des écrans convenables jusqu'aux conducteurs
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rayonnants1911 à 1914 inclusivement. Les conducteurs 1911 à 1914 sont de préférences pleins et peuvent comme montré consister en des bandes de métal, par exemple en cuivre.
En prenant ces éléments de grandes dimen- sions, leur résistance est fortement diminuée. Ceci est important car en diminuant l'impédance de pointe des éléments rayonnants eux-mémes, on peut réaliser une diminution considérable de la tension aux bornes des isolateurs reliant les conducteurs 1906 et 1905. L'extrémité retour- née des conducteurs 1911 à 1914 est supportée au moyen d'une plaque 1917 et peut être couverte d'une enveloppe étanche convenable 1918. Avec cette on évite/ disposition, toutes les portions de conducteur faisant un certain angle sur l'horizontale et par suite des rayonnements à polarisation verticale' nuisibles.
On doit noter que les dispositions qui viennent d'être dé- crites conviennent particulièrement bien pour produire des diagramnes de rayonnement de radio-phares. On doit noter de plus que l'espacement entre les éléments d'antennes est tel qu'on ne peut utiliser des élé- ments rayonnants d'une demi-longueur d'onde. Par suite, les éléments d'aériens incorporant des caractéristiques de l'invention conviennent parfaitement dans ce but. On doit comprendre cependant que la.dispo- sition particulière d'équilibrage et le système de radio-phare peuvent être employés avec d'autres formes d'antennes que celles produisant une polarisation horizontale.
Bien que certains exemples particuliers de réalisation ait été décrits et montas, il est clair qu'ils n'ont été donnés qu'à titre d'illustration et que l'invention est susceptible de nombreuses modifications et adaptations sans sortir de son domaine