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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY.
4, rue Boudewyns PERFECTIONNEHEMTS AUX SYSTEMES D'ANTENNES RADIOELECTRIQUES.
Cette invention fait l'objet d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 17 juillet 1944 au nom de Mr. Armig Ghevont KANDCIAN.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux systèmes d'antennes radioélectriques.
On connaît des sytèmes d'antennes produisant des ondes de polarisation pratiquement pures dans le plan horizontal. On y parvient en dimensionnant l'antenne et en l'excitant de façon telle que les composantes a polarisation verticale d'une onde soient pratiquemant neutralisées dans toutes les directions à partir de l'antenne.
Les dispositions connues prévoient une antenne , radiatrice ou rêceptrice, n'exerçant d'action de rayonnement que dans le plan d'ondes polarisées donnant lieu à un diagramme pratiquement circulaire dansle plan de polarisation.
En d'autres termes , ces antennes ne sont -pas directives.
L'inventeur a constate qu'il est possible de conserver les principales caractéristiques de construction de telles antennes et, en même temps, de les exciter de façon telle que leur radiation présente un maximum dans une direction unique. En d'autres termes, on rend l'antenne directive.
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La 'présente invention a notamment pour but de modifie,- le 'type d'on tenne ci-dessus m stionné et connu de façon générale sous le nom de * cadre Alford " de manière à en obtenir un diagramme de radiation, non pas circulaire , mais directif dans une direction particulière, dans laquelle il présente une intensité de champ pratiquement uniforme.
L'invention a également pour but la constitution d'une antenne particulièrement adaptée à l'utilisation avec un réflecteur du type parabolique, la radiation de la dite antenne vers le réflecteur étant pratiquement uniforme et la radiation non réfléchie , dirigée directement à partir de l'antenne vers l'extérieur, à travers l'ouverture du dit réflecteur est réduite au minimum.
L'invention envisage également la constitution d'une antenne dirigée, d'émission ou de réception, dont le diagramme de radiation ou de réception peut être modifié par changement du point de liaison entre l'antenne et la ligne de transmission.
Dtautres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et à l'examen des dessins joints qui en fournissent , à titre d'exemple non limitatif , un mode de réalisation particulier. la figure 1 est une représentation schématique du type d'antenne connu, mentionné plus haut.- la figure 2 représente, vectoriellement, lescourants instantanés dans les branches de l'antenne de la figure 1.- la figure 3 représente schématiquement un système d'antenne conforme à la présente invention - la figure - est une représentation vectorielle , de principe, des courants instantanés dans les branches de l'anten@e de la figure 3.- la figure 5 se rapporte à l'emploi de l'antenne de la figure 3, en combinaison avec un réflecteur du type parabolique.
Dans le but de faciliter la compréhension du principe de l'invention, on se rapportera tout d'abord, pour compara-! son , à la figure 1 qui représente une antenpe du type du cadre Alford ", ci-dessus mantionné. Cette antenne peut se composer de quatre éléments radiateurs 2, 5, 4, et 6, couplés à un dispositif de transmission à haute fréquence 5, à travers les conducteurs 7, 8. Les éléments radiateurs 2, 5, 4 et5 ont été représentésincurvés et disposês de manière à
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former une circonférence pratiquement fermée .
L'extrémité de chaque élément est repliée vers l'intérieur , comme représenté en 9, 10,11 et 12, de sorte que, saule leur partie milieu est utilisée pour la radiation. L'organe de transmission à haute fréquence 6 est connecté au point milieu 13 des conducteurs 7,8 et la longueur électrique des dits conducteurs , qui constitue le diamètre du cercle formé par les radiateurs 2, 5,4 et 5, peut être approximativement de 45 , comme indiqué.
Les radiateurs 4 et 5 sont alimentés directement par l'organe de transmission à haute fréquence 6, à travers les conducteurs 7, 8 et les radiateurs 2, 3 sont alimentés à travers les conducteurs 8, 7 , transposés en 14. En conséquence le courant parcourt les radiateurs dans la direction indiquée par les flèches.
De plus, la distribution du courant étant égale dans chaque dès quatre segments constitués autour de la connexion centrale 13, et sa phase étant inverse dans les segments opposés, à cause de la transposition 14, la composante verticale du champ sera pratiquement éliminée dans toutes les directions et pour tous les angles du plan vertical, par rapport à l'antenne. Enfin, le courant dans les segments étant uniforme à un instant donné , le diagramme de radiation résultant sera pratiquement circulaire, comme indiqué en 15.
La figure 2 explique , par représentation vectorielle, la production du diagramme circulaire de radiation 15 par l'antenne 1. Pour l'explication de ces diagrammes vectoriels on supposera que deux conducteurs linéaires disposés côte à côte sont excités avec un déphasage mutuel de 180 , par des courants d'égale amplitude. Dans ces conditions , les champs produits par les courants dans les deux conducteurs tendent à se compenser l'un l'autre et la radiation résultante est pratiquement nulle.
Toutefois, lorsqu'on éloigne les conducteurs l'un de l'autre , la compensation complète ne se produit plus. Ceci est dû à ce qu'un certain intervalle de temps est nécessaire pour que l'énergie rayonnée par l'un des conducteurs parvienne à l'autre et à ce que pendant ce temps, l'énergie rayonnée par ce dernier s'est propagée à une certaine distance dans l'espace. Les deux champs de radiation ne sont,plus déphasés de 180 mais : présentent , au contraire, un déphasage dépendant de la distance entre les deux conducteurs, Avec le cadre de la forme que représenta la figure 1, on a supposé à titre d'exemple que les conducteurs sont écartés à une distance telle que l'énergie des champs qu'ils produisent soit
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mutuellement déphas#de 4550.
Sur la figure 2a la radiation de chacun des segments 3 et 2 de la figure 1 est représentée par les vecteurs R3 et R22 respectivement. Comme ces segments sont alimentés à partir d'un point commun 13, équidistant de chacun d'eux , la transposition 14 est cause que les courants dans les dits segments
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sont déphasés de 180 entre eux.
Si leaoegments 3 et 2 étaient superposés dans l'espace, ou, en d'autres ternies, si le diamètre de la circonférence formée par les segments 2,3, 4 et 5 était pratiquement nul, la radiation des segments 3 et
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2 SEl1'si représentée par les vecteurs R et R' , de longueur égale, à cause de l'égalité d'amplitude des courants de sens inverses, à cause du déphasage de o 180 . * tuais , comme les segments 3 et2 sont séparés en leurs points milieux par une distance approximativement égale à 45 électriques, l'énergie rayonnée de 2 vers 3 est retardée de 45 par rapport à l'énergie rayonnée de 3, si l'on consi- dère une direction de radiation pratiquement radiale à partir de 3 vers l'exté-
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rieur.
Cette radiation R;':; retardée en phase a été représentée en J12, à la fig. 2a ; le déphasage en arrière est indiqué par la rotation du vecteur dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et le déphasage en avant, par sa rotation dans le sens des aiguilles d'une montre.
Dans la direction opposée , la phase de l'énergie rayonnée de3 vers 2
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est déphasée de i5 en arrière par rapport à l'énerbie rayonnée de ,: vers l'extérieur, COi;.],e indiqué à la figure :0. La valeur effective de l'énergie totale rayonnée par - dans la dite direction opposée est représentée par le vecteur
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soBi!..e de R 2Jt de R et de R' . De même aux figures 2b et ;.d, l'énergie totale rayonnée Il partir des segments 4 et b est representée par les vecteurs R et
54, R , respect! voilent. Il est à noter que :
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;:.;\, ,).;' 4J t iJ Ll = R - R =R c'est à dire que la valeur effective de l'énergie rayonnée par les segments de l'antenne 1 est pratiquement égale et produit le diagramme de radiation circulaire 13.
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Conformé:19nt à la présente invention , les serments choses Zet 3 d'une part, 4 et 5 d'autre part, au lieu d'être excités par des courants déphasés de 180 sont Bxcités par des courants dont la phase est déterminée par la distance
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électrique existant entre le point de connekion entre l'appareil de transmission à haute fréquence 6 et les conducteurs 7 et 8 d'une part et le centre géométrique de la circonférence radiatrioe, d'autre part. A la figure 3, l'appareil de trans- mission à haute fréquence 6 est relié aux conducteurs 7,8, non pas au centre 13, comme c'était le cas à la figure 1, mais bien plutôt en un point 13' lequel, à titre d'exemple , a été représenté à 15 degrés électriques du centre de la dite circonférence.
L'effet de ce décentrage de connexion sur la caractéristique de radia- tion de l'antenne 1 est indiqué par les diagrammes vectoriels de la figure 4. A la figure 4a, par exemple, le vecteur R 3 représentantla radiation normale du segment 5 et correspondant au vecteur R3 de la figure 2a a subi une rotation de 15 en sens inverse des aiguilles d'une montre, et occupe la position R . Ceci résulte de ce que le courant allant au segment3àpartir du point 13'met 15 de- grés électriques de temps en plus pour parvenir au segment 3 que le courant issu du point 13, à la figure 1. En d'autres termes , le dit courent est ici déphasé en arrière de 15 .
Nais, en ce qui concerne le segment 2, le fait de transporter la con- nexion d'entrée du point 13 au point 13' est cause que le courant atteint le seg- ment 2 plus rapidement , vu la distance plus courte à franchir . Ceci équivaut à un déphasage de 15 en avant du courant dans le segment ;2 par rapportau courant
2' original correspondant de la figure 1.
A la figure 4a, le vecteur R, représen- tant la radiation du segment 2 qui parvient au segment 3 avec un retard de 45 , comme indiqué à la figure 2a, est maintenant déphasé en avant de 15 (rotation dans le sens des aiguilles d'une montre) sur sa valeur représentée à la figure 2a et il occupe la position R2' déduite de R3' et R2' est notablement plus court que
32' le vecteur R de la figure 2a, ce qui indique que la valeur effective de la radiation àla figure 4a est inférieure à la valeur correspondance de la figure 2a, A la figure 40 , on a représenté la radiation R2'.
La radiation du seg- ment 5 est dêphaséede 15 en arrière , en plus de son retard original de 45 pro- duit, conformément à la figure 1, par l'espacement des organes radiateurs, En d'autres termes, le vecteur R3'a été soumis à une rotation en sens inverse des
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3" aiguilles d'une montre, jusqu'à la position R3". La résultante de R et de R , qui est le vecteur R 2'3'' indique que la valeur effective de l'énergie rayonnée est maintenant supérieure à celle rayonnée conformément à la figure 1 et représen- tée à la figure Ec,
Le vecteur résultant R4'5" est représenté à la figure 4b comme à peu près de même grandeur que R 3'2'' à la figure 4a.
De même , à la figure 4d, le vec- teur R5'4" est approximativement égal au vecteur R2'3" de la figure 4c.
Toutes ces dispositions concourent pour produire un diagramme de radia- tion directionnelle de forme pratiquement analogue à celle representée en 15 .
Bien entenau , on peut faire varier le forme de ce diagramme en modifiant la dis- , tance électrique entre le point 13 et le centre de la circouference. D'autre part, le diagramme peut être inversé en ce qui concerne sa direction, si l'on relie l'organe transmetteur à haute fréquence 6 aux conducteurs 7, 8 du côté du centre oppose à celui représente.
Bien que la disposition que représente la figure 3 puisse être utilisée, conformément à l'invention, lorsqu'on désire donner à l'antenne des caractéris- tiques directionnelles, la dite disposition s'adapte particulièrement bien à son utilisation en combinaison avec un réflecteur. Il est alors avantageux d'éliminer la radiation directement émise vers l'extérieur dans la direction opposée à celle où se trouve le réflecteur . Confie l'indique la figure 5, l'antenne 1 est dis- posée approximativement au centre d'un réflecteur parabolique 16. Par suite des caractéristiques de radiation de l'antenne , telles qu'indiquées par le diagramme 15' , , la/raltion de l'antenne est maximum vers la surface du réflecteur et mini- mum dans la direction opposée.
On améliore ainsi notablement à la fois l'intensi- té et la directivité du faisceau résultant.
Bien que les éléments radiateurs z, 3,4, et 5 de la figure 3, aient été représentés incurvés en forme de segments de circonférence, ils peuvent évidem- ment revêtir toute autre forme, telle que celle linéaire indiquée à la figure 5.
De même, on peut substituer à la transposition 14 d'autres moyens d'inversion de la phase des courants dans les éléments radiateurs opposés. Enfin, on remplaçant l'organe transmetteur à hauts fréquence 6 par une impédance de charge, on peut utiliser l'antenne 1, non plus pour l'émission , mais pour la réception.
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D'une façon générale , il doit être bien entendu que, bien que l'invention ait été décrite et représentée dans son application à un système d'antenne particulier, ceci n'exclut nullement les nombreuses variantes d'utilisation dont la dite invention peut être l'objet comme il apparaîtra normalement à tout homme de l'art.