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ARTENNES RADIOELECTRIQUES DIRIGEES A HAUTE FREQUENCE.
La présente invention est relative à. des antennes ra.dioélec- triques et, plus particulièrement, à des antennes dirigées à haute fréquence.
Aux fréquences qui favorisent la propagation dirigée d'ondes radioélectriques il est généralement essentiel, pour des raisons telles que l'économie et la sécurité du fonctionnement de réduire au minimum certaines radiations qui peuvent se produire au-delà de certaines limites et de concentrer la radiation le long de trajectoires désirées. Par exemple, lorsqu'on établit une communication entre des postes terrestres, il est nécessaire de transmettre une énergie maximum dans une direction sensiblement horizontale et de réduire l'énergie inutile rayonnée verticalement de basen haut. Il est on outre désirable, dans certains cas, que la radiation soit même dirigée de haut en bas, dans une mesure qui dépend de la distance limitée sur laquelle les signaux peuvent être reçus.
A titre
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d'exemple, des systèmes de commun)('tfc;n '1f6'}...la police peuvent
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utiliser de telles antennes avec un grand avantage, étant donné que les signaux dirigés vers le bas transmis aux postes mobiles du système ne sont pas rayonnés effectivement au-delà d'une certaine distance radiale à partir (le l'une quelconque des antennes. En utilisant de telles antennes à leurs postes émetteurs centraux, les systèmes de com- munication de villes ou de départements voisins peuvent fonctionner sur la même fréquence ou sur des fréquences peu différentes sans que les signaux desdits postes se brouillent mutuellement aux postes récepteurs à l'intérieur de certaines zones.
L'un des objets de l'invention est d'obtenir des antennes satisfaisant à ces exigences et présentant un petit angle de radiation efficace.
Un autre objet de l'invention est d'établir une antenne de construction simple pour la propagation d'ondes radioélectriques sur certaines distances qui peuvent être déterminées*
Un autre objet encore de l'invention est d'obtenir une antenne à haute fréquence à large bande utilisant une partie du pylône de support entre deux plans de terre comme radiateur pour obtenir une directivité aigüe.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de mise en oeuvre de ladite invention.
La figure 1 représente, en perspective, une antenne à deux plans de terre avec arrachement de certaines parties de la structure pour montrer la construction intérieure.
Les figures 2 et 3 représentent schématiquement une antenne à deux plans de terre avec les distributions de courant instantanées et les diagrammes de champs associés.
La figure 4 représente une variante de disposition des éléments composants de l'antenne sous une forme schématique.
La figure 5 représente une autre variante de l'invention com-
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portant un nombre relativement grand d'éléments radiateurs.
Suivant certaines caractéristiques de l'invention, l'antenne de la figure 1 est obtenue en raccordant le conducteur intérieur 1 d'une ligne coaxiale 2 par l'intermédiaire de laquelle sont propagées les ondes radioélectriques qu'on désire rayonner à un dispositif de plan de terre 3 à fréquence radioélectrique, en repliant l'extrémité du conducteur extérieur 4 d'un quart de longueur d'onde de manière à obtenir un élément en forme de manchon ou tronçon 5 et effectuer une inversion de phase de la distribution du courant le long de la partie extérieure de la ligne coaxiale au-dessous du tronçon et à établir un second plan de terre à fréquence radioélectrique 6 à une certaine distance au-dessous de l'extrémité inférieure du tronçon.
Le plan de terre à fréquence radioélectrique supérieur 3 est séparé de l'extrémité conductrice 7 du tronçon quart d'onde 5 par l'isolateur 8 et le support et couvercle isolant 9. Les éléments radiateurs de l'antenne comportant la surface extérieure 10 du tronçon quart d'onde est la surface extérieure 11 du conducteur coexial 4 qui s'étend sur une certaine distance, par exemple sur un quart de longueur d'onde, entre le plan de terre à fréquence radioélectrique inférieur 6 et la zone entourée par le tronçon 5. Lorsque ce dispositif est utilisé pour la propagation d'ondes à partir d'un émetteur, les courants qui passent le long des surfaces 10 et 11 ont la même polarité et les ondes stationnaires qui s'établissent le long des parties extérieures du tronçon et de la ligne non isolée 12 au-dessous dudit tronçon sont alternées en phase.
Les alternances en opposition de phase qui se produisent à l'intérieur du tron- çon quart d'onde 5 ne peuvent contribuer à la radiation du système et le dispositif fonctionne de façon générale comme deux radiateurs bipôles quart d'onde en ligne et en phase.
Le fait que la radiation provenant de cette antenne émane principalement des parties extérieures du système comprises entre les deux plans de terre est d'importance primordiale.
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Les courants superficiels qui se propagent le long de la partie extérieure de la ligne coaxiale d'alimentation et de support 2 audessous du plan de terre à fréquence radioélectrique inférieur 6 sont réduits au minimum de sorte qu'ils n'affectent que d'une manière négligeable des diagrammes de radiation de l'antenne.
Pour comprendre plus aisément de quelle manière sont déterminées les configurations des diagrammes de champ désirées dans le plan vertical, on peut considérer l'antenne conforme à certaines caractéristiques de l'invention comme formées de deux éléments radiateurs agissant indépendamment l'un de l'autre et dont les champs se combi.nent pour produire lesdites configurations désirées. La partie supérieure, comprenant le tronçon quart d'onde 5 et le plan de terre à fréquence radioélectrique supérieur 3 produit un diagramme de chaump dirigé pratiquement vers le bas et radialement.
La partie inférieure comprenant l'élément de ligne coaxiale 12 et le plan de terre à fréquence radioélectrique inférieur 6 produit un diagramme de champ pratiquement dirigé radialement et de basen haut et dont on neuf faire varier l'intensité en déplaçant ledit plan de terre à fréquence radioélectrique inférieur 6. Un dispositif réglable convena.ble quelconque tel que le dispositif de serrage 13 permet de déplacer le plan de terre 6 jusqu'à la position optimum pour l'obtention d'une confi- guration de champ déterminée.
Lorsque ce plan est abaissé (mais de préférence sans trop excéder 190 électriques) par rapport au plan de terre à fréquence radioélectricue supérieur 3, les effets de l'é- lément radiateur inférieur sur les configurations combinées du diagramme de champ sont telles que le diagramme est de plus en plus dirigé vers le has. On peut faire varier le longueur du tronçon inverseur de phase 5 en ajustant l'élément de rallonge 14 qui peut être vissé sur le tronçon suivant la distance désirée.
Les diagrammes de champ ne sont pas affectés de façon notable par de tels ajustements de la longueur du tronçon, l'avantage principal tésidant en ce que l'impédance d'entrée de l'antenne peut être commandée suivant les différentes
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longueurs d'onde et en ce que les rapports d'ondes stationnaires de l'antenne à double plan de terre peuvent être améliorés. Récipro-
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oucnient, l'ajustement du j.lan de terre inférieur n'a qu'un effet re- lativement peu sensible sur l'impédance de l'antenne.
Bien que la structure de l'antenne ait été représentée sous une forme où la ligne de transmission en est partie intégrante, il va de soi que ladite lignf peut constituer un élément distinct tant Mécaniquement qu'électriquement et être simplement couplée à l'antenne proprement dite. Les distributions du courant instantané le long des surfaces de l'antenne sont représentées sur la figure 3 pour l'antenne de la figure 1 lorsqu'elle est alimentée par le dispositif convertisseur 15.
Les courants à haute fréquence 16 qui, tels qu'ils sont représentés se propagent le long des quatre branches radiales du plan de terre3 vers le conducteur central 1 de la ligne coaxiale 2 produisent des champs qui s'annulent en tous points de l'espace, de sorte que le plan 3 ne joue pas le rôle d'un radiateur. Les courants 17; en opposition de phase avec les courants 16, se propagent en partant de l'intérieur du conducteur extérieur 4 de la ligne coaxiale, en descendant le long de la surface extérieure 10 du tronçon quart d'onde 5, le long des surfaces intérieures dudit tronçon, de la surface extérieure 11 de la ligne coaxiale 2 et enfin radialement vers l'extérieur le long des branches du plan de terre 6 qui, de même que le plan de terre 3, ne joue aucun rôle comme radiateur.
Une certaine partie des courants à haute fréquence se propagent effectivement le long de la superficie extérieure de la ligne coaxiale, au-dessous du plan de terre inférieur, mais cette partie du courant est réduite au minimum par suite de la présence du plan de terre 6 et d'une bobine d'impédance s'opposant au passage des courants à haute fréquence, dans une mesure telle qu'elle est négligeable par rapport aux courants qui assurent essentiellement la propagation de l'énergie radioélectrique dirigée.
Sur la figure 4, les diagrammes d'ondes stationnaires qui Drésentent des alternances de phase analogues 18 et 19 sont représentés
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pour les parties supérieure et inférieure du radiateur respectivement, les alternances 20 qui sont en opposition de phase par rapport à 18 et 19 étant supprimées dans la radiation en raison du fait qu'elles sont comprises dans le tronçon quart d'onde 5 qui joue le rôle d'un dispositif de suppression d'une alternance. En outre, des diagrammes de radiation dans le plan vertical sont représentés pour certains espacements électriques G entre les plans de terre supérieur et inférieur.
Lorsque G est égal à 122 degrés électriques pour la longueur d'onde de fonctionnement, c'est-à-dire lorsque l'on a :
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G mètres = G degrés électriques x mètres 360 degrés électriques
La directivité est essentiellement horizontale, lorsque G est égal à 156 degrés électriques, la directivité est légèrement inclinée vers le bas par rapport à l'horizontale et lorsque G est égal à 190 électriques, la directivité est nettement dirigée vers le bas et l'on peut commander la radiation de telle manière qu'elle soit limitée à une zone déterminée. Les diagrammes de champ dans le plan horizontal sont essentiellement circulaires dans tous les cas.
Les caractéristiques de largeur de bande de l'antenne à deux plans de terre sont telles que, par exemple, dans les limites d'une gamme de haute fréquence de 152 à 162 mégapériodes par seconde, l'an- tenne peut être reliée à une ligne de transmission coaxiale d'une résistance de 52 ohms avec un rapport d'ondes stationnaires de 2/1 ou moins.
Des résultats analogues à ceux obtenus à l'aide de l'antenne de la figure 1 peuvent être réalisés avec la structure représentée schématiquoment sur la figure 4. Dans cette réalisation, l'élément en forme de manchon ou de tronçon tubulaire 5 est adjacent au plan de terre inférieur 6 auquel il est relié conductivement. Les courants instantanés désignés par les références 21 et 22 indiquent que la propagation à partir d'une antenne de cette forme est équivalente à la propagation à partir de l'antenne de la figure 1 .
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La figure 5 représente une autre variante de-'l'antenne à deux plans de terre dans laquelle plusieurs tronçons approximativement d'un quart de longueur d'onde 23, 24 et 25 sont insérés suivant les principes indiqués précédemment. Les courants instantanés 26 et 27 montrent que les courants sont en phase à l'extérieur de la structure co-axiale entre les deux plans de terre 28 et 29.
Bien entendu ce dispositif peut être modifié conformément à la représentation de la figure 4 c'est-à-dire que les tronçons tubulaires peuvent être disposés de telle façon que letronçon le plus inférieur soit en contact avec le plan de terre inférieur cependant que le tronçon supérieur extrême est à une distance ,1.'approximativement un quart de longueur d'onde du plan de terre supérieur.
Il doit être bien compris qu'on peut utiliser des organes de fixation convenable quelconques pour le plan de terre inférieur sur la ligne de transmission coaxiale, que la longueur du tronçon quart d'onde peut être ajustée convenablement par l'un quelconque d'un grand nombre de dispositifs et qu'on peut utiliser des plans de terre sous forme de disques conducteurs pleins ou comportant un nombre d'éléments radiaux différent de 4. Bien qu'il puisse être préférable d'utiliser une ligne de transmission coaxiale rigide pour alimenter les antennes conformes à certaines caractéristiques de la présente invention, cette structure servant en même temps de support, il est bien entendu, possible d'utiliser des lignes coaxiales souples,
voire même tressées et les éléments en forme de tronçons peuvent être formés de plusieures parties reliées entre elles. Bien que les antennes décrites ici soient conçues essentiellement pour la propagation d'ondes radioélectriques, elles peuvent être également utilisées pour la réception de telles ondes et bien que les systèmes d'antennes de la présente invention aient été représentés à titre d'exemple en érection verticale, ils pourraient être disposés suivant un angle quelconque selon les besoins de certaines réalisations particulières. On peut également concevoir que les tronçons quart d'onde puissent être disposés en différents points de
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la ligne coaxiale entre les plans de terre, suivant les diagrammes de champ qu'on désire obtenir.
En conséquence, l'invention est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art suivant les applications envisagées et sans s'écarter du domaine de ladite invention.