BE897767A

BE897767A - Systeme d'antennes a dephasage

Info

Publication number: BE897767A
Application number: BE2/60205A
Authority: BE
Original assignee: Itt Ind Belgium
Priority date: 1983-09-16
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1984-03-16
Also published as: DE3433975A1; FR2552274A1

Abstract

On utilise systématiquement quatre antennes verticales simples disposées suivant un cercle ayant un diamètre de l'ordre d'une demi-longueur d'onde et avec un réseau de couplage ne comprenant que quatre coupleurs hybrides directionnels et un ou deux éléments de délais. Le couplage des émetteurs vers les antennes peut etre obtenu à partir de trois cables d'entrée produisant trois modes d'opération, le premier avec des phases égales aux sorties, le second avec une rotation de phase vers la gauche et le troisième avec une rotation vers la droite, les caractéristiques de radiation étant omnidirectionnelles.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   BREVET D'INVENTION 
ITT INDUSTRIES BELGIUM
Société Anonyme Chaussée de Neerstalle 56-70 B-1190 BRUXELLES
Belgique 
SYSTEME D'ANTENNES A DEPHASAGE 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
L'invention se rapporte à un système d'antennes à déphasage comprenant une pluralité d'antennes reliéeschacune à une borne distincte d'un réseau de couplage déphaseur comportant au moins deux autres bornes. 



   De tels systèmes sont bien connus et permettent par exemple d'obtenir différents types de radiation d'un système d'antennes, par exemple des éléments verticaux disposés selon un cercle, en agissant sur la phase des signaux transmis aux différentes antennes. Suivant les besoins, on peut ainsi obtenir soit une directivité appropriée, soit une caractéristique de radiation omnidirectionnelle. Pour certaines applications, il est souhaitable de disposer d'un système d'antennes aussi universel que possible. Ce besoin existe notamment en matière de radiotéléphonie mobile où il est souhaitable que les différents émetteurs d'un système cellulaire puissent utiliser essentiellement le même système d'antennes, adapté au besoin aux conditions géographiques particulières pour certains émetteurs. 



   Un but général de l'invention est donc de réaliser un système de branchement pour antennes qui soit particulièrement adaptable dans un système utilisant une pluralité d'émetteurs. 



   Suivant une première caractéristique de l'invention, le réseau de couplage est caractérisé par des déphasages permettant différents modes d'alimentation des antennes et particulièrement, une alimentation en phase et des alimentations 

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 avec rotation de phase dans un sens et dans l'autre. 



   De cette manière, il s'est avéré possible dans un système de radiotéléphonie rurale opérant en FM dans les bandes VHF (146 à 174 MHz) et UHF (420 à 512 MHz) et suivant une structure cellulaire, d'utiliser systématiquement quatre antennes verticales simples disposées suivant un cercle ayant un diamètre de l'ordre d'une demi longueur d'onde et avec un réseau de couplage ne comprenant que quatre coupleurs hybrides directionnels et un ou deux éléments de délais. Le couplage des émetteurs vers les antennes peut être obtenu à partir de   trcdsr     ONes   d'entrée produisant trois modes d'opération, le premier avec des phases égales aux sorties, le second avec une rotation de phase vers la gauche et le troisième avec une rotation vers la droite, les caractéristiques de radiation étant omnidirectionnelles. 



   Suivant une modification n'utilisant que deux entrées, les deux rotations peuvent être obtenues à l'aide d'un seul coupleur directionnel et en utilisant en outre deux diviseurs de puissance. 



   Un tel arrangement peut également être utilisé pour obtenir cette fois des caractéristiques de radiation directionnelles ou bidirectionnelles. 



   L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaissant dans les revendications ressortiront de la description détaillée qui mit suite de diverses réalisations préférées et devant être lue en conjonction avec les dessins accompagnant la description dans lesquels :
La Fig. 1 montre un réseau de   couplge   alimentant quatre antennes colinéaires disposées en anneau ; et
La Fig. 2 montre une modification du réseau de couplage de la Fig. 1. 



   En se référant à cette dernière, elle   représenteras posi-   tions de quatre antennes verticales colinéaires A, B, C etD disposées' 

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 suivant un cercle ayant un diamètre d. Dans le bande UHF précitée, ce diamètre peut par exemple être de 275 mm tandis que celui des antennes verticales est de 21 mm. Pour une hauteur d'antenne de 1,90 mètre, une structure mécanique adéquate peut être obtenue à l'aide d'une pièce de support ho-   rizcntal en   fibre de   vem   positionnée à une hauteur de 1, 50 mètre. Des essais ont été   effectués   notamment   aec   quatre antennes Kathrein   K7516221.   



   Comme le montre la Fig. l, les quatres antennes sont alimentées par les sorties d'un réseau déphaseur comprenant une première paire de coupleurs hybrides H1 et H2 dont les deux entrées du côté des émetteurs constituent les entrées 1 et 2 et 3 et 4 du réseau   débranchement.   Pour chacun des coupleurs   H-   et Hiles deux sorties sont respectivement couplées à une seconde paire de coupleurs bidirectionnels H3 et H4 dont les sorties alimentent respectivement les antennes A et B et C et D. Comme indiqué à la Fig. 1, tandis que les liaisons entre   Hl et H3 d'une   part et H2 et H4 d'autre part sont directes, 
 EMI4.1 
 celles entre H, et ainsi qu'entre H2 et H3 s'effec- tuer par l'intermédiaire d'un élément   déphaseur L,   et/ou   L2.   



  La valeur de ces délais peut varier d'une réalisation à l'autre, de même que la valeur des déphasages x et y des différents coupleurs   H,,H,H-etH   qui peuvent être des coupleurs directionnels à   90 ou   à   180 ,   les deux autres déphasages entre la paire d'entrée et la paire de sortie pour chaque coupleur étant 0 comme indiqué à la Fig. 1. 



   Un tel système permet une disposition compacte standard pour les antennes et la possibilité d'obtenir une radiation omnidirectionnelle ou directionnelle, la perte de branchement et de distribution en utilisant les coupleurs directionnels étant limités. Un diagramme de radiation quasi omnidirectionnel peut être obtenu à condition que le nombre d'antennes moins deux soit au moins égal au rapport entre la circonférence sur laquelle les antennes sont disposées et la longueur d'onde. 

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  Avec un arrangement à quatre antennes, cette relation implique que le diamètre de l'anneau peut être inférieur à une demi longueur d'onde ou éventuellement dépasser quelque peu cette valeur. Pour une telle disposition, les calculs montrent notamment que si la circonférence de l'anneau selon lequel elles sont disposées est   égal   à 5/4 de longueur d'onde, on obtient une radiation en phase où le gain en décibels pour un dipole d'une demi-longeur d'onde ne 
 EMI5.1 
 varie que de 8, 40 à 8, 06, ces valeurs minimum- maximum étant successivement obtenues pour des rotations de 45 . Dans le cas d'une alimentation des antennes en rotation de phase, les gains correspondants à 8,40 et 8,06 deviennent respectivement 5,60 et 7,96, variation qui est toujours modérée.

   D'autre part, suite à la symétrie du système, un couplage modéré entre les antennes n'affecte pratiquement pas le diagramme de radia- tion mais seulement les impédances d'alimentation et les pertes. 



   Afin d'obtenir une alimentation des antennes suivant les trois modes et ce à partir de trois entrées, le circuit général de la Fig. 1 peut être utilisé de la manière suivante : l'entrée 4 est directement reliée à l'entrée 1, les valeurs de x et y pour les coupleurs   H,   et H2 sont respectivement de   0   et de   l800   pour chacun de ces coupleurs, tandis que celles pour les coupleurs H3 et H4 sont toutes deux égales à   900et   dé- phaseur   L-.   produit   1800 tandis   que L2 est remplacé par une con- nexion directe. 



   De cette manière, on peut   vérifier que les déphasages   vers les antennes A, B, C et D sont données par le tableau suivant 
 EMI5.2 
 
<tb> 
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> 
<tb> 1/4 <SEP> 450 <SEP> 450 <SEP> 450 <SEP> 450 <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 1800 <SEP> 2700 <SEP> 00 <SEP> 900
<tb> 3 <SEP> 2700 <SEP> l800 <SEP> 900 <SEP> 00
<tb> 
 
 EMI5.3 
 On voit dont que suivant la première ligne définissant le mode d'alimentation en phase, il y a uniformément un déphasage de   450   tandis que l'alimentation par 2 ou 3 produit un 

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 pas de déphasage de 900 soit dans un sens pour la seconde ligne soit dans le sens opposé pour la troisième. 



   Une solution alternative utilisant également le principe de la Fig. 1 et permettant toujours, de réaliser un système avec trois câbles entre les émetteurs et les antennes consiste cette fois à utiliser uniformément des coupleurs à 
 EMI6.1 
 90 , c'est-à-dire que x et y sont tous, égaux à cette valeur dans les quatre coupleurs H, , Ce choix va de pair cette fois avec une liaison entre les entrées 2 et 3 tandis que les dispositifs   L,   et L2 produisent maintenant chacun un déphasage de 90 . Dans ces circonstances, comme l'indique le tableau qui fait suite, on obtient de nouveau les trois modes d'opération précités, les rotations s'effectuant encore avec des pas de 900 tandis que le déphasage uniforme est cette fois de   135 .   
 EMI6.2 
 
<tb> 
<tb> 



  A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> 1 <SEP> 00 <SEP> 900 <SEP> 1800 <SEP> 2700
<tb> 2/3 <SEP> 1350 <SEP> 1350 <SEP> 1350 <SEP> 1350 <SEP> 
<tb> 4 <SEP> 2700 <SEP> 1800 <SEP> 900 <SEP> 00
<tb> 
 
Une troisième version de l'arrangement de la Fig. 1 est également possible en utilisant, comme dans la seconde version qui vient être décrite, quatre coupleurs de 900 pour H1, h2, H3 et H4 mais sans aucun déphasage entre   H,   et H4 d'une part et H2 et H3 d'autre part. Suivant cette troisième version, on utilise cette fois quatre entrées, c'est-à-dire qu'il n'y a plus d'interconnexions entre 1 et 4 comme dans la première version ou entre 2 et 3 comme dans la seconde. 



   On peut alors vérifier que les déphasages sont donnés par le tableau suivant 
 EMI6.3 
 
<tb> 
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> 1 <SEP> 00 <SEP> 900 <SEP> 900 <SEP> 1800
<tb> 2 <SEP> 90  <SEP> 180  <SEP> 0  <SEP> 90 
<tb> 3 <SEP> 900 <SEP> 00 <SEP> 1800 <SEP> 900
<tb> 4 <SEP> 1800 <SEP> 900 <SEP> 900 <SEP> 00 <SEP> 
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 qui indique que tant pour l'entrée 1 que pour l'entrée 2, on a une quasi rotation dans un premier sens tandis que tant pour l'entrée 3 que pour l'entrée 4, cette quasi rotation se produit dans le sens opposé. En effet, dans tous les cas, les pas successifs sont de 90, 0, 90 et 1800. 



   Pour cette troisième version, les calculs montrent qu'une valeur appropriée pour la longueur de la circonférence sur laquelle sent disposées les antennes est égale cette fois à la valeur maximale da deux ligueurs d'onde, les huits valeurs de gain successives pour des pas de 450 étant : 7, 41 ; 6 ; 4 ; 7,20 ; 4 ; 6 ; 7,41 et 4,40. La caractéristique de radiation est également quasi omnidirectionnelle. 



   La Fig. 2 montre un réseau de couplage n'ayant que deux entrées distinctes 1 et 2 mais permettant également deux modes de radiation avec des rotations dans les deux   sens en n'uti-   lisant cette fois qu'un seul coupleur hybride   H5 à 900   (x = y). 



  Comme l'indique la figure, ses deux sorties alimentent respectivement les diviseurs de puissance S1 et S2 dont les premières sorties respectives sont reliées aux antennes A et B tandis que les secondes vont aux antennes C et D respectivement 
 EMI7.1 
 à travers les déphaseurs produisant chacun un déphasage de 180 . Dans ces circonstances, le tableau correspondant    L3 et L4auxprécédents   est cette fois 
 EMI7.2 
 
<tb> 
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> 
<tb> JL <SEP> 00 <SEP> go <SEP> 0 <SEP> 1800 <SEP> 2700 <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 900 <SEP> 00 <SEP> 270  <SEP> 1800
<tb> 
 
 EMI7.3 
 L'arrangement de la Fig. 2 peut également être adapté pour fournir des caractéristiques de radiation particulières qui ne sont plus quasi omnidirectionnelles. 



   En premier lieu, on peut cette fois obtenir à l'aide de l'arrangement de la Fig. 2 une caractéristique bidirectionnelle. Dans ce cas, on utilise un coupleur à 1800 pour H5 et plus particulièrement x = 00 et y =   180 ,   tandis que le 

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 déphasage est supprimé pour L4   (0 )   et maintenu à   180    comme précédemment pour    L3.   Les deux entrées donnent alors respectivement les déphasages suivants 
 EMI8.1 
 
<tb> 
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> 
<tb> 1 <SEP> 00 <SEP> 00 <SEP> 1800 <SEP> 00
<tb> 2 <SEP> 1800 <SEP> 00 <SEP> 00 <SEP> 0 
<tb> 
 
Cet arrangement convient lorsque le diamètre de l'anneau   Sar lequel sont disposées les qcetre antennes   est supérieur ou inférieur à une demi-longueur d'onde.

   Pour cette valeur par contre, les deux entrées peuvent cette fois alimenter directement les diviseurs de puissance   S,   et S2. Suite à la symétrie de cette configuration, les deux paires d'antennes A, C et B, D ont le même diagramme de radiation. 



   Finalement, des configurations de radiation directionnelles peuvent également être obtenues en alimentant les quatre 
 EMI8.2 
 antennes suivant les modes de phase définis ci-dessous 
 EMI8.3 
 
<tb> 
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> 00 <SEP> 900 <SEP> 900 <SEP> 00
<tb> 0  <SEP> 90  <SEP> 180  <SEP> 90  <SEP> 
<tb> 00 <SEP> 900 <SEP> -900 <SEP> 900 <SEP> 
<tb> 00 <SEP> 00 <SEP> 900 <SEP> 00 <SEP> 
<tb> 
 
 EMI8.4 
 Les déphasages peuvent être produits à partir d'une entrée à l'aide de longueurs de câble appropriés pour obtenir des déphasages égaux à 0,90 ou 1800 suivant le tableau ci-dessus à l'exception de la troisième ligne ou les longueurs de câble doivent fournir un déphasage supplémentaire de 900 correspondant à la valeur négative pour l'antenne C, c'est-à-dire   90 ,     180 ,   0  et 180 .

   
 EMI8.5 
 A 

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Quoique les principes de l'invention aient été décrits ci-dessus en se référant à des exemples particuliers, il est bien entendu que cette description est faite seulement à titre d'exemple et ne constitue aucunement une limitation de la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS 1) Système d'antennes à déphasage comprenant une pluralité d'antennes reliées chacune à une borne distincte d'un réseau de couplage déphaseur comportant au moins deux autres bornes, le réseau étant caractérisé par des déphasages permettant différents modes d'alimentation des antennes et particulièrement, une alimentation en phase et des alimentations avec rotation de phase dans un sens et dans l'autre.
2) Système d'antennes à déphasage comme sous 1, caractérisé par une pluralité d'antennes disposées en anneau.
3) Système d'antennes à déphasage comme sous 2, caractérisé par une longueur de la circonférence de l'anneau qui ne dépasse pas le produit de la longueur d'onde utilisée par le nombre d'antennes moins deux.
4) Système d'antennes à déphasage comme sous 3, comprenant quatre entrées alimentant quatre antennes par l'inter- média-ire de quatre coupleur directionnels, chacun à deux entrées et à deux sorties, deux des coupleurs étant directement alimentés par les entrées et tous deux étant couplés aux deux autres chacun à une paire d'antennes distincte.
5) Système d'antennes à déphasage comme sous 4, carac- EMI10.1 térisé par l'utilisation de coupleurs à 90 pour les coupleurs directement connectée aux antennes.
6) Système d'antennes à déphasage comme sous 5, caractérisé par des coupleurs à 900 également pour les deux coupleurs d'entrée de manière à obtenir une quasi rotation de <Desc/Clms Page number 11> phase dans un sens pour les deux entrées connectées au premier des coupleurs d'entrée, c'est-à-dire 00, goo, 90 , 180 et 900, 180 , 0 , 900, ainsi qu'une quasi rotation de phase dans l'autre sens pour les deux autres entrées connectées à l'autre EMI11.1 coupleur d'entrée, c'est-à-dire 900, 00, 1800, 900 et 180 , 90 , 90 et 00.
7) Système d'antennes à déphasage comme sous 5, caractérisé par des coupleurs à 900 également pour les deux coupleurs d'entrée et dans lequel deux entrées associées à des coupleurs d'entrée distincts sont interconnectées, tandis que deux déphaseurs de 900 sont interconnectés dans deux des liaisons entre les coupleurs d'antennes et les coupleurs d'entrée, un déphasage de 1350 étant ainsi obtenu entre les entrées interconnectées et les quatre antennes tandis que des rotations de phase dans un premier sens sont obtenues pour une des entrées restantes, c'est-à-dire 0 , 900, 180 , 2700 et dans l'autre sens pour la dernière entrée, c'est-à-dire 2700, 1800, 900 et 00.
8) Système d'antennes à déphasage comme sous 5, caractérisé par des coupleurs à 180 pour les coupleurs d'entrée et dans lequel deux entrées associées à des coupleurs d'entrée distincts sont interconnectées, tandis qu'un déphaseur de 1800 est interconnecté dans une des liaisons entre les coupleurs d'entrée et les coupleurs de sortie, un déphasage de 45 étant ainsi obtenu entre les entrées interconnectées et les quatre antennes tandis que des rotations de phase dans un premier sens sont obtenues pour une des entrées restantes, c'est-à-dire 1800, 270 , 0 , 90 et dans l'autre sens pour la dernière entrée, c'est-à-dire 2700, 1800, 900, 00.
9) Système d'antennes à déphasage comme sous 3, caractérisé par un réseau de couplage comprenant un coupleur directionnel à 900 alimenté par les deux entrées du réseau et dont chacune des deux sorties est couplée à un diviseur de <Desc/Clms Page number 12> de puissance, chacun d'eux ayant ses deux sorties connectées à une antenne parmi quatre, une de ces connexions étant directe pour chacun des diviseurs et l'autre passant par un déphaseur de 900.
10) Système d'antennes à déphasage comme sous 3, caractérisé par un réseau de couplage comprenant deux diviseurs de puissance chacun alimenté par une des entrées du réseau et dont les deux sorties sont chacune connectées à une antenne parmi quatre, trois de ces connexions étant directes et la quatrième passant par un déphaseur de 180 .
11) Système d'antennes à déphasage comme sous 3, caractérisé par un réseau de couplage comprenant un coupleur directionnel à 180 alimenté par les deux entrées du réseau et dont chacune des deux sorties est couplée à un diviseur de puissance, chacun d'eux ayant ses deux sorties connectées à une antenne parmi quatre, trois de ces connexions étant directes et la quatrième passant par un déphaseur de 1800.
12) Système d'antennes à déphasage comme sous 3, caractérisé par un réseau de couplage entre chacune parmi quatre entrées et chacune parmi quatre antennes produisant des déphasages de 00, 900, 900, 00 à partir de la première EMI12.1 antenne, de 00, 900, 180 , 900 à partir de la seconde, 00, 900, - 90 , 90 à partir de la troisième et 00, 00, 900, 00 à partir de la quatrième, ces déphasages étant obtenus par des longueurs de câble proportionnelles dans le cas des première, deuxième et quatrième entrées, et proportionnelles à 900, 180 , 0 , 1800 dans le cas de la troisième.

13) Système d'antennes à déphasage comme sous 1, caractérisé par une pluralité d'émetteurs connectés aux entrées du réseau de couplage.

14) Système d'antennes à déphasage comme sous 4, caractérisé par la connexion d'une paire d'antennes séparées angulairement de 90 à un même coupleur directionnel. <Desc/Clms Page number 13>
- 13- 15) Système d'antennes à déphasage comme sous 9,10 ou 11, caractérisé par une paire d'antennes angulairement espacées de l800 couplée à chacun des diviseurs de puissance. Soit un total de 13 pages