EP0897200A1 - Dispositif à antenne demi-boucle haute fréquence - Google Patents

Dispositif à antenne demi-boucle haute fréquence Download PDF

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Publication number
EP0897200A1
EP0897200A1 EP98401926A EP98401926A EP0897200A1 EP 0897200 A1 EP0897200 A1 EP 0897200A1 EP 98401926 A EP98401926 A EP 98401926A EP 98401926 A EP98401926 A EP 98401926A EP 0897200 A1 EP0897200 A1 EP 0897200A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiating element
antenna
ground plane
point
determined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98401926A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Paul Delaperriere
Michel Francis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0897200A1 publication Critical patent/EP0897200A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/08—Means for collapsing antennas or parts thereof
    • H01Q1/085—Flexible aerials; Whip aerials with a resilient base
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/005—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with variable reactance for tuning the antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device half-loop installed on a vehicle to establish communications in the high frequency band, commonly denoted HF.
  • HF high frequency band
  • the frequencies involved are typically between 1.5 and 24 MHz.
  • the invention allows in particular a moving vehicle to communicate via an HF link with a fixed correspondent or mobile.
  • the HF frequency range is generally used. This frequency range allows, according to power criteria, transmitters, according to the antennas used, according to the distances between stations and their geographic location and according to dates and hours of transmission and solar activity, predict a probability according to the HF frequency used. So the operator chooses the most appropriate HF frequency to establish communication with a determined distance.
  • the choice an antenna suitable for obtaining radiation characteristics in transmission mode and reception mode to optimize a balance of bonding is relatively easy.
  • the type of antenna that can be used is very limited for mechanical reasons of installation and for reasons of the moving vehicle.
  • a "gray area” located indicative, between 50 and 150 km (the distance depends on the power, the relief, ).
  • This “gray area” depends on the directivity of the antennas used, and the type of propagation used. Wave propagation is generally done according to two modes, a mode known as of ground which corresponds to a direct wave and a so-called ionospheric mode which corresponds to a wave reflected by the different ionized layers of the Earth's atmosphere.
  • the directivities of the antennas used are such that between the two modes of propagation, there is an area not covered by waves, this area is called "gray area”.
  • An object of the invention is to simultaneously solve the previous problems at a reasonable cost.
  • the first radiating element typically an antenna wired is fixed by its two ends to the vehicle, which ensures its support and which allows to perfectly control the total height of the vehicle.
  • the two previous features are particularly important because they strongly contribute to vehicle safety by movement. Installation on the vehicle requires no work important given the lightness of the antenna and since its length and its curvature can be adapted according to the length of the vehicle.
  • FIG. 1 illustrates a mode of installation on a vehicle 1 of a first embodiment of a device according to the invention.
  • the device comprises an antenna 2, a first fixing means 3, a second fastening means 4, a tuning box 5, an adapter box 6, a transmitter / receiver device 7 and coupling device 8.
  • Vehicle 1 is of the all-terrain car type, for example.
  • the vehicle 1 comprises a bodywork 9 produced with sheets.
  • the sheets carry out a ground plan of vehicle 1, the quality of which partly depends on the assembly of the sheets together.
  • vehicle 1 can be equipped with a ground plane produced by the addition of a conductive tape (of the ground braid, wire mesh or metal strip (copper strip, for example) installed on the vehicle 1. This addition can also be carried out when the quality of the ground plan produced by the sheets is considered insufficient.
  • the antenna 2 comprises a first radiating element 10.
  • the first radiating element 10 is flexible, light, of determined length and of small section compared to the length.
  • the first radiating element 10 is a wire antenna of the “whip antenna” type produced by a succession of segments. On each segment is made, at one end a thread and at the other end a complementary thread. The segments are interconnectable and interchangeable with each other. next this embodiment it is easy to produce a wire antenna of length determined by assembling more or less segments one after the other other.
  • the first radiating element 10 is a wire antenna of the type "whip antenna" produced by a single segment whose length coincides with the desired length of the wire antenna.
  • the length of the wire antenna is typically between 4 and 6 m for the frequency band considered.
  • the materials used to make the first element radiating 10, metal or metallized fiberglass for example give it flexibility and lightness. Its flexibility properties allow it to bend the first radiating element 10 between two ends. A first end 11 is held close to the ground plane by the first attachment means 3, which provides a first attachment point. A second end 12 is held close to the ground plane by the second attachment means 4, which provides a second attachment point.
  • the length of the first radiating element 10 must be as long as possible while remaining mechanically compatible with security and mobility requirements of the vehicle 1.
  • the first fixing means 3 electrically isolates the first end 11 of the first radiating element 10 of the ground plane and it maintains the first end 11 of the first radiating element 10 at near the ground plane.
  • the first fixing means 3 is mounted on the vehicle 1, for example on the rear.
  • the first fixing means 3 is, by example, an insulating support commonly used to fix antennas of the type "whip antenna" on a vehicle.
  • the second fastening means 4 keeps the second folded down end 12 of the first radiating element 10 near the ground plane to impose on the first radiating element 10 a curved shape above of the ground plan.
  • the second means of fixing 4 electrically isolates from the ground plane the second end 12 of the first radiating element 10.
  • the electrical connections of the device according to this first variant are detailed in the rest of the document in look at Figure 2.
  • the second fastening means 4 consists of an insulating piece bolted to vehicle 1, for example on the front of the roof.
  • the second fastening means 4 consists of a part magnetic covered with an insulating material placed on a metal part of the roof.
  • the second fixing means 4 provides electrical continuity between the second end 12 of the first radiating element 10 and the ground plane of the vehicle 1.
  • the connections the corresponding device are detailed in the following document next to Figure 3.
  • the first element radiating 10 carries out a half-loop above the vehicle 1 whose curvature essentially depends on the length of the first element radiating 10 and the location of the attachment points on the vehicle 1.
  • the tuning box 5 is installed in the vehicle 1, or possibly outside vehicle 1 (if it is installed outside it can even replace the first fixing means 3 and ensure the holding the first end 11 of the first radiating element 10). She allows to tune the first radiating element 10 for a frequency given. Depending on the impedance of the first radiating element 10 the tuning box 5 switches capacitive or inductive elements by means a switching device, for example relays. The agreement can also be realized by variable capacitive and / or inductive elements controlled as a function of the impedance of the first radiating element 10 for a given frequency.
  • the tuning box 5 thus provides a variable Za tuning impedance between a connection point and the plane of vehicle earth 1.
  • the connection point is electrically connected by a flexible or rigid connection at the first end 11 of the first element radiant 10.
  • the adapter box 6 is installed in the vehicle 1. It creates an interface between the first radiating element 10 and the device transmitter / receiver 7. Generally the transmitter / receiver device 7 is suitable for a load of 50 ⁇ . In this case, the adapter box 6 performs impedance matching between device output transmitter / receiver 7 and antenna 2.
  • the transmitter / receiver device 7 is installed in the vehicle 1. It generates a signal to be transmitted and uses the signals received by the antenna 2.
  • the coupling device 8 is installed in the vehicle 1, or possibly on the vehicle 1, near the second fixing means 4.
  • the coupling device 8 consists of a transformer formed of a primary circuit of n p turns and of a secondary circuit of n s turns, which determines its transformation ratio n.
  • the coupling device 8 consists of a magnetic element, for example a torus, through which the first radiating element 10 passes and over which is wound n p turns.
  • the transmitter / receiver device 7 is coupled to the first radiating element 10 by the adapter box 6 in series with the transformer 8.
  • the primary circuit of the transformer 8 is connected in series between the adapter box 6 and the ground plane.
  • the secondary circuit of the transformer 8 is connected in series between a point of attack 13 of the antenna 2 and the ground plane.
  • the point of attack 13 is located at a determined point of the antenna 2 located between the two ends of the first radiating element 10. The determined point is located as close as possible to the second end 12 of the first radiating element 10.
  • a signal transmitted E 1 by the transmitter / receiver device 7 is adapted by the adapter box 6 to generate a drive signal E 2 .
  • the attack signal E 2 is transmitted by the transformer 8 to the attack point 13. According to this arrangement, during a transmission, the radiation is produced by the first radiating element 10.
  • the adapter box 6 is connected to the tuning box 5 by a electrical connection.
  • the adapter box 6 generates a control signal C1 giving frequency information.
  • the tuning box 5 uses this signal C1 control unit to adjust the tuning impedance Za.
  • the setting of the tuning impedance Za is performed so as to tune the first radiating element 10 for the operating frequency of the device transmitter / receiver 7. It is possible to replace the electrical connection between the adapter box 6 and the tuning box 5 by a similar connection between the transmitter / receiver device 7 and the tuning box 5.
  • the half-loop formed by the first radiating element 10 is closed by the tuning impedance Za of the tuning box 5 in series with the ground plane and the circuit secondary of the transformer 8.
  • the electrical connections within a device illustrated in FIG. 1 and equipped with a second fixing means 4 which carries out an earthing of the first radiating element 10, are shown diagrammatically in FIG. 3.
  • the transmitter / receiver device 7 is coupled to the first radiating element by the adapter box 6 in series with the toroid 8.
  • a circuit of n p turns wound on the torus 8 is connected in series between the adapter box 6 and the ground plane.
  • the passage of the first radiating element 10 inside the torus achieves a secondary winding.
  • the point of attack 13 of the antenna symbolically represents the supply of the first radiating element 10 from the attack signal E2 and the half-loop formed by the first radiating element 10 is closed by the tuning impedance Za of the tuning box 5 in series with the ground plane.
  • the torus is installed as close as possible to the second end of the first radiating element 10.
  • the point of attack 13 corresponds to the second end 12 of the radiating element 10.
  • FIG. 4 illustrates a mode of installation on a vehicle 1 of a second embodiment of a device according to the invention.
  • the device comprises an antenna 2, a first fixing means 3, a second means fixing 4, a tuning box 5, an adapter box 6, a device transmitter / receiver 7 and a coupling device 8.
  • the antenna 2 comprises a first radiating element 10 and a second radiating element 14.
  • the first radiating element 10 is of the type previously described with reference to FIG. 1.
  • the second radiating element 14 consists of an electrical conductor.
  • the electrical conductor is by example a copper wire.
  • the second radiating element 14 is fixed by a end at a third attachment point 15 and at another end at a determined point 16 of the antenna 2.
  • the determined point 16 is located between the two ends of the first radiating element 10.
  • the third point of fixing 15 maintains the second radiating element 14 and isolates it from the plane of mass.
  • the third attachment point 15 is located on an upper part of the vehicle 1, for example on the roof.
  • the second fastening means 4 keeps the second folded down end 12 of the first radiating element 10 near the ground plane to impose on the first radiating element 10 a curved shape above of the ground plan.
  • the second fastening means 4 provides electrical continuity between the second end 12 of the first radiating element 10 and the ground plane of the vehicle 1. Electrical continuity must be of very good quality. This needs to take care of the contact between the ground plane and the second end 12 of the first radiating element 10. This is achieved, according to a first embodiment, on the one hand by stripping the body 9 at second fixing point to expose the sheet metal and on the other hand providing an electrical connection point at the second end 12 of the first radiating element 10 and finally by maintaining a strong pressure between the second end 12 of the first radiating element 10 and the bodywork 9. Strong pressure can, for example, be exerted by a bolted device.
  • the first fastening means 3, the tuning box 5, the box adapter 6 and the transmitter / receiver device 7 are of the same type as those described with reference to Figures 1 and 2 and their installation is the same.
  • the coupling device 8 consists of an electrical link, a coaxial link for example.
  • Figure 5 gives a schematic representation of electrical connections within the device of figure 4.
  • the transmitter / receiver device 7 is coupled to the antenna 2 by the adapter box 6 in series with the coupling device 8.
  • the signal emitted E 1 by the transmitter / receiver device 7 is adapted by the adapter box 6 to generate an attack signal E 2 .
  • the drive signal E 2 is transmitted by the coupling device 8, a coaxial link for example, to a point of attack 13.
  • the signal d attack E 2 is found at the attack point 13. From the attack point 13, the attack signal E 2 is transmitted by the second radiating element 14 at the determined point 16. According to this arrangement, during a transmission, the radiation is produced by the antenna 2 composed of the first radiating element 10 and the second radiating element 14.
  • the determined point 16 is chosen between two consecutive segments of the wire antenna 10.
  • the determined point 16 is located on a mechanical part, for example a segment of very short length, inserted between the two consecutive segments of the wire antenna 10.
  • This arrangement makes it possible to modify the impedance seen at the point of attack 13 by moving the determined point 16 along the wire antenna 10.
  • the determined point 16 is moved by moving the mechanical part between two other consecutive segments.
  • the impedance can thus vary between a first value when the determined point 16 is located as close as possible to the second end 12 of the wire antenna 10, and a second value when the determined point 16 is located as close as possible to the first end 11.
  • the position of the determined point 16 is determined during a computer simulation of the device. At the corresponding location on the wire antenna 10, a preparation is carried out to allow the second radiating element 14 to be connected directly.
  • the preparation consists, for example, in removing the insulating coating from the wire antenna 10 to expose the conductive material.
  • This method is also applicable in the first embodiment of the first radiating element 10. The method thus makes it possible to be able to choose an impedance from a continuous variation of values.
  • the determined point 16 is located at a distance from the second end 12 between 60 and 100 cm, and this for a frequency band between 2 and 12 MHz.
  • the position of the determined point 16 can be estimated firstly by calculating 1 ⁇ 4 of the length of the wire antenna 10 and be further refined using a simulation program.
  • the ground plan does not provide good electrical continuity between the second fixing means 4 and the impedance ok Za from the box ok 5 it is possible to improve continuity electric by adding a conductive tape (of the ground braid type, wire mesh or metal strip (copper strip, for example) on the vehicle 1.
  • a conductive tape of the ground braid type, wire mesh or metal strip (copper strip, for example) on the vehicle 1.
  • the invention is particularly applicable to a vehicle. But she can just as easily be installed on a fixed support. It seems indeed particularly advantageous to use such a device when, for example example, the site to accommodate the antenna is of limited dimensions or when the construction of a pylon or a concrete mass is undesirable.
  • the first radiating element can, in a particular embodiment, to be produced by a metal tube of section low.
  • the curved shape of the first radiating element can be approached by giving the metal tube a polygonal shape.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

L'invention concerne les dispositifs à antenne demi-boucle installés sur un véhicule. Le dispositif comprend une antenne (2) alimentée en un point d'attaque (13) au moyen d'un dispositif émetteur/récepteur (7) par l'intermédiaire d'une boîte d'adaptation (6) et d'un dispositif de couplage (8). L'antenne (2) est courbée au-dessus du véhicule (1) équipé d'un plan de masse. Application, en particulier, pour des véhicules militaires. <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif à antenne demi-boucle installé sur un véhicule pour établir des communications dans la bande des hautes fréquences, communément notée HF. Dans le cadre de l'invention, les fréquences mises en jeu sont typiquement comprises entre 1,5 et 24 MHz.
L'invention permet en particulier à un véhicule en mouvement de communiquer par l'intermédiaire d'une liaison HF avec un correspondant fixe ou mobile.
Pour assurer des transmissions radioélectriques à courtes ou longues distances la gamme des fréquences HF est généralement utilisée. Cette gamme de fréquence permet, en fonction de critères de puissance des émetteurs, en fonction des antennes utilisées, en fonction des distances entre les stations et de leur situation géographique et en fonction des dates et heures de transmission et de l'activité solaire, de prévoir une probabilité de transmission en fonction de la fréquence HF utilisée. Ainsi, l'opérateur choisit la fréquence HF la plus appropriée pour établir une communication à une distance déterminée.
Dans le cas de transmission entre des stations fixes, le choix d'une antenne appropriée pour obtenir des caractéristiques de rayonnement en mode émission et en mode réception permettant d'optimiser un bilan de liaison est relativement facile. Dans le cas de stations mobiles de radiocommunication, tel un véhicule, le type d'antenne pouvant être utilisée est très limité pour des raisons mécaniques d'installation et pour des raisons de sécurité du véhicule en mouvement.
Les systèmes connus actuellement résolvent un des deux problèmes précédents mais pas les deux simultanément de façon satisfaisante.
Un autre problème fréquemment rencontré dans les communications HF consiste en l'existence d'une « zone d'ombre » située, à titre indicatif, entre 50 et 150 km (la distance dépend de la puissance, du relief, ...). Cette « zone d'ombre » dépend de la directivité des antennes utilisées, et du type de propagation mis en oeuvre. La propagation des ondes se fait généralement suivant deux modes, un mode dit de sol qui correspond à une onde directe et un mode dit ionosphérique qui correspond à une onde réfléchie par les différentes couches ionisées de l'atmosphère terrestre. Les directivités des antennes utilisées sont telles qu'entre les deux modes de propagation, il existe une zone non couverte par les ondes, cette zone est dite « zone d'ombre ».
Un but de l'invention est de résoudre simultanément les problèmes précédents à un coût raisonnable.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif à antenne demi-boucle pour des communications dans la bande HF, installé sur un véhicule équipé d'un plan de masse, comprenant un dispositif émetteur/récepteur, caractérisé en ce qu'il comprend :
  • une antenne comprenant un premier élément rayonnant flexible et léger de longueur déterminée et de section faible par rapport à la longueur et dont une première extrémité est maintenue à proximité du plan de masse par l'intermédiaire d'un premier moyen de fixation et est couplée au plan de masse par une impédance d'accord,
  • et comprenant un point d'attaque situé sur un point déterminé de l'antenne et couplé électriquement au dispositif émetteur/récepteur au moyen d'une boíte d'adaptation en série avec un dispositif de couplage pour assurer l'alimentation de l'antenne,
  • et caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième moyen de fixation qui maintient rabattue une seconde extrémité du premier élément rayonnant à proximité du plan de masse pour imposer au premier élément rayonnant une forme courbe au-dessus du plan de masse.
    • Ainsi, le premier élément rayonnant, typiquement une antenne filaire est fixé par ses deux extrémités au véhicule, ce qui assure son maintien et ce qui permet de maítriser parfaitement la hauteur totale du véhicule. Les deux caractéristiques précédentes sont particulièrement importantes car elles participent fortement à la sécurité du véhicule en mouvement. L'installation sur le véhicule ne nécessite pas de travaux importants étant donné la légèreté de l'antenne et étant donné que sa longueur et sa courbure peuvent être adaptées en fonction de la longueur du véhicule.
    L'invention sera bien comprise et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante présentée à titre d'illustration non limitative et faite en regard d'exemples particuliers de réalisation illustrés par des figures annexées qui représentent :
    • la figure 1, un mode d'installation sur un véhicule d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention,
    • la figure 2, un schéma de connexions électriques entre des éléments composant le dispositif de la figure 1, selon une première variante,
    • la figure 3, un schéma de connexions électriques entre des éléments composant le dispositif de la figure 1, selon une deuxième variante,
    • la figure 4, un mode d'installation sur un véhicule d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention,
    • la figure 5, un schéma de connexions électriques entre des éléments composant le dispositif de la figure 4.
    Sur les différentes figures les éléments homologues sont représentés avec une même référence.
    La figure 1 illustre un mode d'installation sur un véhicule 1 d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif comprend une antenne 2, un premier moyen de fixation 3, un deuxième moyen de fixation 4, une boíte d'accord 5, une boíte d'adaptation 6, un dispositif émetteur/récepteur 7 et un dispositif de couplage 8.
    Le véhicule 1 est du type voiture tout terrain, par exemple. Le véhicule 1 comprend une carrosserie 9 réalisée avec des tôles. Les tôles réalisent un plan de masse du véhicule 1 dont la qualité dépend en partie de l'assemblage des tôles entre elles. Lorsque la carrosserie 9 ne comprend pas de tôle, le véhicule 1 peut être équipé d'un plan de masse réalisé par l'adjonction d'un ruban conducteur (du type tresse de masse, grillage ou feuillard métallique (bande de cuivre), par exemple) installé sur le véhicule 1. Cette adjonction peut aussi être réalisée lorsque la qualité du plan de masse réalisé par les tôles est jugée insuffisante.
    L'antenne 2 comprend un premier élément rayonnant 10. Le premier élément rayonnant 10 est flexible, léger, de longueur déterminée et de section faible par rapport à la longueur. Dans un premier mode de réalisation du premier élément rayonnant 10, le premier élément rayonnant 10 est une antenne filaire du type « antenne fouet » réalisée par une succession de segments. Sur chaque segment est réalisé, à une extrémité un filetage et à l'autre extrémité un taraudage complémentaire du filetage. Les segments sont interconnectables et interchangeables entre eux. Suivant ce mode de réalisation il est aisé de réaliser une antenne filaire de longueur déterminée en assemblant plus ou moins de segments les uns à la suite des autres. Dans un deuxième mode de réalisation du premier élément rayonnant 10, le premier élément rayonnant 10 est une antenne filaire du type « antenne fouet » réalisée par un seul segment dont la longueur coïncide avec la longueur voulue de l'antenne filaire. La longueur de l'antenne filaire est typiquement entre 4 et 6 m pour la bande de fréquence considérée. Quel que soit le mode de réalisation du premier élément rayonnant 10, les matériaux utilisés pour fabriquer le premier élément rayonnant 10, métal ou fibre de verre métallisée par exemple, lui confèrent flexibilité et légèreté. Ses propriétés de flexibilité permettent de courber le premier élément rayonnant 10 entre deux extrémités. Une première extrémité 11 est maintenue à proximité du plan de masse par le premier moyen de fixation 3, qui réalise un premier point de fixation. Une seconde extrémité 12 est maintenue à proximité du plan de masse par le deuxième moyen de fixation 4, qui réalise un deuxième point de fixation. La longueur du premier élément rayonnant 10 doit être la plus longue possible tout en restant compatible mécaniquement des exigences de sécurité et de mobilité du véhicule 1.
    Le premier moyen de fixation 3 isole électriquement la première extrémité 11 du premier élément rayonnant 10 du plan de masse et il maintient la première extrémité 11 du premier élément rayonnant 10 à proximité du plan de masse. Le premier moyen de fixation 3 est monté sur le véhicule 1, par exemple sur l'arrière. Le premier moyen de fixation 3 est, par exemple, un support isolant utilisé couramment pour fixer des antennes du type « antenne fouet » sur un véhicule.
    Le deuxième moyen de fixation 4 maintient rabattue la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10 à proximité du plan de masse pour imposer au premier élément rayonnant 10 une forme courbe au-dessus du plan de masse. Selon une première variante, le deuxième moyen de fixation 4 isole électriquement du plan de masse la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10. Les connexions électriques du dispositif suivant cette première variante, sont détaillées dans la suite du document en regard de la figure 2. Selon une première réalisation particulière, le deuxième moyen de fixation 4 consiste en une pièce isolante boulonnée sur le véhicule 1, par exemple sur l'avant du toit. Selon une deuxième réalisation particulière, le deuxième moyen de fixation 4 consiste en une pièce magnétique recouvert d'une matière isolante posée sur une partie métallique du toit. Selon une deuxième variante, le deuxième moyen de fixation 4 réalise une continuité électrique entre la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10 et le plan de masse du véhicule 1. Les connexions électriques du dispositif correspondant sont détaillées dans la suite du document en regard de la figure 3.
    Suivant les différentes variantes précédentes, le premier élément rayonnant 10 réalise une demi-boucle au-dessus du véhicule 1 dont la courbure dépend essentiellement de la longueur du premier élément rayonnant 10 et de l'emplacement des points de fixation sur le véhicule 1.
    La boíte d'accord 5 est installée dans le véhicule 1, ou éventuellement à l'extérieur du véhicule 1 (si elle est installée à l'extérieur elle peut même remplacer le premier moyen de fixation 3 et assurer le maintien de la première extrémité 11 du premier élément rayonnant 10). Elle permet d'accorder le premier élément rayonnant 10 pour une fréquence donnée. En fonction de l'impédance du premier élément rayonnant 10 la boíte d'accord 5 commute des éléments capacitifs ou inductifs au moyen d'un dispositif de commutation, des relais par exemple. L'accord peut également être réalisé par des éléments capacitifs et/ou inductifs variables commandés en fonction de l'impédance du premier élément rayonnant 10 pour une fréquence donnée. La boíte d'accord 5 permet ainsi d'obtenir une impédance d'accord Za variable entre un point de connexion et le plan de masse du véhicule 1. Le point de connexion est relié électriquement par une liaison souple ou rigide à la première extrémité 11 du premier élément rayonnant 10.
    La boíte d'adaptation 6 est installée dans le véhicule 1. Elle réalise un interface entre le premier élément rayonnant 10 et le dispositif émetteur/récepteur 7. Généralement le dispositif émetteur/récepteur 7 est adapté pour une charge de 50 Ω. Dans ce cas, la boíte d'adaptation 6 réalise une adaptation d'impédance entre la sortie du dispositif émetteur/récepteur 7 et l'antenne 2.
    Le dispositif émetteur/récepteur 7 est installé dans le véhicule 1. Il génère un signal à émettre et exploite les signaux reçus par l'antenne 2.
    Le dispositif de couplage 8 est installé dans le véhicule 1, ou éventuellement sur le véhicule 1, à proximité du deuxième moyen de fixation 4. Lorsque le dispositif comprend un deuxième moyen de fixation 4 isolant, le dispositif de couplage 8 consiste en un transformateur formé d'un circuit primaire de np spires et d'un circuit secondaire de ns spires, ce qui détermine son rapport de transformation n. Lorsque le dispositif comprend un deuxième moyen de fixation 4 qui réalise une mise à la masse du premier élément rayonnant 10, le dispositif de couplage 8 consiste en un élément magnétique, par exemple un tore, dans lequel passe le premier élément rayonnant 10 et sur lequel est bobiné np spires.
    Les connexions électriques au sein d'un dispositif illustré par la figure 1 et équipé d'un deuxième moyen de fixation 4 isolant, sont schématisées sur la figure 2.
    Le dispositif émetteur/récepteur 7 est couplé au premier élément rayonnant 10 par la boíte d'adaptation 6 en série avec le transformateur 8. Le circuit primaire du transformateur 8 est connecté en série entre la boíte d'adaptation 6 et le plan de masse. Le circuit secondaire du transformateur 8 est connecté en série entre un point d'attaque 13 de l'antenne 2 et le plan de masse. Le point d'attaque 13 est situé à un point déterminé de l'antenne 2 localisé entre les deux extrémités du premier élément rayonnant 10. Le point déterminé est localisé au plus près de la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10. Un signal émis E1 par le dispositif émetteur/récepteur 7 est adapté par la boíte d'adaptation 6 pour générer un signal d'attaque E2. Le signal d'attaque E2 est transmis par le transformateur 8 au point d'attaque 13. Suivant cette disposition, lors d'une émission, le rayonnement est réalisé par le premier élément rayonnant 10.
    La boíte d'adaptation 6 est reliée à la boíte d'accord 5 par une liaison électrique. La boíte d'adaptation 6 génère un signal de commande C1 donnant une information de fréquence. La boíte d'accord 5 exploite ce signal de commande C1 pour régler l'impédance d'accord Za. Le réglage de l'impédance d'accord Za est réalisé de manière à accorder le premier élément rayonnant 10 pour la fréquence de fonctionnement du dispositif émetteur/récepteur 7. Il est possible de remplacer la liaison électrique entre la boíte d'adaptation 6 et la boíte d'accord 5 par une liaison similaire entre le dispositif émetteur/récepteur 7 et la boíte d'accord 5. La demi-boucle formée par le premier élément rayonnant 10 est bouclée par l'impédance d'accord Za de la boíte d'accord 5 en série avec le plan de masse et le circuit secondaire du transformateur 8. Dans le cas où le plan de masse n'assure pas une bonne continuité électrique entre le circuit secondaire du transformateur 8 et l'impédance d'accord Za de la boíte d'accord 5, il est possible d'améliorer la continuité électrique en ajoutant un ruban conducteur (du type tresse de masse, grillage ou feuillard métallique (bande de cuivre), par exemple) sur le véhicule 1.
    Les connexions électriques au sein d'un dispositif illustré par la figure 1 et équipé d'un deuxième moyen de fixation 4 qui réalise une mise à la masse du premier élément rayonnant 10, sont schématisées sur la figure 3. Le dispositif émetteur/récepteur 7 est couplé au premier élément rayonnant par la boíte d'adaptation 6 en série avec le tore 8. Un circuit de np spires bobinées sur le tore 8 est connecté en série entre la boíte d'adaptation 6 et le plan de masse. Le passage du premier élément rayonnant 10 à l'intérieur du tore réalise une spire au secondaire. Dans cette configuration le point d'attaque 13 de l'antenne représente d'une manière symbolique l'alimentation du premier élément rayonnant 10 à partir du signal d'attaque E2 et la demi-boucle formée par le premier élément rayonnant 10 est bouclée par l'impédance d'accord Za de la boíte d'accord 5 en série avec le plan de masse. Suivant un mode préféré de réalisation, le tore est installé au plus près de la seconde extrémité du premier élément rayonnant 10. Suivant cette disposition le point d'attaque 13 correspond à la seconde extrémité 12 de l'élément rayonnant 10.
    La figure 4 illustre un mode d'installation sur un véhicule 1 d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif comprend une antenne 2, un premier moyen de fixation 3, un second moyen de fixation 4, une boíte d'accord 5, une boíte d'adaptation 6, un dispositif émetteur/récepteur 7 et un dispositif de couplage 8.
    L'antenne 2 comprend un premier élément rayonnant 10 et un second élément rayonnant 14. Le premier élément rayonnant 10 est du type décrit précédemment en regard de la figure 1. Le second élément rayonnant 14 consiste en un conducteur électrique. Le conducteur électrique est par exemple un fil de cuivre. Le second élément rayonnant 14 est fixé par une extrémité à un troisième point de fixation 15 et par une autre extrémité à un point déterminé 16 de l'antenne 2. Le point déterminé 16 est situé entre les deux extrémités du premier élément rayonnant 10. Le troisième point de fixation 15 maintient le second élément rayonnant 14 et l'isole du plan de masse. Le troisième point de fixation 15 est localisé sur une partie haute du véhicule 1, par exemple sur le toit.
    Le second moyen de fixation 4 maintient rabattue la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10 à proximité du plan de masse pour imposer au premier élément rayonnant 10 une forme courbe au-dessus du plan de masse. Dans cet exemple particulier de réalisation, le deuxième moyen de fixation 4 réalise une continuité électrique entre la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10 et le plan de masse du véhicule 1. La continuité électrique doit être de très bonne qualité. Ceci nécessite de soigner le contact entre le plan de masse et la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10. Ceci est réalisé, selon un premier mode de réalisation, d'une part en décapant la carrosserie 9 au deuxième point de fixation pour y mettre à nu la tôle et d'autre part en réalisant un point de connexion électrique à la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10 et enfin en maintenant une forte pression entre la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10 et la carrosserie 9. La forte pression peut, par exemple, être exercée par un dispositif boulonné.
    Le premier moyen de fixation 3, la boíte d'accord 5, la boíte d'adaptation 6 et le dispositif émetteur/récepteur 7 sont du même type que ceux décrits en regard des figures 1 et 2 et leur installation est la même.
    Le dispositif de couplage 8 consiste en un lien électrique, une liaison coaxiale par exemple.
    La figure 5 donne une représentation schématique des connexions électriques au sein du dispositif de la figure 4.
    Le dispositif émetteur/récepteur 7 est couplé à l'antenne 2 par la boíte d'adaptation 6 en série avec le dispositif de couplage 8. Le signal émis E1 par le dispositif émetteur/récepteur 7 est adapté par la boíte d'adaptation 6 pour générer un signal d'attaque E2. Le signal d'attaque E2 est transmis par le dispositif de couplage 8, une liaison coaxiale par exemple, à un point d'attaque 13. En négligeant les pertes dans la liaison coaxiale 8 (ces pertes sont très faibles), le signal d'attaque E2 se retrouve au point d'attaque 13. Du point d'attaque 13, le signal d'attaque E2 est transmis par le second élément rayonnant 14 au point déterminé 16. Suivant cette disposition, lors d'une émission, le rayonnement est réalisé par l'antenne 2 composée du premier élément rayonnant 10 et du second élément rayonnant 14. Il existe ainsi un couplage entre une boucle de faible surface, délimitée par le second élément rayonnant 14, une partie du premier élément rayonnant 10 (celle à proximité de la seconde extrémité 12 du premier élément rayonnant 10) et le plan de masse, et une boucle principale, délimitée par le second élément rayonnant 14, l'autre partie du premier élément rayonnant 10, l'impédance d'accord Za et le plan de masse. Dans le premier mode de réalisation du premier élément rayonnant 10 (décrit en regard de la figure 1 lors de la description de l'antenne 2) le point déterminé 16 est choisi entre deux segments consécutifs de l'antenne filaire 10. Le point déterminé 16 est localisé sur une pièce mécanique, par exemple un segment de longueur très courte, insérée entre les deux segments consécutifs de l'antenne filaire 10. Cette disposition permet de modifier l'impédance vue au point d'attaque 13 en déplaçant le point déterminé 16 le long de l'antenne filaire 10. Le point déterminé 16 est déplacé en déplaçant la pièce mécanique entre deux autres segments consécutifs. L'impédance peut ainsi évoluer entre une première valeur lorsque le point déterminé 16 est localisé au plus près de la seconde extrémité 12 de l'antenne filaire 10, et une deuxième valeur lorsque le point déterminé 16 est localisé au plus près de la première extrémité 11. Dans le deuxième mode de réalisation du premier élément rayonnant 10 (décrit en regard de la figure 1 lors de la description de l'antenne 2), la position du point déterminé 16 est déterminée lors d'une simulation informatique du dispositif. A l'endroit correspondant sur l'antenne filaire 10, une préparation est réalisée pour permettre de connecter directement le second élément rayonnant 14. La préparation consiste, par exemple, en la suppression du revêtement isolant de l'antenne filaire 10 pour mettre à nu le matériau conducteur. Ce procédé est aussi applicable dans le premier mode de réalisation du premier élément rayonnant 10. Le procédé permet ainsi de pouvoir choisir une impédance parmi une variation continue de valeurs. Pour une longueur d'antenne filaire de 5 m, le point déterminé 16 se situe à une distance de la seconde extrémité 12 comprise entre 60 et 100 cm, et ceci pour une bande de fréquence comprise entre 2 et 12 MHz. La position du point déterminé 16 peut être estimée dans un premier temps en calculant le ¼ de la longueur de l'antenne filaire 10 et être affinée dans un deuxième temps en utilisant un programme de simulation.
    Dans le cas où le plan de masse n'assure pas une bonne continuité électrique entre le deuxième moyen de fixation 4 et l'impédance d'accord Za de la boíte d'accord 5 il est possible d'améliorer la continuité électrique en ajoutant un ruban conducteur (du type tresse de masse, grillage ou feuillard métallique (bande de cuivre), par exemple) sur le véhicule 1.
    Dans le cas de changements de fréquence peu fréquents, voire inexistants, il est possible de remplacer les éléments capacitifs et/ou inductifs variables par des éléments fixes permettant de minimiser les pertes de transmission pour la fréquence de travail. Ceci peut être réalisé :
    • en remplaçant la boíte d'accord 5 par un premier circuit réactif non commutable et non commandable ; le signal de commande C1 est supprimé,
    • et en remplaçant la boíte d'adaptation 6 par un deuxième circuit réactif non commutable et non commandable.
    L'invention s'applique particulièrement à un véhicule. Mais elle peut tout aussi bien être installée sur un support fixe. Il semble en effet particulièrement intéressant d'avoir recours à un tel dispositif lorsque, par exemple, le site devant accueillir l'antenne est de dimensions restreintes ou lorsque la construction d'un pylône ou d'une masse en béton est indésirable.
    Dans ces conditions, le premier élément rayonnant peut, dans un mode particulier de réalisation, être réalisé par un tube métallique de section faible. Dans ce mode particulier de réalisation, la forme courbe du premier élément rayonnant peut être approchée en donnant au tube métallique une forme polygonale.

    Claims (14)

    1. Dispositif à antenne demi-boucle pour des communications dans la bande HF, installé sur un véhicule (1) équipé d'un plan de masse, comprenant un dispositif émetteur/récepteur (7), caractérisé en ce qu'il comprend :
      une antenne (2) comprenant un premier élément rayonnant (10) flexible et léger de longueur déterminée et de section faible par rapport à la longueur et dont une première extrémité (11) est maintenue à proximité du plan de masse par l'intermédiaire d'un premier moyen de fixation (3) et est couplée au plan de masse par une impédance d'accord (Za) ;
      un point d'attaque (13) situé sur un point déterminé de l'antenne (2) et couplé électriquement au dispositif émetteur/récepteur (7) au moyen d'une boíte d'adaptation (6) en série avec un dispositif de couplage (8) pour assurer l'alimentation de l'antenne (2) ; et
      un second moyen de fixation (4) qui maintient rabattue une seconde extrémité (12) du premier élément rayonnant (10) à proximité du plan de masse pour imposer au premier élément rayonnant (10) une forme courbe au-dessus du plan de masse.
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne (2) comprend un second élément rayonnant (14) formé par un conducteur électrique dont une première extrémité qui sert de point d'attaque (13) est fixée au véhicule et dont l'autre extrémité est connectée électriquement en un point déterminé (16) du premier élément rayonnant (10) et en ce que le second moyen de fixation (4) relie électriquement le premier élément rayonnant (10) au plan de masse.
    3. Dispositif à antenne demi-boucle pour des communications dans la bande HF, installé sur un support fixe (1) équipé d'un plan de masse, comprenant un dispositif émetteur/récepteur (7), caractérisé en ce qu'il comprend :
      une antenne (2) comprenant un premier élément rayonnant (10) léger de longueur déterminée et de section faible par rapport à la longueur et dont une première extrémité (11) est maintenue à proximité du plan de masse par l'intermédiaire d'un premier moyen de fixation (3) et est couplée au plan de masse par une impédance d'accord (Za) ;
      un point d'attaque (13) situé sur un point déterminé de l'antenne (2) et couplé électriquement au dispositif émetteur/récepteur (7) au moyen d'une boíte d'adaptation (6) en série avec un dispositif de couplage (8) pour assurer l'alimentation de l'antenne (2) ; et
      un deuxième moyen de fixation (4) qui maintient rabattue une seconde extrémité (12) du premier élément rayonnant (10) à proximité du plan de masse pour imposer au premier élément rayonnant (10) une forme polygonale au-dessus du plan de masse.
    4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'antenne (2) comprend un second élément rayonnant (14) formé par un conducteur électrique dont une première extrémité qui sert de point d'attaque (13) est fixée au support fixe et dont l'autre extrémité est connectée électriquement en un point déterminé (16) du premier élément rayonnant (10) et en ce que le second moyen de fixation (4) relie électriquement le premier élément rayonnant (10) au plan de masse.
    5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le point déterminé de l'antenne (2) est déterminé pour obtenir une impédance déterminée au point d'attaque (13).
    6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le dispositif de couplage (8) est un transformateur comprenant un circuit primaire en série entre la boíte d'adaptation (6) et le plan de masse et comprenant un circuit secondaire en série entre le point d'attaque (13) et le plan de masse.
    7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le point déterminé (16) du premier élément rayonnant (10) est déterminé pour obtenir une impédance déterminée au point d'attaque (13).
    8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de couplage (8) est un tore sur lequel est bobiné un circuit primaire à np spires en série entre la boíte d'adaptation (6) et le plan de masse et dans lequel passe le premier élément rayonnant (10) dont la seconde extrémité (12) est reliée au plan de masse par le second élément de fixation (4).
    9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le point déterminé de l'antenne (2) correspond à la seconde extrémité (12) de l'antenne (2).
    10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le second élément rayonnant (14) est un conducteur électrique.
    11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le premier élément rayonnant (10) est une antenne fouet.
    12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'impédance d'accord (Za) est commutée par un signal de commutation (C1) généré par la boíte d'adaptation (6) pour accorder l'antenne (2) à une fréquence donnée.
    13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la boíte d'accord (5) est composée d'un premier circuit réactif de valeur fixe et en ce que la boíte d'adaptation (6) est composée d'un deuxième circuit réactif de valeur fixe.
    14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la boíte d'accord (5) et la boíte d'adaptation (6) sont regroupées dans un même boítier.
    EP98401926A 1997-08-12 1998-07-28 Dispositif à antenne demi-boucle haute fréquence Withdrawn EP0897200A1 (fr)

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