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RESEAUX ET COMBINAISONS.DE SYSTEMES D'ANTENNES.
La présente invention est relative aux systèmes d'antennes et plus particulièrement aux réseaux et combinaisons de systèmes d'antennes.
Dans la navigation aérienne il est parfois désirable de combiner certains systèmes d'antennes. Une antenne de radiophare disposée sur un réseau d'antenne qui la supporte constitue un exemple d'une telle combinai- son. Un tel réseau peut comprendre une pile de dipôles, de cônes circulai- res ou d'éléments radiateurs bi-côniques, et l'un des principaux problèmes soulevés consiste à disposer lés conducteurs de transmission des diverses unitésd'antennes longitudinalement par rapport à la pile, sans perturber les caractéristiques d'impédance et de radiation dèsdites unités.
De tels conducteurs de transmission peuvent comprendre des guides d'ondes devant être disposés longitudinalement par rapport à la pile, et allant'de l'anten- ne supérieure du radiophare à l'émetteur et au récepteur dudit radiophare situé au dessous de-la pile. Afin de minimiser l'interférence,les conduc- teurs de transmission et les guides d'ondes sont disposés en spirale autour du réseau d'antenne empilé. Cette disposition des conducteurs de transmis- sion sur le réseau d'antenne a pour effet d'accroître quelque peu au hasard les lobes mineurs du diagramme de rayonnement.
Bien que ceci n'affecte pas le rendement général du.réseau, le gain de l'antenne s'en trouve cependant réduit d'environ 0,5 à 1 décibal. ¯
L'un des objets de la présente invention est.de prévoir une unité d'antenne pouvant être utilisée dans des réseaux d'antennes empilées et pou- vant accomoder des conducteurs de. transmission, par exemple des câbles coaxiaux et des guides d'ondes dans.le.sens de sa longueur, sans que la présence de ces conducteurs affecte les caractéristiques'de,rayonnement et.d'impédance de l'unité d'antenne..
Un autre objet de.la présente invention est de prévoir un réseau d'antenne omni-directionnel'à gain élevé.
Un autre objet de la présente invention est encore de prévoir une
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combinaison de systèmes d'antennes possédant une structure combinée pouvant supporter deux ou plusieurs systèmes d'antennes empilés les uns sur les au- tres, et ne présentant pratiquement pas d'interférence mutuelle.
L'une des caractéristiques de la présente invention réside dans une construction nouvelle d'antenne selon laquelle des lignes d'alimentation par exemple des câblescoaxiaux et des guides d'ondes, sont disposés dans le sens de la longueur à travers la structure de l'antenne, sans affec- ter ses caractéristiques d'impédacne ou* de rayonnement.
En bref les éléments radiateurs dé l'antenne peuvent simuler un dipôle de révolution, ou bien ils peuvent comprendre des éléments radiateurs bi-côniques ou en forme de cornets disposés à l'opposé les uns des autres, ou'toute autre forme d'élément radia- teur, à condition qu'ils présentent un espace intérieur suffisant pour qu'on puisse y disposer un prolongement des conducteurs de l'antenne ainsi que les dispositifs isolants nécessaires, Une forme préférée comprend une. pai- re dé cornets disposés dos à dos et dont les caractéristiques de rayonnement sont semblables à celles d'un dipôle,
d'un cône circulaire ou d'une antenne bi-conique. La caractéristique importante de la présente'invention réside dans la disposition d'une structure support a travers laquelle les conduc- teurs de transmission peuvent être disposés et dans la prévision de disposi- tifs permettant d'isoler les éléments radiateurs de chaque antenne desdites lignes de conducteurs et de la structure support. Ce dispositif isolant se présente de préférence sous la forme d'une bobine de choc, à haute fré- quence disposée autour des conducteurs et de la structure support à chaque élément.radiateur.
Cette construction d'antenne permet d'éviter non seule- ment la présence de guides d'ondes externes ou d'autres lignes de transmission conduisant aux systèmes d'antennes adjacents mais également la présence de lignes d'alimentation externes conduisant aux unitésd'antennes adjacentes d'un réseau d'antennes empilées.
Les objets et caractéristiques dé la présente invention apparai- tront plus clairement à la lecture de la description suivanté d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels :
La Fig. 1 représente sous une forme schématique une pluralité de systèmes d'antennes empilés les uns sur les autres selon les principes . de la présente invention..
La Fig. 2 montre une vue en coupe transversale¯prise suivant la ligne 2-2 de la Fig. 3 et la Fig. 3 montre une vue en coupe longitudi- 'nale prise suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2, môntrant l'une.des structures. d'anténnes que peut comprendre l'une des unités d'antennes du réseau montré à la Fig. 1 et ' Les'Figs. 4 et. 5 montrent une vue en.coupe longitudinale de deux -autres unités d'antennes qui peuvent également être utilisées dans des ré- seaux selon les principes de la présente invention.
Si l'on se réfère à la.Fig. 1, on voit que les systèmes d'anten- ne 1 et 2.sont empilés verticalement l'un sur l'autre; Le système d'anten- ne 1 est une antenne de radiophàre du type nécessitant deux guides d'ondes
3 et 4 descendant à travers l'antenne 2 jusqu'à l'émetteur et au récepteur . habituels du radiophare. Le système d'antenne 2 'comprend'un"réseau d'unités d'antennes 5 empilées verticalement utilisé en relation avec un équipement de mesure de distance.
Ces unités d'antennes qui forment le réseau donnent une polarisation verticale et'un diagramme de rayonnement horizontal omni- directionnel, avec un gain de puissance égal approximativement à 8 sur un dîpole en demi-onde, et une. direction de faisceau qui peut.être'-'inclinée vers le haut ou vers le bas par rapport à l'horizontale.
Les Figs 2 et-3, en relation avec la Fig. 1, montrent un exemple de réalisation d'unité d'antenne qu'il est préférable d'utiliser pour le. réseau, ,et montrent une structure support et les dispositifs permettant de faire passer les lignes de transmission coaxiales et les guides d'ondes à travers ladite unité, sans que leur présence affecte les caractéristiques d'impédance ou de rayonnement des éléments radiateurs de l'unité. @ @
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L'unité 5 comprend les éléments radiateurs supérieurs et inférieurs 6 et 7 montrés sous la forme de cornets rectangulaires tronqués, disposés dos à dos. Les éléments radiateurs peuvent comprendre,.au.lieu de cornets, des cylindres ou des troncs de .cônes.
Les éléments radiateurs 6 et 7 sont alimen- tés par un câble coaxial diélectrique solide 8,' comprenant un conducteur,--- central 9 et une unité conductrice'10 formée par une tresse conductrice re- couverte d'une couche d'isolant 11. Le conducteur extérieur est.dénudé de -la couche d'isolant 11 et est à son tour disposé dans un tube conducteur 12 depuis l'accouplement 13. Le conducteur-extérieur, est ainsi .couplé à travers le tube 12 et un collie r 14 à des points diamétralement opposés de la plus petite extrémité du cornet 6. Le conducteur intérieur 9 est également.couplé à un collier 15 qui est connecté à des points diamétralement opposés de la petite extrémité du'cornet 7.
Ce dispositif d'alimentation assure un dia- gramme de rayonnement horizontal omni-directionnel, du fait que la. phase des charges électriques le long de la périphérie de chaque élément radiateur.est pratiquement constante, En d'autres termes les éléments radiateurs sont ali- mentés de telle sorte que les ondes sont toutes émises en phase dans toutes les directions de l'azimut.
Le tube conducteur 12 passe à travers une plaque 'conductrice 16 Faite de deux parties 17 et 18. Cette plaque ajustable est supportée dans une enveloppe conductrice rectangulaire 19 au moyen de tiges filetées 20 et d'écrous de serrage 21. La plaque 16 forme ainsi une paroi terminale fermant l'extrémité supérieure de cette enveloppe 19. L'extrémité inférieure l'enve- loppe 19 est fixée électriquement et mécaniquement à la portion inférieure de l'élément radiateur 6 comme indiqué en 22. Quatre tubes rectangulaires 23 et 24, 25 et 26 traversent également la plaque 16. Les tubes 23 et 24 constituent des conduits pouvant recevoir de une à quatre lignes de conduc- teurs coaxiaux.
Dans l'unité montrée aux Figs. 2 et 3, on voit quatre li- gnes coaxiales 27, 27a, 27b, 27c, deux dans le tube 23 et deux dans le tu- -be 24. La ligne coaxiale 27 se compose du conducteur d'entrée pour l'uni- té de couplage de transformateur 28, de laquelle des lignes conductrices ayant de préférence des longueurs électriques correspondantes, s'étendent jusqu'aux huit unités du réseau 2. Les tubes rectangulaires 25 et 26 comprennent une partie des guides d'ondes 3 et 4 du système d'antenne. 1 et constituent éga- lement la structure support pour les unités de l'antenne.
Afin d'isoler l'é- lément radiateur 6 des tubes 23 à 26 qui contiennent les conducteurs coaxiaux et forment les guides d'ondes de transmission 3 et 4 du système d'antenne 1, l'enveloppe 19, la plaque 16 et les parois conductrices des tubes compren- nent une bobine de choc haute fréquence pratiquement d'un quart de longueur d'onde. Grâce à l'effet de cette bobine de choc il n'y a pratiquement pas -d'énergie haute fréquence couplée aux lignes coaxiales et aux-guides. d'ondes traversant l'élément radiateur. @
L'élément radiateur inférieur 7 de l'unité d'antenne est muni de même d'une bobine de choc haute fréquence se composant de l'enveloppe
19a, de la plaque réglable 29 ét des parois des tubes 23 et 26.
Bien que les éléments en forme de cornets de l'unité 5 soient alimentés en leur centre, les éléments radiateurs peuvent être alimentés ' pratiquement à leur périphérie comme montré à la Fig. 4. Dans cet exemple de réalisation les éléments radiateurs se présentent sous la forme de cylin- dres 30 et 31 munis d'une ligne d'alimentation ooaxiale 32 connectée au cy- lindre 30 à travers l'espace périphérique compris entre les deux éléments radiateurs, par le conducteur central de connexion 33, le conducteur exté- rieur étant connecté électriquement au cylindre 31 comme indiqué en 34. La partie tubulaire 35 sur laquelle les cylindres sont fixés, bien qu'en étant isolés, et à travers laquelle les conducteurs et/ou les guides d'ondes passent,
s'étend coaxialement à travers les cylindres 30 et 31 et est munie de bobines de choc haute fréquence 36 et 37. Les cylindres 30 et 31 sont connectés ensemble en un point situé à l'opposé des connexions d'alimenta- tion 33, 34 par un court-circuit égaliseur de phase 38. Lorsque l'alimenta- tion se fait le long de la périphérie des éléments radiateurs,. comme le mon- tre la Fig. 4, le diamètre d de l'élément radiateur doit être limité en dimen- sion en fonction du rapport de la formule suivante : Ó = # Ó
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La Fig. 5 montre d'autres dispositifs permettant d'alimenter les éléments radiateurs.
Les éléments radiateurs cylindriques 39 et 40 sont mu- nis chacun de disques d'extrémité 41, 42, constitués par une substance' con- ductrice à travers lesquels passent des éléments tubulaires 43 et 44 destinés à recevoir les conducteurs de transmission et/ou les.guides d'ondes. -Chacun. de ces éléments tubulaires est muni d'une bobine de choc haute fréquence com- me indiqué par le manchon coaxial 45 qui est fermé en 46 autour de la surfa- ce de la partie tubulaire, formant ainsi un élément d'arrêt du type quart d'onde.
Dans cet exemple de réalisation, une ligne coaxiale d'alimentation de l'unité est disposée coaxialement à celle-ci, le conducteur intérieur 47 étant connecté à la plaque 42 et¯le conducteur extérieur 48 étant connecté à la plaque 41. Si on le désire, ces connexions peuvent être inversées, L'alimentation au centre des plaques 41 et 42, le long de l'axe de symétrie, assure un diagramme de rayonnement horizontal omni-directionnel de manière à maintenir pratiquement constante la phase des charges électriques, le long de la périphérie des éléments radiateurs. Les ondes sont ainsi émises en phase dans toutes les directions de l'azimut.
Bien que les-principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisations, on com- prendra clairement que cette description est faite seulement à titre d'exem- ple et ne limite pas la portée de l'invention.