EP1594186B1 - Antenne de sol à boucle rayonnant en ondes kilométriques ou hectométriques - Google Patents
Antenne de sol à boucle rayonnant en ondes kilométriques ou hectométriques Download PDFInfo
- Publication number
- EP1594186B1 EP1594186B1 EP05300192A EP05300192A EP1594186B1 EP 1594186 B1 EP1594186 B1 EP 1594186B1 EP 05300192 A EP05300192 A EP 05300192A EP 05300192 A EP05300192 A EP 05300192A EP 1594186 B1 EP1594186 B1 EP 1594186B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- ground
- antenna
- excitation loop
- antenna according
- loop
- 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.)
- Active
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 81
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 34
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 13
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 17
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000000422 nocturnal effect Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000005433 ionosphere Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 244000045947 parasite Species 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/04—Adaptation for subterranean or subaqueous use
-
- 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
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
Definitions
- the present invention relates to an antenna in particular for transmitting in a long or medium frequency band between about 10 kHz and about 3 MHz, either in the LF or MF, for example for broadcasting digital radio program.
- the US Patent 2746040 relates to an omnidirectional antenna transmitting or receiving broadband frequency of the order of 100 MHz and therefore in VHF, the antenna is also usable at low frequencies by appropriate sizing.
- the antenna can be mounted in an aircraft or on the ground and includes coplanar radial conductors over a mass, whose ends are connected to an outer conductive concentric ring and other ends are connected to vertical conductors for radio frequency generators.
- Ground conductors which can be buried in the ground, are connected to the generators by conductive vertical supply wires.
- the generators provide a uniform power distribution so that the antenna radiates a cylindrical space wave between the surface of the lead ring and the ground conductors. No ground wave is radiated this antenna.
- a ground antenna comprising a ground plane, a metal excitation loop open between two ends and extending substantially parallel to the ground plane, and a metal connecting element substantially perpendicular to the loop and connecting one end of the excitation loop to the ground plane, is characterized in that for radiate a ground-kilometer or MF-wave, the ground plane is buried substantially horizontally near and below the ground surface, the excitation loop extends substantially horizontally above the ground surface at a height greater than 2 m approximately with respect to the ground plane and the excitation loop and the connecting element are each constituted by at least one thin cylindrical element.
- the opening of the excitation loop is very small compared to the length of the loop, in a ratio of about 1/50 to about 1/100, to substantially eliminate any horizontal electric field component at the surface of the ground.
- a space wave exploitable particularly for nocturnal ionospheric broadcasts with a greater range, from about thirty kilometers, is generated by the antenna of the invention. direction of a central zenith axis on the antenna.
- the ground antenna according to the invention is very discreet and thus insensitive to any violent wind, blast, lightning, earthquake or explosion.
- the antenna has almost no radar echo area (SER).
- the antenna also comprises a power supply means having terminals respectively connected to the excitation loop and to the ground plane at a distance from the connection element along the excitation loop such as the impedance the excitation loop brought back from the connecting element is substantially equal to the characteristic impedance of the power supply means so as to adapt the antenna to the characteristic impedance of the power supply means.
- a power supply means having terminals respectively connected to the excitation loop and to the ground plane at a distance from the connection element along the excitation loop such as the impedance the excitation loop brought back from the connecting element is substantially equal to the characteristic impedance of the power supply means so as to adapt the antenna to the characteristic impedance of the power supply means.
- a ground antenna according to the invention radiating with a useful wavelength ⁇ , emission or reception, substantially Telescopy or substantially hectometric comprises essentially a substantially horizontal metal ground plane 1, an open metal excitation loop ( or closed) substantially horizontal 2, and a metallic connecting element 3, substantially vertical, connecting the excitation loop to the ground plane.
- the open (or closed) metal excitation loop 2 extends substantially horizontally above the surface of the ground S at a height h and above the ground plane 1 at a height H.
- the height H is generally greater than about 2 m and the height h is deduced from He.
- the excitation loop 2 has a length greater than 25 m approximately.
- the shape of the loop 2 is similar to the regular contour of the ground plane 1 and can thus be circular, elliptical, rectangular, rhombic, or regular polygonal, for example square with a C side greater than about 5 m, as illustrated. in the figure 2 .
- the shape of the loop is not limited to the above-mentioned forms and is determined according to the purity of the polarization and the omnidirectionality desired for the antenna.
- the loop and the ground plane are superimposed so that they are centered on a common vertical axis VV.
- the excitation loop 2 has a length L 2 substantially equal to a multiple of a quarter of the useful wavelength ⁇ of the antenna.
- loop 2 is square with sides C about ⁇ / 16.
- One of the sides of the loop 2 is shorter so as to provide an opening 21-22 for example near one of the vertices of the loop when it is polygonal.
- the opening 21-22 can be made anywhere along the regular outline of which the loop is derived.
- the length LO of the opening 21-22 is a compromise between an opening too narrow which generates excessive potentials at the ends of the loop that would have to be evacuated and an opening too wide that does not bring back any current flowing in the loop of one 21 of its ends towards the other 22 to the detriment of the omnidirectional character of the antenna.
- the opening 21-22 here has a length LO of one meter, and the side of the loop aligned with the opening has a length of 18.6 m.
- the excitation loop 2 is supported in a horizontal plane above the ground S at the height h by posts substantially vertical insulators 4 which are regularly distributed along the loop, for example every 4 m to 5 m.
- Each post 4 is for example wood or plastic.
- An upper end of the post may be grooved to install and attach the excitation loop by a collar.
- a lower end of the post passes through a concrete liner 41 resting on the ground S and is housed in a plastic tube 42 such as PVC which is sealed in a concrete foot 43 cast in the ground and having a height greater than thickness e, for example 1.2 m, and thus passes through the ground plane 1.
- the excitation loop 2 is preferably made of a galvanized metal tube of diameter D.
- the connecting element 3 is a galvanized metal tubular rod having a height H greater than about 2 m.
- the cross-section diameters that is to say the diameter D of the tube of the excitation loop 2 and the diameter d of the tube of the connecting element 3, are between about 5 cm and about 20 cm, and may be identical.
- the diameters D and d may be equal and are larger as the bandwidth of the antenna must be wide.
- the tubes are for example made of steel, or preferably a better conductor, for example copper or aluminum, or an alloy having the predominant component of copper or aluminum.
- the excitation loop 2 consists of several superimposed or parallel tubes, a few dozen centimeters to allow higher power, improved bandwidth and reduced losses.
- the lengths and diameters of the superimposed or parallel tubes may be very slightly different in order to ensure an off-set tuning allowing bandwidth to be expanded in even or odd mode.
- the even mode half-wave
- the two ends 21 and 22 of the loop are closed on the ground with connections to it slightly different.
- the excitation loop 2 and the connecting element 3 could be thinner and each made in the form of a wire or a sheet of metal son, which would lead to decrease the bandwidth of the wire. 'antenna.
- the excitation loop 2 and the connecting element 3 are each in the form of a cage of diameter D, d composed of several parallel metallic wires 23 equidistributed circularly having a diameter of between about 0.6 mm and about 1.2 mm.
- the cage constituting the excitation loop 2 comprises metal rings 24 welded to the wires distributed regularly over its length, for example every 5 m to 10 m, to keep the son 23 parallel and equidistant in pairs and thus retain the equipotential distribution in circular section in the cage.
- the cages are advantageously lighter than the tubes and all the cages of the cages is less expensive than the tubes. This variant does not reduce the performance of the antenna and in particular allows to reach powers emission above 5 kW while guaranteeing a relatively wide bandwidth.
- the connecting element 3 has an upper end 31 welded to one end 21 of the excitation loop 2.
- a lower end 32 of the connecting element is welded to the ground plane 1, for example by the intermediate a small brass plate 11 welded to a few meshes of the ground plane when it is a lattice, as shown in the figure 5 .
- two wires 51 and 52 of the power cable connect negative and positive of the transmitter 5 respectively to the ground plane 1 and the excitation loop 2 at a small predetermined distance l of the connecting element 3 along the excitation loop such that the real part of the impedance the antenna brought back to the terminals of the transmitter is substantially equal to the characteristic impedance of the power supply means.
- the magnetic transverse wave TM is excited by the current in the excitation loop 2 parallel to the ground a few meters.
- the height H-e with respect to the ground results from a compromise between a tight coupling mode and the desired bandwidth.
- the vertical polarization is exploited in the antenna according to the invention, the horizontal electric field component being negligible in the propagation by the antenna all the more so that the excitation loop 2 is regular and closed like a circle or a polygon regular.
- the elementary electrical fields Ey are distributed almost uniformly to all the azimuths around the vertical axis VV of the antenna to ensure the omnidirectionality of the antenna.
- the antenna radiation impedance Z ant of the antenna must have an imaginary part or zero reactance, and the length L 2 of the excitation loop 2 must be the order of a quarter wavelength ⁇ / 4 (odd mode) or half-wave ⁇ / 2 (even mode).
- the radiation impedance Z ant is the impedance reduced by a terminal impedance Z t across the two parts of the antenna , the horizontal excitation loop 2 and the vertical connection element 3, which have characteristic impedances Z 2 and Z 3 .
- the terminal impedance Z t is placed at the end of the line at the loop end 22, between this end and the ground plane 1.
- the impedance at the point P is about R ant - jX.
- the value of Z 2 tan ( ⁇ l) is 8 ⁇ , which corresponds approximately to a length l of 1.3 m on the horizontal line, that is to say, since the end 21 of the loop excitation 2 to the power supply cable 52 to position and connect.
- a conductor wire of length L 2 above the ground having an end to ground has, for dimensions expressed in cm, an inductance expressed in ⁇ H of:
- the overvoltage coefficient of the antenna with the excitation loop 2 and the connecting element 3 made of copper tube is therefore very high and therefore has a wide bandwidth of several kilohertz for a carrier frequency of about one megahertz. , compared to good quality steels for which the conductivity does not exceed 15% of that of copper.
- Each radiation confinement means comprises one or more electromagnetic radiation conductive obstacles and constituting diffraction zones equivalent to point radiation sources in the respective predetermined direction.
- obstacles are for example ditches 61 which are empty or filled with metal elements with a depth of between 50 cm and a few meters depending on the penetration of the radiated wave into the ground. Obstacles may also be staked on the ground surface, such as metal protuberances or metal harrows 62 of low heights on the ground.
- the ground antenna according to the invention has been described above can be indifferently a transmitting antenna for transmitting, or a receiving antenna for receiving a kilometer wave or hectometric soil carrying a useful signal, while being unobtrusive and insensitive to external parasites on the ground and the ionosphere.
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
- La présente invention concerne une antenne notamment pour émettre dans une bande de fréquence longue ou moyenne comprise entre 10 kHz environ et 3 MHz environ, soit en ondes kilométriques ou hectométriques, par exemple pour la diffusion de programme radiophonique numérique.
- Actuellement, des pylônes rayonnants isolés de très grande hauteur de l'ordre de 20 à 350 mètres sont bien souvent installés loin des villes pour émettre des signaux dans la bande des ondes hectométriques avec une puissance d'émission relativement élevée. Si l'on souhaite installer un pylône rayonnant à proximité d'une agglomération ou en ville, un important périmètre de sécurité doit être disponible pour dresser le pylône rayonnant et installer le réseau de terre filaire associé au pylône et placé sur le sol ou à une faible profondeur dans le sol.
- Toutefois, l'avenir des grands pylônes rayonnants à proximité des villes ou dans celles-ci est compromis pour des raisons de compatibilité électromagnétique. Les couplages entre la partie érigée du pylône et les diverses structures métalliques pouvant être situées à proximité du pylône, telles que des armatures métalliques dans des bâtiments, des réverbères métalliques et des pylônes de lignes de transport d'énergie électrique constituent des sources de courant induits, difficilement acceptables par les administrations autorisant l'installation d'antennes.
- Outre l'aspect inesthétique des grands pylônes rayonnants, le contexte d'exposition du public au champ électromagnétique émis par les grands pylônes rayonnants nécessite d'obtenir un terrain relativement vaste pour l'emplacement de chaque pylône. Tous ces inconvénients sont autant d'obstacles à l'installation d'un pylône rayonnant en zone urbaine.
- Par conséquent, puisqu'un grand pylône rayonnant est visible de loin, et donc ne s'intègre pas dans le paysage urbain et génère essentiellement un champ d'onde d'espace qui est une source de couplage avec les édifices et bâtiments érigés dans sa proximité, la plupart des pylônes rayonnants sont installés en dehors des agglomérations. Un pylône rayonnant des programmes radiophoniques est ainsi installé en dehors d'une ville, et donc très éloigné des récepteurs des auditeurs, ce qui l'empêche d'être efficace avec des petites puissances d'émission.
- Le
brevet US 2746040 concerne une antenne omnidirectionnelle en émission ou en réception à large bande de fréquence de l'ordre de 100 MHz et donc en ondes métriques, l'antenne étant aussi utilisable en basses fréquences par dimensionnement approprié. L'antenne peut être montée dans un avion ou sur le sol et comprend des conducteurs radiaux coplanaires au-dessus d'une masse, dont des extrémités sont connectées à un anneau concentrique conducteur extérieur et d'autres extrémités sont reliées à des conducteurs verticaux pour générateurs à radiofréquence. Des conducteurs de masse, qui peuvent être enterrés dans le sol, sont reliés aux générateurs par des fils d'alimentation verticaux conducteurs. Les générateurs assurent une distribution uniforme de puissance afin que l'antenne rayonne une onde d'espace cylindrique entre la surface de l'anneau de conducteurs et les conducteurs de masse. Aucune onde de sol n'est rayonnée cette antenne. - Le
brevet US 6542126 B2 concerne une antenne comprenant une plaque de masse, et un élément rayonnant plat disposé parallèlement et à une distance constante de la plaque. L'élément rayonnant est en forme de C, c'est-à-dire en boucle ouverte rectangulaire, relié par un élément de liaison à la plaque de masse. L'autre extrémité de la boucle ouverte est reliée à la plaque de masse via un commutateur qui lorsqu'il est fermé fait office de court-circuit pour augmenter la fréquence de résonance. L'antenne est destinée à un mobile bi-bande de type GSM 900/1800 et n'est pas une antenne de sol rayonnant des ondes de sol. - La présente invention a pour objectif de fournir une antenne de sol qui est destinée à rayonner en ondes sensiblement kilométriques ou hectométriques, qui est moins coûteuse et n'offre pas les contraintes précédentes, en particulier qui est quasiment invisible depuis son environnement immédiat et s'intègre bien dans le paysage et qui favorise la propagation d'une onde de sol.
- Pour atteindre cet objectif, une antenne de sol, comprenant un plan de masse, une boucle d'excitation métallique ouverte entre deux extrémités et s'étendant sensiblement parallèlement au plan de masse, et un élément de liaison métallique sensiblement perpendiculaire à la boucle et reliant l'une des extrémités de la boucle d'excitation au plan de masse, est caractérisée en ce que pour rayonner une onde de sol kilométrique ou hectométrique, le plan de masse est enfoui sensiblement horizontalement à proximité et sous la surface du sol, la boucle d'excitation s'étend sensiblement horizontalement au-dessus de la surface du sol à une hauteur supérieure à 2 m environ par rapport au plan de masse et la boucle d'excitation et l'élément de liaison sont constitués chacun par au moins un élément cylindrique mince.
- La discontinuité entre l'air et le sol, située sur et dans le sol à la périphérie de l'antenne, entre le couple sol et plan de masse métallique, d'une part, et le sol sans le plan de masse métallique, d'autre part, favorise uniquement la propagation d'une onde de sol omnidirectionnelle en polarisation verticale. L'ouverture de la boucle d'excitation est très petite par rapport à la longueur de la boucle, dans un rapport de 1/50 environ à 1/100 environ, pour sensiblement éliminer toute composante de champ électrique horizontale à la surface du sol. L'onde de sol est due à l'injection de courants élevés dans le sol, conséquence d'une résistance ohmique de l'antenne faible, sans aucun rayonnement latéral d'une onde d'espace comparativement à une antenne pylône, l'antenne exploitant un mode de rayonnement magnétique et non électrique pour des ondes sensiblement kilométriques ou hectométriques. Contrairement à des émissions en modulation de fréquence, l'onde de sol, et non une onde d'espace, transporte un signal utile numérique ou analogique vers des récepteurs. La quasi-absence de composante d'onde d'espace sur la surface du sol résout avantageusement des problèmes de compatibilité électromagnétique et d'exposition des personnes, et de couplages de l'antenne avec des structures proches de l'antenne au-dessus du sol.
- Cependant, comme on le verra par la suite, une onde d'espace exploitable particulièrement pour des diffusions ionosphériques nocturnes d'une portée plus grande, à partir d'environ une trentaine de kilomètres, est générée par l'antenne de l'invention en direction d'un axe zénithal central à l'antenne.
- Grâce au plan de masse enfoui dans le sol à quelques dizaines de centimètres et à la boucle d'excitation suspendue de 1 à 3 mètres environ au-dessus du sol, l'antenne de sol selon l'invention est très discrète et ainsi insensible à tout vent violent, souffle, foudre, séisme ou explosion. L'antenne ne présente quasiment pas de surface écho radar (SER).
- L'antenne comprend également un moyen d'alimentation en puissance ayant des bornes reliées respectivement à la boucle d'excitation et au plan de masse à une distance de l'élément de liaison le long de la boucle d'excitation telle que l'impédance de la boucle d'excitation ramenée depuis l'élément de liaison soit sensiblement égale à l'impédance caractéristique du moyen d'alimentation en puissance de manière à adapter l'antenne à l'impédance caractéristique du moyen d'alimentation en puissance. La faiblesse du rayonnement en onde d'espace au niveau du sol autorise à augmenter la puissance du moyen d'alimentation pour augmenter la puissance rayonnée en onde de sol par l'antenne, tout en respectant les réglementations actuelles en matière de propagation d'onde d'espace.
- Afin de confiner le rayonnement de l'antenne de sol suivant au moins une direction et ainsi conférer une directivité à l'antenne, un moyen, tel que des fossés dans le sol et/ou des protubérances sur le sol qui peuvent être au moins partiellement métalliques, est placé sensiblement en périphérie du plan de masse et à proximité du sol pour confiner du rayonnement électromagnétique de l'antenne respectivement suivant au moins une direction prédéterminée le long du sol.
- D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention, données à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels :
- la
figure 1 est une vue de face verticale schématique d'une antenne selon une réalisation préférée de l'invention ; - la
figure 2 est une vue de dessus de la boucle d'excitation de l'antenne montrée à lafigure 1 ; - la
figure 3 est une vue de côté verticale détaillée d'un poteau isolant supportant la boucle d'excitation; - la
figure 4 est une vue schématique en perspective d'une cage de plusieurs fils métalliques parallèles pour la boucle d'excitation ou pour un élément de liaison métallique selon une variante de l'antenne ; - la
figure 5 est une vue de dessus en perspective de l'élément de liaison de la boucle d'excitation à un plan de masse de l'antenne selon l'invention ; - la
figure 6 montre schématiquement des composantes de champ électrique dans une ligne équivalente à l'antenne selon l'invention ; et - la
figure 7 est un schéma analogue à lafigure 1 pour adapter la connexion d'un émetteur à l'antenne en fonction de l'impédance caractéristique de l'émetteur. - En référence aux
figures 1 et 2 , une antenne de sol selon l'invention rayonnant avec une longueur d'onde utile λ, d'émission ou de réception, sensiblement kilométrique ou sensiblement hectométrique comprend essentiellement un plan de masse métallique 1 sensiblement horizontal, une boucle d'excitation métallique ouverte (ou fermée) sensiblement horizontale 2, et un élément de liaison métallique 3, sensiblement vertical, reliant la boucle d'excitation au plan de masse. - Le plan de masse 1 est enfoui à proximité et sous la surface du sol S à une épaisseur de terre e de quelques dizaines de centimètres, typiquement 40 cm environ sous la surface du sol. Par exemple, le plan de masse est recouvert de terre, y compris de tout arrangement décoratif comme une pelouse ou un parterre de végétaux. Le plan de masse occupe une surface au sol de quelques centaines de mètres carrés à quelques dizaines de milliers de mètres carrés. Le contour du plan de masse est régulier et peut être sensiblement circulaire ou polygonal régulier, par exemple carré avec un coté supérieur à 5 m environ.
- Le plan de masse 1 est métallique et doit assurer une excellente continuité électrique entre les éléments qui le compose afin qu'il contribue au caractère omnidirectionnel de l'antenne, être de construction aisée et donc peu onéreuse, et être insensible aux attaques chimiques dans le milieu naturel qu'est la terre. Selon une première réalisation, le plan de masse est constitué de tôles soudées. Les tôles sont ancrées directement dans la terre et sont soudées ou liées par attaches métalliques les unes aux autres afin d'assurer une excellente continuité électrique entre les tôles et la terre. Selon une deuxième réalisation, le plan de masse est un treillis métallique. Le treillis est composé de fils de fer avec des mailles par exemple carrées ayant un côté petit par rapport à la longueur d'onde utile λ, par exemple compris entre λ/20 environ et λ/10 environ. Le treillis métallique peut être aussi formé au moins partiellement par des armatures noyées dans du béton, par exemple le béton armé d'une dalle ou de toute autre structure souterraine existante ou à construire. Le plan de masse 1 peut être par exemple en cuivre ou en aluminium, ou en un alliage ayant pour composant essentiel du cuivre ou de l'aluminium.
- La boucle d'excitation métallique ouverte (ou fermée) 2 s'étend sensiblement horizontalement au-dessus de la surface du sol S à une hauteur h et au-dessus du plan de masse 1 à une hauteur H. La hauteur H est en général supérieure à 2 m environ et la hauteur h est déduite de H-e. Pour les longueurs d'ondes kilométriques et hectométriques, la boucle d'excitation 2 a une longueur supérieure à 25 m environ. De préférence, la forme de la boucle 2 est semblable au contour régulier du plan de masse 1 et peut être ainsi circulaire, elliptique, rectangulaire, losangique, ou polygonale régulière, par exemple carrée avec un coté C supérieur à 5 m environ, comme illustré dans la
figure 2 . Cependant la forme de la boucle, comme le contour du plan de masse, n'est pas limitée aux formes précitées et est déterminée en fonction de la pureté de la polarisation et l'omnidirectivité que l'on souhaite pour l'antenne. La boucle et le plan de masse sont superposés de telle manière qu'ils soient centrés sur un axe commun vertical VV. La boucle d'excitation 2 a une longueur L2 sensiblement égale à un multiple de quart de la longueur d'onde utile λ de l'antenne. - Selon la réalisation en mode quart d'onde illustrée à la
figure 2 , la boucle 2 est carrée avec des côtés C long de λ/16 environ. L'un des côtés de la boucle 2 est plus court de manière à ménager une ouverture 21-22 par exemple à proximité de l'un des sommets de la boucle lorsqu'elle est polygonale. L'ouverture 21-22 peut être pratiquée n'importe où le long du contour régulier dont la boucle est issue. La longueur LO de l'ouverture 21-22 est un compromis entre une ouverture trop étroite qui engendre des potentiels trop importants aux extrémités de la boucle qu'il faudrait évacuer et une ouverture trop large qui ne ramène peu de courant circulant dans la boucle de l'une 21 de ses extrémités vers l'autre 22 au détriment du caractère omnidirectionnel de l'antenne. - Selon un exemple en mode quart d'onde aux dimensions duquel on se référera par la suite, une antenne de sol conforme à l'invention pour émettre des ondes hectométriques autour de λ = 309,6 m environ, soit dans une bande de fréquence utile centrée sur une fréquence d'environ F = 969 kHz et de largeur limitée entre 5 kHz environ et 10 kHz environ, est longue de L2 = λ/4 = 4C - LO = 4 * 19,6 - 1 = 77,4 m et carrée avec des côtés C long de λ/16 environ, soit typiquement de 19,6 m. L'ouverture 21-22 a ici une longueur LO d'un mètre, et le côté de la boucle aligné avec l'ouverture a une longueur de 18,6 m.
- Comme montré aux
figures 1 et3 , la boucle d'excitation 2 est soutenue dans un plan horizontal au-dessus du sol S à la hauteur h par des poteaux isolants sensiblement verticaux 4 qui sont régulièrement répartis le long de la boucle, par exemple tous les 4 m à 5 m. Chaque poteau 4 est par exemple en bois ou en matière plastique. Une extrémité supérieure du poteau peut être rainurée pour y poser et attacher la boucle d'excitation par un collier. Une extrémité inférieure du poteau traverse un regard en béton 41 reposant sur le sol S et est logée dans un tube 42 en matière plastique telle que PVC qui est scellé dans un pied en béton 43 coulé dans le sol et ayant une hauteur supérieure à l'épaisseur e, par exemple de 1,2 m, et traverse ainsi le plan de masse 1. - La boucle d'excitation 2 est réalisée de préférence en un tube métallique galvanisé de diamètre D. De même, l'élément de liaison 3 est une tige tubulaire métallique galvanisée ayant une hauteur H supérieure à 2 m environ. Les diamètres de section transversale, c'est-à-dire le diamètre D du tube de la boucle d'excitation 2 et le diamètre d du tube de l'élément de liaison 3, sont compris entre 5 cm environ et 20 cm environ, et peuvent être identiques. Selon l'exemple précité, la boucle d'excitation et l'élément de liaison sont en tube d'acier de diamètre D = d = 60 mm environ. Les diamètres D et d peuvent être égaux et sont d'autant plus grands que la bande passante de l'antenne doit être large. Les tubes sont par exemple en acier, ou de préférence en un meilleur conducteur, par exemple en cuivre ou en aluminium, ou en un alliage ayant pour composant prépondérant du cuivre ou de l'aluminium.
- En variante, la boucle d'excitation 2 est constituée de plusieurs tubes superposés ou parallèles, distants de quelques dizaines de centimètres afin de permettre une puissance plus élevée, une bande passante améliorée et une diminution des pertes. Les longueurs et les diamètres des tubes superposés ou parallèles peuvent être très légèrement différents afin d'assurer un accord décalé permettant l'élargissement de la bande passante en mode pair ou impair. En particulier dans le mode pair (demi-onde), les deux extrémités 21 et 22 de la boucle sont refermées sur la masse avec des liaisons à celle-ci légèrement différentes.
- En variante, la boucle d'excitation 2 et l'élément de liaison 3 pourrait être plus minces et réalisés chacun sous la forme d'un fil métallique ou d'une nappe de fils métalliques, ce qui conduirait à diminuer la bande passante de l'antenne.
- Selon une autre variante représentée à la
figure 4 , afin de permettre une puissance d'émission relativement élevée et diminuer les pertes électriques, la boucle d'excitation 2 et l'élément de liaison 3 sont chacun sous la forme d'une cage de diamètre D, d composée de plusieurs fils métalliques parallèles 23 équirépartis circulairement ayant un diamètre compris entre 0,6 mm environ et 1,2 mm environ. La cage constituant la boucle d'excitation 2 comporte des anneaux métalliques 24 soudés aux fils répartis régulièrement sur sa longueur, par exemple tous les 5 m à 10 m, pour maintenir les fils 23 parallèles et équidistants deux à deux et ainsi conserver la distribution équipotentielle en section circulaire dans la cage. A diamètres respectifs identiques D, d, les cages sont avantageusement plus légères que les tubes et l'ensemble des fils des cages est moins onéreux que les tubes. Cette variante ne diminue pas les performances de l'antenne et en particulier permet d'atteindre des puissances d'émission supérieure à 5 kW tout en garantissant une bande passante relativement large. - L'élément de liaison 3 a une extrémité supérieure 31 soudée à l'une 21 des extrémités de la boucle d'excitation 2. Une extrémité inférieure 32 de l'élément de liaison est soudée au plan de masse 1, par exemple par l'intermédiaire d'une petite plaque en laiton 11 soudée à sur quelques mailles du plan de masse lorsque celui-ci est un treillis, comme montré à la
figure 5 . - Selon l'exemple précité, la hauteur de l'élément de liaison est de H = 2,9 m, et la boucle d'excitation est à une hauteur h = H - e = 2,5 m au-dessus du sol S. L'enfouissement du plan de masse 1 dans le sol S sous-jacent à la boucle d'excitation 2 légèrement au-dessus du sol rend l'antenne de sol selon l'invention quasiment invisible et discrète notamment en milieu urbain, comparativement à une antenne pylône.
- L'antenne de sol ainsi décrite, en quart d'onde et mode impair, est sensiblement équivalente à une ligne quart d'onde de grandes dimensions qui rayonne omnidirectionnellement une onde de sol de polarisation verticale dans un rayon de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres en fonction de la puissance de quelques kilowatts à quelques dizaines kilowatts d'un moyen d'alimentation en puissance de l'antenne. Ce dernier comprend principalement un émetteur 5 installé sur le sol, à proximité du plan de masse 1 et de la boucle d'excitation 2, par exemple pour émettre des programmes de radiodiffusion à travers l'antenne, et un câble d'alimentation. Comme montré schématiquement à la
figure 1 , deux fils 51 et 52 du câble d'alimentation relient des bornes négative et positive de l'émetteur 5 respectivement au plan de masse 1 et à la boucle d'excitation 2 à une petite distance prédéterminée ℓ de l'élément de liaison 3 le long de la boucle d'excitation telle que la partie réelle de l'impédance de l'antenne ramenée aux bornes de l'émetteur soit sensiblement égale à l'impédance caractéristique du moyen d'alimentation en puissance. - En outre, la faible impédance de l'antenne de sol dont la partie réelle est de l'ordre de 1 à 2 ohms environ, est compatible avec un amplificateur à l'état solide en sortie de l'émetteur 4 dont l'impédance de sortie est faible.
- Typiquement l'antenne de sol avec les dimensions précitées rayonne un champ électrique supérieur à 2 mV/m dans un rayon de portée de 5 km environ avec une puissance d'émetteur de 10 W et dans un rayon de portée de 20 km à 50 km environ avec une puissance d'émetteur de 5 kW.
- Le mode de fonctionnement de l'antenne de sol selon l'invention repose sur l'excitation du sol par la boucle d'excitation métallique ouverte 2 en quart d'onde, piégée entre la surface du sol S et le plan de masse 1 afin de créer une composante de champ électrique normale Ey assurant à l'antenne une polarisation verticale. La boucle d'excitation 2 fait office de source d'excitation linéaire horizontale placée au-dessus du sol et parcourue par un courant parallèle au sol en régime d'onde stationnaire ou progressive selon la largeur de bande de fréquence souhaitée. L'onde de sol générée par l'antenne se trouve guidée par la bande de terre par suite de réflexions multiples sur la surface de séparation entre le diélectrique constitué par la terre et le milieu extérieur constitué par l'air et sur la surface métallique enfouie constituée par le plan de masse 1. Le plan de masse 1 nécessaire pour générer l'onde dans le sol présente de préférence des côtés C qui font sensiblement le double de longueur des côtés de la boucle d'excitation lorsque la boucle et le plan de masse sont carrés ; plus généralement, le plan de masse 1 présente une surface qui est sensiblement le quadruple de la surface circonscrite par la boucle d'excitation 2, ce qui évite des effets de bords de champ électrique entre la boucle d'excitation et le plan de masse et améliore le confinement des lignes de champ électrique sous la boucle d'excitation. Grâce à l'enterrement du plan de masse 1, des lignes de champ électrique sont canalisées au ras du sol S de manière à injecter un courant élevé à haute fréquence dans le sol et ainsi y propager une onde de sol hectométrique, ou kilométrique, porteuse de signal d'émission utile. L'épaisseur e influence également le fonctionnement de l'antenne particulièrement dans la réactance capacitive de l'antenne.
- En se basant sur l'optique géométrique, on montre que l'antenne de sol est le siège de deux ondes : une onde de surface dans l'air, dite onde évanescente, et une onde guidée, dite onde captive, dans la terre qui est un diélectrique à perte selon la fréquence utile. La résolution des équations de Maxwell pour les deux milieux constitués par l'air et la terre montre que dans chacun des deux milieux :
- une onde transverse électrique TE ne se propage que si la longueur d'onde est inférieure à la longueur d'onde de coupure suivante:
- une onde transverse magnétique TM peut exister quelle que soit l'épaisseur e de la terre diélectrique.
-
- L'onde évanescente accompagne l'onde captive, et a un grand intérêt pour la diffusion puisqu'elle est perçue à la surface du sol. Elle décroît au-dessus du sol sensiblement de façon exponentielle.
- L'onde captive est une onde guidée dans la terre. Une onde guidée pure ne peut donner lieu à aucun rayonnement sauf si l'onde rencontre toutes sortes de discontinuités comme des changements d'indices de réfraction, de milieux, de dimensions ou d'obstacles. L'évaluation de l'énergie rayonnée peut être effectuée sur un modèle simple constitué de deux milieux d'indices de réfraction N1 et N2 et d'atténuation α1 et α2. On montre que le coefficient de transmission T de l'onde de surface à travers la discontinuité, ou en d'autres termes, le rapport T entre les amplitudes dans le milieu N1 et le milieu N2 peut s'écrire :
-
- L'antenne de sol selon l'invention réside sur ce principe. Comme le montre les équations précédentes, toute variation d'un indice de réfraction N1 ou N2, ou de l'épaisseur e, provoque une atténuation différente et donc un rayonnement différent. L'antenne selon l'invention exploite la discontinuité entre l'air et le sol et rayonne ainsi grâce à la principale discontinuité, indiquée en D dans la
figure 1 , créée à la périphérie de l'antenne entre le couple sol et plan de masse métallique et le sol sans le plan de masse métallique. L'invention tire parti de la bonne conduction électrique de la terre, ou du sol en général, aux fréquences basses, pour solliciter le sol comme vecteur de propagation de l'onde de surface et de l'onde guidée. - Aux longueurs d'onde utiles de l'antenne selon l'invention, seule l'onde transverse magnétique TM est excitée par le courant dans la boucle d'excitation 2 parallèle au sol à quelques mètres. La hauteur H-e par rapport au sol résulte d'un compromis entre un mode de couplage serré et la bande passante souhaitée.
- L'antenne selon l'invention peut être considérée en analyse radioélectrique quelque peu équivalente à une ligne bifilaire de longueur L2 supposée proche du quart d'onde (mode impair) pour la fréquence utile, comme schématisé à la
figure 6 . L'un des fils de la ligne bifilaire est constitué par la boucle d'excitation 2 et est situé dans l'air au-dessus du sol S. L'autre fil de la ligne bifilaire est constitué par le plan de masse 1 dans le sol. La ligne bifilaire présente donc un milieu sans perte et un milieu avec des pertes : les deux milieux étant différents, il y a naissance d'un déséquilibre dans le mode ligne fondamental de la ligne. Ce déséquilibre ne peut être rétabli que par la présence d'un courant différentiel siégeant à la surface du sol imparfait, mais très bon conducteur de l'onde de sol. - On rappelle que le champ électrique E d'une onde se propageant à la surface d'un conducteur parfait est perpendiculaire à cette surface, sans composante de champ tangentielle Ex. Le sol n'étant pas parfait, une composante tangentielle supplémentaire Ex apparaît à la surface du sol. Le champ électrique présente ainsi une composante verticale Ey prépondérante à la surface du sol S et la composante tangentielle supplémentaire Ex et devient elliptique dans un plan parallèle à la direction de propagation. La discontinuité du milieu air/sol et la perte dans le sol diélectrique conduisent à l'établissement d'un courant de sol.
- La polarisation verticale est exploitée dans l'antenne selon l'invention, la composante de champ électrique horizontale étant négligeable dans la propagation par l'antenne d'autant plus que la boucle d'excitation 2 est régulière et fermée comme un cercle ou un polygone régulier. Les champs électriques élémentaires Ey sont distribués quasiment uniformément vers tous les azimuts autour de l'axe vertical VV de l'antenne pour assurer l'omnidirectivité de l'antenne.
- Pour satisfaire des conditions de résonance de l'antenne de l'invention, l'impédance de rayonnement Zant de l'antenne doit avoir une partie imaginaire ou réactance nulle, et la longueur L2 de la boucle d'excitation 2 doit être de l'ordre du quart de longueur d'onde λ/4 (mode impair) ou demi-onde λ/2 (mode pair). Dans le mode de fonctionnement envisagé et en référence à la
figure 7 , l'impédance de rayonnement de l'antenne étant relativement faible, de l'ordre de quelques ohms, l'impédance de rayonnement Zant est l'impédance ramenée d'une impédance terminale Zt à travers les deux parties de l'antenne, la boucle d'excitation horizontale 2 et l'élément de liaison vertical 3, qui ont des impédances caractéristiques propres Z2 et Z3. L'impédance terminale Zt est placée en bout de ligne à l'extrémité de boucle 22, entre cette extrémité et le plan de masse 1. - L'antenne est d'abord supposée fonctionner sans charge terminale, soit Zt = ∞.
- La ligne horizontale constituée par la boucle d'excitation 2 de longueur L2 et de diamètre D, placée à la hauteur H au-dessus du plan de masse métallique, a une impédance caractéristique de :
avec β = 2π/λ = 2πF/c, c étant la vitesse de la lumière. -
-
- Pour l'exemple d'antenne défini ci-dessus avec des dimensions de H = 2,9 m, D = d = 0,063 m et L2 = 77,4 m, les impédances caractéristiques des lignes sont Z2 = 312 Ω et Z3 = 253 Ω, et βL2 = 87.3° est déduit de l'égalité satisfaisant la condition de résonance.
-
- En variante, l'impédance terminale Zt est réactive ou résistive ou nulle et ferme l'extrémité 22 de la boucle d'excitation 2 et peut être réglable pour ajuster la fréquence de fonctionnement rayonnée par l'antenne. Constituée d'une capacité, l'impédance Zt abaisse la fréquence de fonctionnement de l'antenne par allongement électrique ; constituée d'une self, l'impédance Zt augmente la fréquence de fonctionnement. La mise en place d'une charge terminale augmente la bande passante en passant d'un régime d'ondes stationnaires à un régime d'ondes progressives.
- Par exemple, l'impédance terminale Zt fermant la boucle d'excitation métallique 2 est un court-circuit constitué par un deuxième élément de liaison métallique sensiblement vertical reliant l'extrémité 22 de la boucle d'excitation 2 au plan de masse 1. Les deux extrémités de la boucle d'excitation en quart d'onde sont refermées sur la masse et l'antenne fonctionne en mode pair, comme une ligne demi-onde, avec une bande relativement large d'au moins 10 kHz.
- Pour considérer l'antenne en résonance, la résistance de rayonnement de l'antenne est évaluée par les formules suivantes :
- Le choix d'un matériau, tel que le cuivre, meilleur conducteur que l'acier, et d'un diamètre des tubes davantage plus grand pour la boucle d'excitation 2 et l'élément de liaison 3, par exemple D = d = 160 mm, améliore nettement le rendement de l'antenne en abaissant la valeur de la résistance de perte Rp.
-
- Pour adapter l'antenne à l'impédance caractéristique ZC du moyen d'alimentation en puissance comportant l'émetteur 5, égale classiquement 50 Ω, on cherche le long de la ligne horizontale constituée par la boucle d'excitation 2, à partir du ventre de courant situé à l'extrémité 21, la distance ℓ entre un point P et l'extrémité 21 pour laquelle une admittance ayant pour partie réelle celle souhaitée (1/ZC) et pour partie réactive (-jX) est comblée par un stub en parallèle +jX = jZ2tg(βℓ). Le stub est composé de la ligne horizontale de faible longueur entre l'extrémité 21 liée à l'élément de liaison vertical 3 dont l'impédance est une faible résistance pure Rant = 1,15 Ω, et le point P. L'impédance au point P vaut environ Rant - jX.
-
- Par itérations, la valeur de Z2 tg(βℓ) est de 8 Ω, ce qui correspond approximativement à une longueur ℓ de 1,3 m sur la ligne horizontale, c'est-à-dire depuis l'extrémité 21 de la boucle d'excitation 2 jusqu'au fil de câble d'alimentation 52 à positionner et brancher.
- La bande passante de l'antenne selon l'invention dépend essentiellement d'un circuit comprenant les éléments participant au rayonnement : le plan de masse métallique 1, les tubes 2 et 3, ou les fils ou les cages 23 selon les autres variantes, le sol S et le moyen d'adaptation constitué par le stub de longueur ℓ. Comme le coefficient de surtension Q et la bande passante sont liés, on ramène l'étude à celle du coefficient de surtension:
- La partie réelle équivalente au circuit est faible, de l'ordre de 1 à 2 Ω, ce qui favorise l'injection d'un courant élevé dans le sol, et la partie réactive du circuit est d'autant plus élevée que le tube, ou le fil ou la cage selon les autres variantes, est mince. La mise en place d'un tube de diamètre plus important a pour effet de diminuer la self linéique parasite et de réduire la perte ohmique. D'un côté on augmente la bande passante et de l'autre on améliore le rendement.
- On rappelle qu'un fil conducteur de longueur L2 au-dessus du sol ayant une extrémité à la masse a, pour des dimensions exprimées en cm, une inductance exprimée en µH de :
- Selon un exemple, le cuivre compose essentiellement la matière constituant les tubes de la boucle d'excitation 2 et de l'élément de liaison 3. Le cuivre a une résistance linéaire de 1 Ω / 25 m lorsqu'il est traversé par une fréquence de 1 MHz pour un périmètre de 1 cm. La résistance linéaire du cuivre est inversement proportionnelle au périmètre, ce qui incite à choisir des diamètres D et d des tubes relativement grands. Ainsi pour L2 = 77,4 m, H = 2,9 m, CT = 0,07 et δ = 0, un tube en cuivre de diamètre d ou D = 63 mm a une inductance linéaire de 1,04 µH/m, une inductance totale de Lfil = 80,5 µH, et une réactance de Lfilω = (2π F Lfil) = 475 Ω, avec une résistance de perte ohmique de 0,15 Ω, et un tube en cuivre de diamètre d ou D = 160 mm a une inductance linéaire de 0,85 µH/m, une inductance totale de Lfil = 65,8 µH, et une réactance de Lfilω = (2π F Lfil) = 388 Ω, avec une résistance de perte ohmique 0,06 Ω.
- Le coefficient de surtension de l'antenne avec la boucle d'excitation 2 et l'élément de liaison 3 en tube de cuivre est donc très élevé et donc présente une bande passante large de plusieurs kilohertz pour une fréquence de porteuse d'un mégahertz environ, comparativement à des aciers de bonne qualité pour lesquels la conductivité n'excède pas les 15% de celle du cuivre.
- Avantageusement, l'antenne selon l'invention produit, contrairement à une antenne pylône, une onde d'espace en mode de rayonnement magnétique et non électrique suivant la direction de l'axe vertical central V-V. L'onde d'espace résulte de l'inégalité des courants dans la ligne constituée par la boucle d'excitation 2 et dans le sol contenant le plan de masse. Cette inégalité empêche à la verticale de l'antenne d'annuler des composantes de champ vraies et des composantes de champ de l'image de la ligne par rapport au miroir constitué par le plan de masse. La puissance de cette onde d'espace plus faible que celle de l'onde de sol peut être accrue en augmentant la puissance de l'émetteur 5 afin de l'exploiter pour une diffusion ionosphérique nocturne de signaux. Cette possibilité de tir zénithal encore appelé "tir à l'africaine" est un atout majeur de l'antenne de l'invention et permet de transmettre une partie de l'énergie rayonnée vers les couches ionosphériques E et F propices à la propagation nocturne à courte distance dans un rayon de portée supérieur à 30 km environ, ce qui est impossible avec les pylônes rayonnants actuels en onde moyenne qui ne rayonne aucune énergie à la verticale.
- En fonction des besoins, la directivité de l'antenne peut être accentuée et privilégiée suivant une ou quelques directions prédéterminées par l'installation d'un ou de quelques moyens de confinement placés sensiblement en périphérie du plan de masse et à proximité du sol, c'est-à-dire sur le sol ou dans le sol, pour confiner du rayonnement électromagnétique de l'antenne respectivement suivant ladite une ou lesdites directions prédéterminées. Ces moyens de confinement de rayonnement électromagnétique présentent une permittivité diélectrique relative εr et/ou une perméabilité magnétique relative µr différentes de celles du sol (terre) afin de créer des discontinuités du milieu de propagation au niveau du sol S, en prolongement de la discontinuité D à la périphérie de l'antenne entre le couple sol S et plan de masse métallique 1 et le sol S sans le plan de masse métallique.
- Chaque moyen de confinement de rayonnement comprend un ou quelques obstacles conducteurs au rayonnement électromagnétique et constituant des zones de diffraction équivalentes à des sources de rayonnement ponctuelles suivant la direction prédéterminée respective. Comme représenté à la
figure 1 pour une direction prédéterminée vers la droite, des obstacles sont par exemple des fossés 61 qui sont vides ou remplis d'éléments métalliques avec une profondeur comprise entre 50 cm et quelques mètres en fonction de la pénétration de l'onde rayonnée dans le sol. Des obstacles peuvent également jalonnés la surface du sol, comme des protubérances métalliques ou des herses métalliques 62 de faibles hauteurs sur le sol. - La distance entre les obstacles ou discontinuités est optimisée si la directivité est très nécessaire : dans ce cas, chaque obstacle est considéré comme une source de rayonnement, et une règle de mise en phase entre les sources de rayonnement est établie, par exemple par le choix d'une distance proche de λ/4 entre elles.
- On notera que l'antenne de sol selon l'invention été décrite ci-dessus peut être indifféremment une antenne d'émission pour émettre, ou bien une antenne de réception pour recevoir une onde kilométrique ou hectométrique de sol porteuse d'un signal utile, tout en étant discrète et insensible aux parasites extérieurs sur le sol et de l'ionosphère.
Claims (19)
- Antenne de sol comprenant un plan de masse (1), une boucle d'excitation métallique (2) ouverte entre deux extrémités (21, 22) et s'étendant sensiblement parallèlement au plan de masse, et un élément de liaison métallique (3) sensiblement perpendiculaire à la boucle et reliant l'une (21) des extrémités de la boucle d'excitation au plan de masse, caractérisée en ce que pour rayonner une onde de sol kilométrique ou hectométrique, le plan de masse (1) est enfoui sensiblement horizontalement à proximité et sous la surface du sol (S), la boucle d'excitation (2) s'étend sensiblement horizontalement au-dessus de la surface du sol à une hauteur (H) supérieure à 2 m environ par rapport au plan de masse et la boucle d'excitation et l'élément de liaison sont constitués chacun par au moins un élément cylindrique mince.
- Antenne conforme à la revendication 1, dans laquelle le plan de masse (1) est en tôle.
- Antenne conforme à la revendication 1 ou 2, dans laquelle le plan de masse (1) est un treillis métallique.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant des poteaux isolants sensiblement verticaux (4) pour soutenir la boucle d'excitation (2) au-dessus du sol (S).
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la boucle d'excitation (2) a une longueur (L2) sensiblement égale au quart ou multiple de quart d'onde d'une longueur d'onde utile de l'antenne.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la boucle d'excitation (2) a une longueur supérieure à 25 m environ.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'ouverture de la boucle d'excitation (2) est très petite par rapport à la longueur de la boucle dans un rapport de 1/50 environ à 1/100 environ avec la longueur de la boucle.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le plan de masse (1) et la boucle d'excitation métallique (2) sont polygonaux réguliers ou circulaires.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle la surface du plan de masse (1) est sensiblement le quadruple de la surface circonscrite par la boucle d'excitation (2).
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle la boucle d'excitation (2) et l'élément de liaison (3) sont essentiellement en cuivre.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la boucle d'excitation (2) et l'élément de liaison (3) sont tubulaires.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la boucle d'excitation (2) et l'élément de liaison (3) sont des cages ou nappes de fils métalliques parallèles (23).
- Antenne conforme à la revendication 11 ou 12, dans laquelle la boucle d'excitation (2) et l'élément de liaison (3) ont des diamètres de section transversale (D, d) compris entre 5 cm environ et 20 cm environ.
- Antenne conforme à l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle la boucle d'excitation (2) est constituée de tubes parallèles très légèrement différents en longueurs et diamètres.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant une impédance terminale (Zt) entre l'autre (22) des extrémités de la boucle d'excitation et le plan de masse (1).
- Antenne conforme à la revendication 15, dans laquelle l'impédance terminale (Zt) est réglable pour ajuster une fréquence de fonctionnement de l'antenne.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 16, comprenant un moyen d'alimentation en puissance ayant des bornes (51, 52) reliées respectivement à la boucle d'excitation (2) et au plan de masse (1) à une distance (ℓ) de l'élément de liaison (3) le long de la boucle d'excitation telle que l'impédance de la boucle d'excitation ramenée depuis l'élément de liaison (3) soit sensiblement égale à l'impédance caractéristique du moyen d'alimentation en puissance.
- Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 17, comprenant un moyen (61, 62) placé sensiblement en périphérie du plan de masse (1) et à proximité du sol (S) pour confiner du rayonnement électromagnétique de l'antenne respectivement suivant une direction prédéterminée le long du sol.
- Antenne conforme à la revendication 18, dans laquelle le moyen pour confiner du rayonnement électromagnétique de l'antenne comprend des fossés (61) dans le sol et/ou des protubérances (62) sur le sol.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL05300192T PL1594186T3 (pl) | 2004-05-04 | 2005-03-17 | Antena naziemna pętli promieniującej w zakresie fal kilometrowych i hektokilometrowych |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0404860A FR2870047B1 (fr) | 2004-05-04 | 2004-05-04 | Antenne de sol a boucle rayonnant en ondes kilometriques ou hectometriques |
FR0404860 | 2004-05-04 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1594186A1 EP1594186A1 (fr) | 2005-11-09 |
EP1594186B1 true EP1594186B1 (fr) | 2010-11-17 |
Family
ID=34942513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP05300192A Active EP1594186B1 (fr) | 2004-05-04 | 2005-03-17 | Antenne de sol à boucle rayonnant en ondes kilométriques ou hectométriques |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1594186B1 (fr) |
AT (1) | ATE488883T1 (fr) |
DE (1) | DE602005024743D1 (fr) |
ES (1) | ES2356087T3 (fr) |
FR (1) | FR2870047B1 (fr) |
PL (1) | PL1594186T3 (fr) |
PT (1) | PT1594186E (fr) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707659C2 (ru) * | 2015-08-10 | 2019-11-28 | Тдф | Антенна поверхностной волны, антенная решетка и использование антенны или антенной решетки |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2910727B1 (fr) | 2006-12-21 | 2010-08-20 | Tdf | Reseau d'antennes a onde de sol progressive kilometrique ou hectometrique |
JP5531582B2 (ja) | 2009-11-27 | 2014-06-25 | 富士通株式会社 | アンテナおよび無線通信装置 |
FR2965978B1 (fr) * | 2010-10-07 | 2012-10-19 | Tdf | Antenne de grande dimension a ondes de surface et a large bande |
FR2966647B1 (fr) * | 2010-10-21 | 2012-11-23 | Tdf | Antenne a fente et a ondes de surface de grande dimension |
FR2994773B1 (fr) * | 2012-08-22 | 2016-01-29 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Element de surface inductif |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2746040A (en) * | 1950-05-20 | 1956-05-15 | Rca Corp | Annular element antenna systems |
US3253279A (en) * | 1963-02-01 | 1966-05-24 | Trg Inc | Bandwidth monopole antenna having low ground losses due to a circumferential ground ring |
DE10029733A1 (de) * | 2000-06-23 | 2002-01-03 | Alcatel Sa | Antennenanordnung für Mobilfunktelefone |
JP2002237711A (ja) * | 2000-12-08 | 2002-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アンテナ装置、および通信システム |
-
2004
- 2004-05-04 FR FR0404860A patent/FR2870047B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-03-17 DE DE602005024743T patent/DE602005024743D1/de active Active
- 2005-03-17 PL PL05300192T patent/PL1594186T3/pl unknown
- 2005-03-17 AT AT05300192T patent/ATE488883T1/de active
- 2005-03-17 PT PT05300192T patent/PT1594186E/pt unknown
- 2005-03-17 EP EP05300192A patent/EP1594186B1/fr active Active
- 2005-03-17 ES ES05300192T patent/ES2356087T3/es active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707659C2 (ru) * | 2015-08-10 | 2019-11-28 | Тдф | Антенна поверхностной волны, антенная решетка и использование антенны или антенной решетки |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2870047B1 (fr) | 2006-07-14 |
PT1594186E (pt) | 2011-02-15 |
ES2356087T3 (es) | 2011-04-04 |
ATE488883T1 (de) | 2010-12-15 |
EP1594186A1 (fr) | 2005-11-09 |
DE602005024743D1 (de) | 2010-12-30 |
PL1594186T3 (pl) | 2011-04-29 |
FR2870047A1 (fr) | 2005-11-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2625741B1 (fr) | Antenne de grande dimension à ondes de surface et à large bande | |
EP1594186B1 (fr) | Antenne de sol à boucle rayonnant en ondes kilométriques ou hectométriques | |
CA2985023C (fr) | Systeme antennaire a ondes de surface | |
EP1063534A1 (fr) | Dispositif de mesure RMN portable | |
FR2853457A1 (fr) | Dispositif d'antenne utilisant des fils radiaux, resonnants, sureleves | |
WO2011107597A1 (fr) | Structure antennaire à dipôles | |
FR2910727A1 (fr) | Reseau d'antennes a onde de sol progressive kilometrique ou hectometrique | |
EP2449629B1 (fr) | Systeme antennaire compacte omnidirectionnel et large bande comportant deux acces emission et reception separes fortement decouples | |
FR2966647A1 (fr) | Antenne a fente et a ondes de surface de grande dimension | |
EP1532713B1 (fr) | Antenne d'emission en ondes hectometriques | |
EP2888784B1 (fr) | Element de surface inductif | |
EP3335268B1 (fr) | Système antennaire à ondes de surface | |
WO2016139403A1 (fr) | Structure antennaire omnidirectionnelle large bande | |
EP0792528B1 (fr) | Antenne de type dip le demi-onde | |
WO2023117192A1 (fr) | Dispositif antennaire à deux réseaux de dipôles et systeme de communication associe | |
EP0604304A1 (fr) | Antenne omnidirective et multipolarisation | |
EP2736118A1 (fr) | Système antennaire à boucles imbriquées et véhicule comprenant un tel système antennaire. | |
FR3031396A1 (fr) | Antenne pour radar, structure d'antenne et radar | |
BE676986A (fr) | ||
EP2371032A1 (fr) | Antenne omnidirectionnelle tres large bande |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA HR LV MK YU |
|
RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: TDF |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20051209 |
|
AKX | Designation fees paid |
Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
GRAS | Grant fee paid |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: FG4D Free format text: NOT ENGLISH |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: EP |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: IE Ref legal event code: FG4D |
|
REF | Corresponds to: |
Ref document number: 602005024743 Country of ref document: DE Date of ref document: 20101230 Kind code of ref document: P |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: PT Ref legal event code: SC4A Free format text: AVAILABILITY OF NATIONAL TRANSLATION Effective date: 20110208 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: NL Ref legal event code: T3 |
|
RAP2 | Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred) |
Owner name: TDF |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: ES Ref legal event code: FG2A Ref document number: 2356087 Country of ref document: ES Kind code of ref document: T3 Effective date: 20110404 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GR Ref legal event code: EP Ref document number: 20110400363 Country of ref document: GR Effective date: 20110317 |
|
LTIE | Lt: invalidation of european patent or patent extension |
Effective date: 20101117 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: LT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: PL Ref legal event code: T3 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: CY Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 Ref country code: IS Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20110317 Ref country code: SE Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 Ref country code: BG Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20110217 Ref country code: SI Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: IE Ref legal event code: FD4D |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: HU Ref legal event code: AG4A Ref document number: E010181 Country of ref document: HU |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: CZ Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 Ref country code: IE Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: SK Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 Ref country code: DK Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 Ref country code: RO Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 |
|
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
26N | No opposition filed |
Effective date: 20110818 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: PL |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R097 Ref document number: 602005024743 Country of ref document: DE Effective date: 20110818 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: LI Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20110331 Ref country code: CH Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20110331 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: LU Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20110317 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: TR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20101117 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: PLFP Year of fee payment: 11 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: PLFP Year of fee payment: 12 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: PLFP Year of fee payment: 13 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: PLFP Year of fee payment: 14 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: EE Ref legal event code: HC1A Ref document number: E005171 Country of ref document: EE |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GR Payment date: 20240222 Year of fee payment: 20 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: NL Payment date: 20240220 Year of fee payment: 20 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: AT Payment date: 20240222 Year of fee payment: 20 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: MC Payment date: 20240226 Year of fee payment: 20 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: HU Payment date: 20240311 Year of fee payment: 20 Ref country code: FI Payment date: 20240223 Year of fee payment: 20 Ref country code: EE Payment date: 20240221 Year of fee payment: 20 Ref country code: DE Payment date: 20240220 Year of fee payment: 20 Ref country code: GB Payment date: 20240220 Year of fee payment: 20 Ref country code: PT Payment date: 20240221 Year of fee payment: 20 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: PL Payment date: 20240226 Year of fee payment: 20 Ref country code: IT Payment date: 20240220 Year of fee payment: 20 Ref country code: FR Payment date: 20240220 Year of fee payment: 20 Ref country code: BE Payment date: 20240220 Year of fee payment: 20 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: ES Payment date: 20240402 Year of fee payment: 20 |