FR2954598A1 - Dispositif de traversee d'aliments symetrique pour antennes - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de traversée d'alimentation HF destiné à relier un émetteur/récepteur HF à une antenne à travers un milieu externe par une ligne bifilaire symétrique (42). La ligne bifilaire symétrique (42) est encapsulée, au moins partiellement, dans une partie centrale d'un conduit (40) fermé comportant une paroi (44) isolant la ligne symétrique bifilaire du milieu externe. Applications : alimentation d'antennes par lignes bifilaires symétriques.

Description

DISPOSITIF DE TRAVERSEE D'ALIMENTATION SYMETRIQUE POUR ANTENNES
L'invention concerne l'alimentation des antennes de télécommunications HF et en particulier un dispositif de traversée 5 d'alimentation pour antennes.
Les systèmes de télécommunications comportent habituellement des émetteurs/récepteurs devant être reliés à des antennes pour rayonner et/ou recevoir un signal électromagnétique. ~o La liaison RF entre l'émetteur/récepteur et l'antenne est réalisée par une ligne d'alimentation RF qui peut être, soit de type asymétrique (par exemple dans le cas le plus général par un câble coaxial) ou, soit de type symétrique (le plus souvent par une ligne bifilaire symétrique).
15 La figure 1 montre un exemple de ligne bifilaire symétrique de l'état de l'art comportant deux conducteurs électriques 10, 12 isolés par des gaines 14, 16 respectives. Les deux conducteurs électriques sont gardés à distance constante D l'un de l'autre par une paroi isolante 18 (ou des écarteurs isolants) solidaire des gaines des conducteurs. La paroi isolante 18 20 et les gaines 14, 16 des conducteurs sont souples pour pouvoir courber la ligne bifilaire lors de son installation. Les différents paramètres de la ligne notamment, le diamètre des conducteurs, la distance D entre conducteurs, l'épaisseur et les caractéristiques diélectriques de la gaine et des écarteurs déterminent une impédance caractéristique Zc donnée de la ligne 25 d'alimentation. Les lignes bifilaires symétrique comportent l'avantage, par rapport aux lignes coaxiales asymétriques, de présenter des pertes linéiques de transmission plus faibles et des hautes impédances caractéristiques. Les lignes bifilaires symétriques ont des caractéristiques et propriétés connues et 30 bien maîtrisées dans un milieu (gazeux, solide ou hybride) dont les caractéristiques radioélectriques sont très proches de l'air (permittivité diélectrique et magnétique relative très proche de 1), mais néanmoins sensiblement modifiées par la présence d'un environnement proche de la ligne ayant une permittivité diélectrique différente de celle de l'air et notamment lorsque cet environnement est humide ou de nature métallique. Dans certaines configurations d'alimentation d'une antenne HF par un l'émetteur/récepteur assez éloigné de l'antenne, la ligne bifilaire symétrique doit être éloignée du sol pour éviter les modifications de ses caractéristiques radioélectriques, ce qui entraînerait des pertes importantes par désadaptation de l'antenne avec l'émetteur ou couplage avec le sol. La figure 2 représente un émetteur/récepteur HF alimentant une antenne par une ligne bifilaire symétrique aérienne.
Dans la configuration de la figure 2, un émetteur/récepteur 22 est dans un local semi-fermé 24 alimentant, par une ligne bifilaire 26, une antenne 28 à l'extérieur du local à une distance importante du local. La ligne bifilaire d'alimentation 26 est maintenue à distance du sol 30 par des supports 32 fixés sur le sol et dont au moins la tête supportant la ligne bifilaire est en matériau isolant. Ce type de solution aérienne représentée à la figure 2 n'est pas souhaitable pour des raisons de discrétion dans le cas d'installations militaires. D'autre part, la ligne bifilaire 26 de la figure 2 ne peut pas être enterrée sous peine de dégradations importantes de ses caractéristiques conduisant à des pertes importantes de transmission du signal HF. Ces dégradations sont dues principalement à l'état et à la nature du sol d'enfouissement qui modifie sensiblement les caractéristiques de la ligne, celui-ci pouvant être humide et donc plus ou moins conducteur. L'état du sol peut, en outre, varier en fonction des conditions climatiques du moment.
Pour pallier les inconvénients des alimentations bifilaires symétriques de l'état de l'art pour antennes, l'invention propose un dispositif de traversée d'alimentation HF destiné à relier un émetteur/récepteur HF à une antenne à travers un milieu externe par une ligne bifilaire symétrique, caractérisé en ce que la ligne bifilaire symétrique est encapsulée, au moins partiellement, dans une partie centrale d'un conduit fermé comportant une paroi isolant la ligne symétrique bifilaire du milieu externe.
Avantageusement, la paroi sépare le milieu externe d'un milieu interne dans le conduit fermé, la permittivité diélectrique et magnétique du milieu interne étant proche de celle de l'air.
Dans une réalisation, la ligne symétrique bifilaire est maintenue dans la partie centrale du conduit par des écarteurs en matériau isolant disposés le long de la ligne bifilaire, la distance d'écartement de la ligne bifilaire à la paroi du conduit et la forme des écarteurs étant déterminés à partir des paramètres tels que, la tension et le courant maximum supportés par la ligne bifilaire, la variation maximale de l'impédance caractéristique de ladite ligne bifilaire autorisée, les contraintes mécaniques induites par la courbure désirée.
Dans une autre réalisation, le conduit fermé comporte deux extrémités et à chacune des extrémités un capuchon de fermeture du conduit en matériau isolant pour assurer l'étanchéité du milieu interne par rapport au milieu externe.
Dans une autre réalisation, le conduit est un tuyau de section 20 circulaire en matériau souple et étanche pour assurer une flexibilité et l'isolement entre le milieu externe et le milieu interne.
Dans une autre réalisation, les écarteurs sont maintenus en position dans le tuyau souple par des séparateurs en matériau isolant souple autour 25 de la ligne bifilaire symétrique, un séparateur étant disposé entre deux écarteurs consécutifs pour encaisser les contraintes sur les écarteurs lors d'une courbure du tuyau.
Dans une autre réalisation, le tuyau comporte dans sa paroi une 3o armature métallique de renforcement.
Dans une autre réalisation, l'armature métallique de renforcement est un fil métallique s'enroulant hélicoïdalement le long de la paroi du tuyau permettant de conserver les propriétés de flexibilité de la traversée. 35 Dans une autre réalisation, la paroi du tuyau est métallisée afin de prévenir toute influence radioélectrique externe sur la ligne bifilaire.
L'invention sera mieux comprise à l'aide d'un exemple de réalisation d'un dispositif de traversée d'alimentation pour antenne selon l'invention en référence aux dessins indexés dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, montre une ligne bifilaire de l'état de l'art, - la figure 2 représente un émetteur/récepteur HF alimentant une 10 antenne par une ligne bifilaire symétrique aérienne, - la figure 3a montre une vue partielle du dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention, - la figure 3b une vue de dessus du dispositif de traversée d'alimentation de la figure 3b. 15 - la figure 4a montre une des extrémités du dispositif de traversée d'alimentation des figures 3a et 3b, - la figure 4b montre une vue de dessus de l'extrémité du dispositif de traversée d'alimentation de la figure 4a, - la figure 5 montre une vue complète d'une variante de réalisation 20 du dispositif de traversée d'alimentation des figures 3a et 4a selon l'invention, - la figure 6 montre un schéma d'une première application du dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention et, - la figure 7 montre un schéma d'une deuxième application du 25 dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention.
La figure 3a montre une vue partielle du dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention et la figure 3b une vue de dessus du dispositif de traversée d'alimentation de la figure 3b. 30 La figure 3a montre une vue partielle en coupe longitudinale entre deux plans P1, P2 d'un dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention. Le dispositif de traversée comporte, dans cette réalisation, un tuyau 40 de section circulaire d'axe de révolution XX' (dans une partie rectiligne du tuyau) et une ligne bifilaire symétrique 42 (telle que représentée à la figure 1) encapsulée dans une partie centrale du tuyau 40 dans l'axe XX'. Le tuyau 40 en matériau souple, comporte une paroi 44 de séparation entre un milieu extérieur 46 au tuyau et un milieu intérieur 48 de permittivité diélectrique et magnétique proche de celle de l'air. Ce milieu intérieur 48 est majoritairement constitué d'air dans l'exemple présent mais il peut être également constitué de tout gaz ou solide ou mélange des deux offrant une permittivité diélectrique et magnétique très proche celle de l'air. La ligne bifilaire 42 est maintenue dans la partie centrale du tuyau par des écarteurs 50 en matériau isolant, sous forme de bagues circulaires normales à l'axe du tuyau, reparties régulièrement sur toute la longueur du tuyau. Les écarteurs assurent une distance constante, le long du tuyau, entre la ligne bifilaire et la paroi 44 du tuyau. Les dimensions physiques des écarteurs (entre autres, l'épaisseur des écarteurs) sont choisies de manière à respecter, d'une part, les contraintes mécaniques, par un choix entre une épaisseur maximale pour tenir les contraintes de courbure de la traversée d'alimentation et une épaisseur minimale pour la tenue au centre du tuyau de la ligne bifilaire et, d'autre part, les caractéristiques radioélectriques par un choix d'une épaisseur maximale et une répartition des écarteurs le long du tuyau pour ne pas modifier trop sensiblement les propriétés de la ligne bifilaire. La forme des écarteurs est aussi définie à partir des paramètres tels que, la tension et le courant maximum supportés par la ligne bifilaire la tension de claquage entre ligne bifilaire et la paroi du tuyau si elle est métallique ou de la nature de l'environnement extérieur, la variation maximale de l'impédance caractéristique de ladite ligne bifilaire autorisée, les contraintes mécaniques induites par le rayon de courbure désiré.
Les écarteurs 50 sont maintenus en place à l'intérieur du tuyau 40 par des séparateurs 54 en matériau isolant entourant la ligne bifilaire 42. Les séparateurs 54 encaissent les contraintes de déplacement des écarteurs 50 lorsque le tuyau 40 est fortement courbé. Les séparateurs 54, représentés sur la figure 3a sont des torsades hélicoïdales en matériau isolant entourant la ligne bifilaire 42. Les matériaux et la forme des torsades sont choisis de manière à assurer, d'une part, des propriétés mécaniques telles que celle de ressort élastique lorsque la traversée d'alimentation est courbée et, d'autre part, des propriétés radioélectriques qui, par leur présence dans le tuyau 40, ne produisent que des modifications admissibles des caractéristiques de la ligne bifilaire 42.
La paroi 44 du tuyau 40 peut être métallisée afin de garantir toute influence sur la ligne bifilaire 42 d'un milieu externe de nature métallique ou humide et d'isoler radioélectriquement la ligne. L'étanchéité du dispositif de traversée d'alimentation est complétée par une fermeture du tuyau 40 à chacune de ses deux extrémités par un capuchon de fermeture isolant, par exemple, en matériau composite de type époxy qui assure une bonne résistance aux contraintes mécaniques et d'environnement.
La figure 4a montre une des extrémités du dispositif de traversée d'alimentation des figures 3a et 3b comportant un capuchon 60 de fermeture de forme cylindrique comportant une ouverture 64 en son centre pour le passage, de façon étanche, de la ligne bifilaire 42 destinée la connexion à d'autre lignes bifilaires symétriques ou à des équipement HF ayant des accès de type bifilaire symétrique.
Le capuchon 60 de fermeture ferme de façon étanche les extrémités du tuyau 40 pour assurer une totale séparation du milieu intérieur 46 du dispositif de traversée d'alimentation par rapport au milieu extérieur 48. A cet effet, le capuchon est, par exemple, collé sur l'extrémité du tuyau et sur la ligne bifilaire au niveau du passage dans l'ouverture 64 du capuchon.
La figure 4b montre une vue de dessus de l'extrémité du dispositif de traversée d'alimentation de la figure 4a. Dans des conditions habituelles d'utilisation du dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention, par exemple, dans le cas d'utilisation du dispositif de traversée d'alimentation le long d'un mur ou simplement sur le sol, la force d'écrasement exercée sur le tuyau reste faible. Dans d'autres cas d'utilisation, par exemple, lorsque le dispositif de traversée d'alimentation doit être enterré ou résister à des contraintes de dépression dues à l'altitude, le tuyau doit présenter une résistance accrue à l'écrasement.35 La figure 5 montre une vue complète d'une variante de réalisation du dispositif de traversée d'alimentation des figures 3a et 4a selon l'invention. Dans cette variante de la figure 5, le tuyau 40 en polyuréthane comporte dans sa paroi 44 une armature métallique de renforcement. Cette armature de renforcement peut être réalisée, par exemple, par un fil métallique 65 souple s'enroulant hélicoïdalement le long de la paroi 44 de façon à renforcer sa résistance à l'écrasement. Le fil métallique 65 intégré à la paroi du tuyau 40 permet de courber le dispositif de traversée d'alimentation avec des rayons de courbure R plus faibles sans déformer la section circulaire du tuyau. Le dispositif de traversée d'alimentation de la figure 5 comporte, à chacune des extrémités, un capuchon 66, 67 de fermeture du tuyau 40. La ligne bifilaire symétrique 42 encapsulée dans le tuyau 40 dépasse des capuchons 66, 67 d'une certaine longueur comportant à une des extrémités des fiches banane femelles 68 et à l'autre extrémité des fiches banane mâles 69 pour la connexion du dispositif de traversée à d'autre lignes ou accès bifilaires symétriques.
La figure 6 montre un schéma d'une première application du 20 dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention. L'alimentation de l'antenne 28 par l'émetteur/récepteur 22 comporte un dispositif de traversée d'alimentation 70 selon l'invention, ayant une partie 72 enfouie dans le sol 30 et deux extrémités 74, 76 sortants du sol 30. Une des extrémités de la ligne bifilaire sortant du dispositif de traversée 70 est 25 connectée à une entrée bifilaire 80 de l'antenne 28, l'autre extrémité, à un accès bifilaire 82 de l'émetteur/récepteur 22. Contrairement à la réalisation de l'état de l'art de la figure 1, aucun support de ligne 32 n'est nécessaire, la végétation ne présente pas d'obstacle au passage du dispositif de traversée qui reste en grande partie invisible. 30 La figure 7 montre un schéma d'une deuxième application du dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention. La figure 7 représente l'antenne 28 alimentée par l'émetteur/récepteur 22 dans un local 90 à proximité de l'antenne. 35 L'alimentation de l'antenne 28 par l'émetteur/récepteur 22 comporte un dispositif de traversée d'alimentation 92 selon l'invention ayant une première partie 94 passant par un trou 96 dans un mur 98 du local 90 et une deuxième partie 100 plaquée le long du mur pour arriver au niveau de l'antenne 28. La ligne bifilaire symétrique du dispositif de traversée d'alimentation 92 sortant de son tuyau de protection dans le local 90 est connectée l'accès bifilaire 82 de l'émetteur/récepteur 22, l'autre extrémité de la ligne bifilaire du dispositif de traversée 92, hors du local, est connectée à l'entrée bifilaire 80 de l'antenne 28. Dans cette réalisation de la figure 7, le dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention permet de faire passer la ligne bifilaire à travers un mur. Mais le passage de la ligne peut être aussi effectué par le pas d'une porte ou d'une fenêtre du local avec un faible rayon R de courbure sans modification des caractéristiques radioélectriques de la ligne bifilaire d'alimentation de l'antenne. Le local peut être un local fermé et climatisé.
Le dispositif de traversée d'alimentation selon l'invention comporte les avantages suivants : - un poids léger ce qui facilité sa transportabilité - une bonne flexibilité permettant une adaptation aux contraintes 20 d'installation, rayon de courbure R faible, contraintes d'écrasement importantes, adaptabilité aux contraintes d'installation, - une longueur de la traversée d'alimentation adaptable aux besoins : de 10 centimètres à quelques mètres, - l'étanchéité permettant son utilisation en conditions de pluie ou 25 dans milieux externes humides, - un volume réduit (transportabilité, discrétion) - tenue à l'écrasement et aux contraintes de dépression - facilité de réalisation et de production - caractéristiques radioélectriques non dégradées (impédance 30 caractéristique et pertes linéiques) et indépendantes de la déformation du dispositif de traversée (rayon de courbure) et du milieu ambiant. 35

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de traversée d'alimentation HF destiné à relier un émetteur/récepteur HF (22) à une antenne (28) à travers un milieu externe (30, 46) par une ligne bifilaire symétrique (26, 42), caractérisé en ce que la ligne bifilaire symétrique est encapsulée, au moins partiellement, dans une partie centrale d'un conduit (40) fermé comportant une paroi (44) isolant la ligne symétrique bifilaire du milieu externe.
  2. 2. Dispositif de traversée d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (44) sépare le milieu externe (30, 46) d'un milieu interne (48,) dans le conduit (40) fermé, la permittivité diélectrique et magnétique du milieu interne (48) étant proche de celle de l'air.
  3. 3. Dispositif de traversée d'alimentation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la ligne symétrique bifilaire (42) est maintenue dans la partie centrale du conduit (40) par des écarteurs (50) en matériau isolant disposés le long de la ligne bifilaire, la distance d'écartement de la ligne bifilaire à la paroi (44) du conduit (40) et la forme des écarteurs étant déterminés à partir des paramètres tels que, la tension et le courant maximum supportés par la ligne bifilaire, la variation maximale de l'impédance caractéristique de ladite ligne bifilaire autorisée, les contraintes mécaniques induites par la courbure désirée.
  4. 4. Dispositif de traversée d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit (40) fermé comporte deux extrémités et à chacune des extrémités un capuchon (60, 68, 69) de fermeture du conduit en matériau isolant pour assurer l'étanchéité du milieu interne (48) par rapport au milieu externe (30, 46).35
  5. 5. Dispositif de traversée d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit (40) est un tuyau de section circulaire en matériau souple et étanche pour assurer une flexibilité et l'isolement entre le milieu externe et le milieu interne.
  6. 6. Dispositif de traversée d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les écarteurs (50) sont maintenus en position dans le tuyau (40) souple par des séparateurs (54) en matériau isolant souple autour de la ligne bifilaire (42) symétrique, un séparateur étant disposé entre deux écarteurs consécutifs pour encaisser les contraintes sur les écarteurs lors d'une courbure du tuyau.
  7. 7. Dispositif de traversée d'alimentation selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le tuyau (40) comporte dans sa 15 paroi (44) une armature métallique de renforcement.
  8. 8. Dispositif de traversée d'alimentation selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'armature métallique de renforcement est un fil métallique (65) s'enroulant hélicoïdalement le long de la paroi (44) du tuyau 20 (40) permettant de conserver les propriétés de flexibilité de la traversée.
  9. 9. Dispositif de traversée d'alimentation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la paroi (44) du tuyau (40) est métallisée afin de prévenir toute influence radioélectrique externe sur la ligne 25 bifilaire (42). 30 35
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