FR2759497A1

FR2759497A1 - Variable geometry antenna for frequencies below 1GHz

Info

Publication number: FR2759497A1
Application number: FR9701428A
Authority: FR
Inventors: Bui Hung Frederic Ngo; William Rebernak; Sylvain Kretschmer
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-14

Abstract

The antenna includes an arrangement of n lengths of conductor rods (11, 12) separated electrically by (n-1) spacings, in which n is greater than unity. There are n-1 switching modules assigned to a respective spacing, with m of these modules having a two-state electromagnetic relay (R). Here m is less than n. At least one relay is controlled by one or two modules containing at least one photovoltaic cell (21,22).A relay with one stable state could be used with one fibre although this would necessitate continuous illumination of the photovoltaic cell in the unstable state. A mechanical relay is an alternative, controlled by an electrically insulating rod, transparent to microwaves and connected to a moving core within a coil. The relay is a piece of conductor sliding directly along the axis of part of the

Description

La présente invention concerne les antennes dont les dimensions peuvent être modifiées afin de modifier leurs caractéristiques radioélectriques dans le but, généralement, de les faire travailler, au choix, dans une parmi plusieurs bandes de fréquences; de telles antennes sont principalement utilisées à des fréquences inférieures à 1 GHz. The present invention relates to antennas the dimensions of which can be modified in order to modify their radioelectric characteristics with the aim, generally, of making them work, as desired, in one of several frequency bands; such antennas are mainly used at frequencies below 1 GHz.

Des antennes sont connues qui comportent au moins un élément rayonnant à longueur électrique variable, réalisé à partir d'un alignement de n, avec n entier supérieur à 1, tronçons conducteurs séparés par des modules de commutation conçus pour relier électriquement entre eux tout ou partie des tronçons. A partir de celle de ses deux extrémités où il est alimenté, I'alignement constitue un élément rayonnant qui est fait, au choix, de i, 2, . . n tronçons. C'est ainsi que sont réalisées, en particulier, des antennes unipolaires à géométrie variable. Antennas are known which comprise at least one radiating element of variable electrical length, produced from an alignment of n, with n integer greater than 1, conductive sections separated by switching modules designed to electrically connect all or part of them sections. From that of its two ends where it is supplied, the alignment constitutes a radiating element which is made, as desired, of i, 2,. . n sections. This is how, in particular, unipolar antennas with variable geometry are produced.

Dans certains cas les modules de commutation sont simplement constitués par des moyens de fixation, généralement une vis et un écrou respectivement portés par les extrémités en regard des tronçons à raccorder électriquement. Quand le raccordement doit être télécommandé pour des raisons de facilité etlou de rapidité de mise en oeuvre, il est connu d'utiliser un module de commutation qui comporte un commutateur proprement dit et deux fils électriques pour commander le commutateur, la présence de ces fils qui sont isolés radioélectriquement des tronçons conducteurs par des moyens plus ou moins efficaces, limite les performances de l'antenne et cette limitation est d'autant plus grande que l'antenne supporte de fortes puissances ou de fortes tensions, comme c'est le cas avec les antennes fonctionnant en ondes décamétriques. In some cases the switching modules are simply constituted by fixing means, generally a screw and a nut respectively carried by the ends opposite the sections to be electrically connected. When the connection must be remote-controlled for reasons of ease and / or speed of implementation, it is known to use a switching module which comprises a switch proper and two electrical wires to control the switch, the presence of these wires which are isolated electrically from conductive sections by more or less efficient means, limits the performance of the antenna and this limitation is all the greater when the antenna supports high powers or high voltages, as is the case with antennas operating in HF.

II est à noter également qu'il est connu, par le brevet US 4 728 805, de réaliser des antennes à partir d'une matrice tri-dimensionnelle dont les rangs sont faits de segments conducteurs avec, aux intersections des rangs, des éléments photoconducteurs qui assurent des connexions entre segments quand ils sont éclairés. Cette technique n'est utilisable, du fait des photoconducteurs disponibles dans le commerce, qu'avec des antennes de faible puissance et, de plus, ces photoconducteurs doivent être éclairés en permanence pour être maintenus dans l'état passant. It should also be noted that it is known, from US Pat. No. 4,728,805, to produce antennas from a three-dimensional array whose rows are made of conductive segments with, at the intersections of the rows, photoconductive elements which provide connections between segments when they are illuminated. This technique can only be used, because of the commercially available photoconductors, only with low power antennas and, moreover, these photoconductors must be permanently lit to be kept in the on state.

La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients précités dans les antennes dont la géométrie est réglable par télécommande. The present invention aims to avoid the aforementioned drawbacks in antennas whose geometry is adjustable by remote control.

Ceci est obtenu grâce à une télécommande qui met en oeuvre à la fois des moyens optiques, des cellules photovoltaïques et des relais. This is obtained by means of a remote control which uses both optical means, photovoltaic cells and relays.

Selon l'invention il est proposé une antenne à géométrie variable comportant au moins un alignement de n tronçons conducteurs, avec n entier supérieur à 1, séparés électriquement par n-l intervalles, n-1 modules de commutation respectivement affectés aux n-1 intervalles, m, avec m positif au plus égal à n-l de ces modules comportant un relais à deux états et m moyens conducteurs aboutissant respectivement sur les m modules pour acheminer des télécommandes, caractérisée en ce que au moins un des m modules de commutation comporte, p dispositifs photovoltaïques avec p entier positif inférieur à 3, pour commander le relais du module considéré, et en ce que le moyen conducteur aboutissant sur le module considéré est conducteur de la lumière et comporte p câbles optiques qui aboutissent respectivement sur les dispositifs. According to the invention there is provided an antenna with variable geometry comprising at least one alignment of n conductive sections, with n integer greater than 1, electrically separated by nl intervals, n-1 switching modules respectively assigned to the n-1 intervals, m , with m positive at most equal to nl of these modules comprising a relay with two states and m conductive means leading respectively to the m modules for routing remote controls, characterized in that at least one of the m switching modules comprises, p photovoltaic devices with p positive integer less than 3, for controlling the relay of the module considered, and in that the conductive means terminating on the module considered is conductive of light and comprises p optical cables which terminate respectively on the devices.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - la figure 1, une antenne selon l'invention, - la figure 2, une vue détaillée d'une partie de l'antenne selon la figure 1, - la figure 3, une autre antenne selon l'invention. The present invention will be better understood and other characteristics will appear from the following description and the figures relating thereto which represent: - Figure 1, an antenna according to the invention, - Figure 2, a detailed view of part of the antenna according to FIG. 1, FIG. 3, another antenna according to the invention.

Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes références. In the various figures, the corresponding elements are designated by the same references.

La figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'une antenne selon l'invention. II s'agit d'une antenne unipolaire, aussi dite antenne fouet. Cette antenne est à géométrie variable et comporte une partie rayonnante 1 et un plan de masse M. La partie rayonnante comporte deux tronçons conducteurs, alignés, 11, 12, séparés par un module de commutation, 2, qui sera décrit plus en détail à l'aide de la figure 2; cette partie rayonnante est disposée perpendiculairement au plan de masse M, au niveau d'un trou T percé dans le plan de masse, et se situe toute entière au-dessus du plan de masse M. Les tronçons conducteurs 11, 12 sont des cylindres creux dont les extrémités en regard sont respectivement reliées électriquement à deux accès du module de commutation 2. Deux fibres optiques F1, F2 relient respectivement deux connecteurs optiques Cl, C2 situés sous le plan de masse M, au module de commutation 2; ces fibres passent par le trou T puis à l'intérieur du tronçon 11 en profitant du fait que ce tronçon est un cylindre creux ouvert à ses deux extrémités. Un boîtier de commande, L, comportant une source laser de puissance, permet d'envoyer, une impulsion lumineuse, au choix, sur le connecteur optique C1 ou sur le connecteur optique C2. Figure 1 is a schematic sectional view of an antenna according to the invention. It is a unipolar antenna, also called a whip antenna. This antenna is of variable geometry and comprises a radiating part 1 and a ground plane M. The radiating part comprises two conductive sections, aligned, 11, 12, separated by a switching module, 2, which will be described in more detail in using Figure 2; this radiating part is arranged perpendicular to the ground plane M, at the level of a hole T drilled in the ground plane, and is entirely located above the ground plane M. The conductive sections 11, 12 are hollow cylinders whose opposite ends are respectively electrically connected to two ports of the switching module 2. Two optical fibers F1, F2 respectively connect two optical connectors C1, C2 located under the ground plane M, to the switching module 2; these fibers pass through the hole T and then inside the section 11, taking advantage of the fact that this section is a hollow cylinder open at its two ends. A control unit, L, comprising a laser power source, makes it possible to send a light pulse, as desired, to the optical connector C1 or to the optical connector C2.

L'accès émission-réception de l'antenne se fait entre le plan de masse M et une borne A située sur le tronçon conducteur 11 au voisinage immédiat du plan de masse. The transmission-reception access of the antenna is made between the ground plane M and a terminal A located on the conductive section 11 in the immediate vicinity of the ground plane.

Pour simplifier le dessin et parce qu'ils n'apportent rien à la compréhension de l'invention, les moyens de fixation qui relient mécaniquement entre elles toutes les pièces de la figure 1 n'ont pas été représentés. To simplify the drawing and because they add nothing to the understanding of the invention, the fixing means which mechanically connect all the parts of FIG. 1 together have not been shown.

L'antenne selon la figure 1 est destinée à travailler entre 1,5 et 30 MHz, en une bande basse 1,5 - 7,5 MHz et une bande haute 7,5 30 MHz. Pour cela la longueur de chacun des tronçons Il, 12 a été prise sensiblement égale à 5 mètres et, grâce au module de commutation 2, le tronçon conducteur 12 peut être ou ne pas être connecté au tronçon Il ce qui donne à l'antenne une hauteur radioélectrique de 10 mètres pour la bande basse et de 5 mètres pour la bande haute. The antenna according to FIG. 1 is intended to work between 1.5 and 30 MHz, in a low band 1.5 - 7.5 MHz and a high band 7.5 30 MHz. For this, the length of each of the sections II, 12 has been taken substantially equal to 5 meters and, thanks to the switching module 2, the conductive section 12 may or may not be connected to the section II, which gives the antenna a radio height of 10 meters for the low band and 5 meters for the high band.

La figure 2 est une vue schématique du module de commutation 2 de la figure 1. Ce module comporte un relais R et deux cellules photovoltaïques 21, 22. FIG. 2 is a schematic view of the switching module 2 of FIG. 1. This module includes a relay R and two photovoltaic cells 21, 22.

Le relais R est un relais électromécanique bi-stable dont les deux états stables sont respectivement commandées, par impulsions de courant, à partir de deux entrées El, E2. Les deux états stables correspondent respectivement à l'ouverture et à la fermeture d'un contact interne au relais. Relay R is a bi-stable electromechanical relay, the two stable states of which are respectively controlled by current pulses from two inputs El, E2. The two stable states correspond respectively to the opening and closing of an internal contact in the relay.

Les bornes S1, S2 de ce contact constituent les accès d'utilisation du relais; elles sont respectivement connectées aux tronçons 1 1 et 12 représentés sur la figure 1 de manière à permettre, comme indiqué plus avant, d'assurer ou non une liaison électrique entre ces deux tronçons. Le relais R peut être constitué par un relais type REED SUPERDIL commercialisé par la société
CELDUC sous la référence G31R3210. The terminals S1, S2 of this contact constitute the access ports for using the relay; they are respectively connected to the sections 1 1 and 12 shown in Figure 1 so as to allow, as indicated above, to ensure or not an electrical connection between these two sections. Relay R can be made up of a REED SUPERDIL type relay marketed by the company
CELDUC under the reference G31R3210.

Les fibres optiques F1, F2 aboutissent respectivement sur les entrées de lumière des cellules photovoltaïques 21, 22 et les sorties de courant de ces cellules sont respectivement reliées aux entrées El, E2 du relais R. The optical fibers F1, F2 respectively lead to the light inputs of the photovoltaic cells 21, 22 and the current outputs of these cells are respectively connected to the inputs El, E2 of the relay R.

Pour connecter en série les deux tronçons 11 et 12 représentés sur la figure 1, afin de constituer un aérien de 10 mètres, une impulsion lumineuse provenant, comme il a été indiqué précédemment, du boîtier L est acheminée via le connecteur optique Cl et la fibre optique F1 jusqu'à la cellule photovoltaïque 21; I'impulsion de courant qui en résulte à la sortie de la cellule photovoltaïque 21 fait passer ou laisse en position fermée le contact du relais R selon que ce contact était en position ouverte ou fermée avant l'arrivée de l'impulsion. To connect the two sections 11 and 12 shown in FIG. 1 in series, in order to constitute an aerial of 10 meters, a light pulse originating, as indicated above, from the housing L is routed via the optical connector C1 and the fiber. optics F1 to the photovoltaic cell 21; The current pulse which results therefrom at the output of the photovoltaic cell 21 causes the contact of the relay R to pass or leave in the closed position, depending on whether this contact was in the open or closed position before the arrival of the pulse.

De la même façon, lorsqu'un fonctionnement avec un aérien de 5 mètres est désiré, c'est-à-dire avec seulement le tronçon 11 représenté sur la figure 1, une impulsion lumineuse est envoyée du boîtier L vers la cellule photovoltaïque 22 ; I'impulsion de courant qui en résulte à la sortie de la cellule photovoltaïque 22 fait passer ou laisse en position ouverte le contact du relais R selon que ce contact était en position fermée ou ouverte avant l'arrivée de l'impulsion. In the same way, when an operation with an aerial of 5 meters is desired, that is to say with only the section 11 shown in FIG. 1, a light pulse is sent from the box L to the photovoltaic cell 22; The current pulse which results therefrom at the output of the photovoltaic cell 22 causes the contact of relay R to pass or leave in the open position, depending on whether this contact was in the closed or open position before the arrival of the pulse.

L'antenne qui vient d'être décrite à l'aide des figures 1 et 2, en utilisant des fibres optiques au lieu de conducteurs électriques pour la télécommande du module de commutation entre les tronçons conducteurs 11, 12 évite le couplage qui se serait établi entre le tronçon et les conducteurs électriques. The antenna which has just been described with the aid of FIGS. 1 and 2, using optical fibers instead of electrical conductors for the remote control of the switching module between the conductive sections 11, 12 avoids the coupling which would have been established between the section and the electrical conductors.

II est à noter que c'est par souci d'esthétique qu'il a été choisi de profiter de ce que le tronçon conducteur 1 1 était creux pour faire passer les fibres optiques à l'intérieur et que, sans inconvénient notoire sur le plan du fonctionnement, les fibres peuvent être placées à l'extérieur du tronçon conducteur et en particulier sur le tronçon conducteur; dans le cas où le tronçon conducteur serait plein cette manière de faire passer les fibres serait d'ailleurs la seule possible. It should be noted that it was for the sake of aesthetics that it was chosen to take advantage of the fact that the conductive section 11 was hollow in order to pass the optical fibers inside and that, without any noticeable drawback on the plan during operation, the fibers can be placed outside the conductive section and in particular on the conductive section; in the case where the conductive section is full, this way of passing the fibers would also be the only possible.

La figure 3 est le schéma simplifié d'une autre antenne selon l'invention. L'antenne est ici du type dipôle horizontal et chacun des deux bras du dipôle comporte trois tronçons conducteurs alignés, séparés les uns des autres par des modules de commutation 2a, 3a, 2b, 3b. Ces modules de commutation représentés schématiquement par un simple contact, sont, dans l'antenne qui a servi d'exemple à la présente description, du même type que le module de commutation 2 des figures 1 et 2. Et, toujours dans l'antenne considérée, des fibres optiques, non représentées, servent à la commande de ces modules; elles longent les bras du dipôle, en venant du milieu du dipôle, pour aboutir sur les différents modules. Figure 3 is the simplified diagram of another antenna according to the invention. The antenna is here of the horizontal dipole type and each of the two arms of the dipole comprises three aligned conductive sections, separated from each other by switching modules 2a, 3a, 2b, 3b. These switching modules represented schematically by a single contact, are, in the antenna which served as an example for the present description, of the same type as the switching module 2 of FIGS. 1 and 2. And, still in the antenna considered, optical fibers, not shown, are used to control these modules; they run along the arms of the dipole, coming from the middle of the dipole, to reach the different modules.

L'antenne ayant servi d'exemple pour le dessin selon la figure 3 est une antenne conçue pour des liaisons hertziennes par réflexion ionosphérique dans la bande 1,5-12 MHz sur une distance de O à 500 km. The antenna used as an example for the drawing according to FIG. 3 is an antenna designed for radio links by ionospheric reflection in the 1.5-12 MHz band over a distance of 0 to 500 km.

Quand les quatre modules de commutation sont ouverts l'antenne a une envergure électrique de 15 mètres, les tronçons Il a, Il b étant seuls en fonctionnement. L'antenne est alors prévue pour fonctionner entre 6 et 12 MHz. Quand les modules 2a, 2b sont fermés et les modules 3a, 3b ouverts, I'envergure électrique est portée à 30 mètres et l'antenne est prévue pour fonctionner entre 3 et 6 MHz. Et, quand les quatre modules de commutation sont fermés, I'envergure électrique est de 60 mètres et l'antenne est prévue pour fonctionner entre 1,5 et 3 MHz.When the four switching modules are open, the antenna has an electrical span of 15 meters, the sections Il a, Il b being alone in operation. The antenna is then designed to operate between 6 and 12 MHz. When the modules 2a, 2b are closed and the modules 3a, 3b open, the electrical span is increased to 30 meters and the antenna is designed to operate between 3 and 6 MHz. And, when the four switching modules are closed, the electrical span is 60 meters and the antenna is designed to operate between 1.5 and 3 MHz.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ou mentionnés; c'est ainsi que les modules de commutation peuvent comporter un relais à un état stable et un état instable; dans ce cas une seule fibre optique et une seule cellule photovoltaïque suffisent et la commande de l'état instable se fait par l'envoi d'un flux lumineux continu à travers la fibre optique pendant tout le temps que doit être maintenu cet état instable; le retour à l'état stable se fait par arrêt de l'envoi du flux lumineux. Cette façon de procéder a certes l'avantage de réduire le nombre d'éléments pour assurer la commutation mais a l'inconvénient de nécessiter, pour le maintien à l'état instable, un flux lumineux continu, c'est-à-dire de l'énergie en continu et éventuellement une source lumineuse plus puissante qu'avec un relais à deux états stables commandés par impulsions. The invention is not limited to the examples described or mentioned; thus the switching modules can include a relay in a stable state and an unstable state; in this case a single optical fiber and a single photovoltaic cell are sufficient and the control of the unstable state is done by sending a continuous light flux through the optical fiber during the whole time that this unstable state must be maintained; the return to the stable state is done by stopping the sending of the luminous flux. This way of proceeding certainly has the advantage of reducing the number of elements to ensure switching but has the disadvantage of requiring, for the maintenance in the unstable state, a continuous luminous flux, that is to say of continuous energy and possibly a more powerful light source than with a relay with two stable states controlled by pulses.

Un troisième type de module de commutation est utilisable; il comporte un relais à deux états stables mais à une seule entrée, et ce relais, de type compteur, change d'état à chaque impulsion reçue sur son entrée. A third type of switching module can be used; it comprises a relay with two stable states but with a single input, and this relay, of the counter type, changes state with each pulse received on its input.

Comme avec le module décrit dans le paragraphe précédent, une seule fibre optique et une seule cellule photovoltaïque sont nécessaires par module et, comme avec le module décrit à l'aide de la figure 2, la commande se fait par impulsions. Mais ce module présente l'inconvénient de nécessiter, pour l'opérateur, des moyens spécifiques de signalisation de l'état ouvert ou fermé du relais; en effet avec les deux types de modules précédents les télécommandes des états ouvert et fermé sont distinctes et soit la dernière télécommande peut donc être facilement signalisée, soit la télécommande désirée peut être effectuée à toutes fins utiles, par mesure de sécurité, dans le cas d'un doute sur l'état du relais; il en va différemment avec un relais de type compteur puisque, en cas de doute sur l'état du relais, il ne peut pas être procédé à une commande de sécurité et qu'il faut donc, par exemple, connaissant l'état du relais à un moment donné, disposer d'un moyen de comptage modulo 2 pour les télécommandes effectuées à partir de ce moment donné.As with the module described in the previous paragraph, only one optical fiber and one photovoltaic cell are required per module and, as with the module described using FIG. 2, the control is done by pulses. However, this module has the drawback of requiring, for the operator, specific means of signaling the open or closed state of the relay; indeed with the two types of previous modules the remote controls of the open and closed states are distinct and either the last remote control can therefore be easily signaled, or the desired remote control can be carried out for all practical purposes, as a safety measure, in the case of '' a doubt about the state of the relay; it is different with a counter type relay since, in case of doubt about the state of the relay, a safety command cannot be carried out and it is therefore necessary, for example, to know the state of the relay at a given moment, have a modulo 2 counting means for the remote controls carried out from this given moment.

De même le relais d'un module de commutation peut être de type électronique. Similarly, the relay of a switching module can be of the electronic type.

Quant aux antennes comportant plusieurs modules de commutation, il est possible de réaliser certains de ces modules selon l'invention et d'autres selon l'art connu, par exemple en reliant certains tronçons conducteurs par des moyens de fixation du type vis-écrou. As for the antennas comprising several switching modules, it is possible to produce some of these modules according to the invention and others according to the known art, for example by connecting certain conductive sections by fixing means of the screw-nut type.

Pour ce qui est des cellules photovoltaïques dont il a été question ciavant elles peuvent être remplacées par des batteries de cellules photovoltaïques tandis que les fibres optiques peuvent être remplacées par des câbles optiques comportant plusieurs fibres optiques en parallèle. As regards the photovoltaic cells which have been discussed above, they can be replaced by batteries of photovoltaic cells while the optical fibers can be replaced by optical cables comprising several optical fibers in parallel.

II est même possible d'utiliser, pour les relais des modules, non pas des relais "ouvert-fermé" ordinaires mais des relais qui dans un de leurs deux états, voire dans leurs deux états, commutent une impédance, par exemple: impédance infinie dans l'état ouvert et impédance Z dans l'état fermé. It is even possible to use, for the relays of the modules, not ordinary "open-closed" relays but relays which in one of their two states, or even in their two states, switch an impedance, for example: infinite impedance in the open state and impedance Z in the closed state.

Claims

1. Antenna with variable geometry comprising at least one alignment of n conductive sections (11, 12), with n integer greater than 1, electrically separated by n-1 intervals, nl switching modules (2) respectively assigned to the nl intervals, m , with m positive at most equal to nl of these modules comprising a relay (R) with two states and m conductive means respectively terminating on the m modules for carrying remote controls, characterized in that at least one of the m switching modules comprises, p photovoltaic devices (21, 22) with p positive integer less than 3, for controlling the relay of the module considered, and in that the conductive means terminating on the module considered is conductive of light and comprises p optical cables (F1, F2 ) which lead respectively to the p devices (21, 22).

2. Antenna according to claim 1, characterized in that the devices each comprise at least one photovoltaic cell (21, 22).

3. Antenna according to claim 1, characterized in that the relay is an electromagnetic relay (R).

4. Antenna according to claim 3, characterized in that the relay (R) is a relay with two stable states and with two control inputs for controlling the two stable states respectively, in that p is equal to 2, in that the two photovoltaic devices are respectively coupled to the two control inputs and in that the two cables each comprise at least one optical fiber (F1, F2).