Théorie des ondes radio : antennes. Antenne à rayonnement latéral cylindrique haute fréquence avec antenne à canal d'onde à balayage circulaire

07.06.2024Titre: Windows 7, XP

Nous proposons une version simple d'une antenne J KB bi-bande, testée sur les bandes 21 et 28 MHz. Les auteurs souhaitent depuis longtemps tester pratiquement une telle antenne en fonctionnement. Victor, UA6G, a pris en charge le développement et la mise en œuvre de la conception mécanique, et Vladimir, UA6HGW, a effectué les calculs nécessaires et configuré l'antenne.

Dans les bandes HF et VHF, diverses antennes fouet verticales sont largement utilisées. De plus, on utilise le plus souvent des vibrateurs verticaux quart d'onde avec des systèmes de contrepoids ou de « terre artificielle », grâce auxquels ces antennes fonctionnent, étant, en principe, des analogues d'un vibrateur demi-onde. Malheureusement, Il n’est pas si simple de mettre en œuvre un système de « terre artificielle » ou de contrepoids de haute qualité, et un système de mauvaise qualité réduit considérablement l'efficacité de l'antenne dans son ensemble. Néanmoins, les antennes Ground Plane sont très appréciées des radioamateurs. Dans le même temps, beaucoup ne prêtent attention qu'aux performances de haute qualité de l'émetteur quart d'onde lui-même et, en raison du manque d'espace pour accueillir un système de mise à la terre à part entière, ne font souvent pas attention au « sol ». en utilisant divers systèmes de substitution de contrepoids ou de mise à la terre. Il faut faire une réserve que dans la gamme VHF, un tel problème n'existe pratiquement pas, car La base de l'antenne et les contrepoids peuvent être élevés à une hauteur suffisante pour accueillir un système conçu pour fonctionner même sur les longueurs d'onde les plus longues d'un mètre.

Si la zone pour placer des antennes d'autres types n'est pas suffisante, alors pour la section haute fréquence de la gamme KB, il est préférable d'utiliser un vibrateur demi-onde vertical, alimenté par l'extrémité inférieure et installé sans vergetures. Pour faire correspondre sa résistance élevée avec la faible résistance du chargeur, divers dispositifs d'adaptation sont utilisés - à la fois résonants et à large bande. L’une des méthodes d’adaptation les plus connues et les plus simples consiste à utiliser un transformateur d’impédance quart d’onde. De plus, il existe deux méthodes d'alimentation électrique utilisant un tel transformateur - série et parallèle.

Avec alimentation séquentielle On utilise une ligne quart d'onde, qui peut être réalisée sous la forme d'une ligne aérienne ou d'une ligne à diélectrique solide. Le plus souvent, des lignes symétriques sont utilisées à cet effet. L'inconvénient de cette méthode d'alimentation est la nécessité d'installer un isolant à l'extrémité inférieure du vibrateur, ce qui, dans les gammes KB, entraîne des difficultés de conception et réduit la fiabilité de la conception.

Avec alimentation parallèle L'extrémité inférieure de la ligne du transformateur, parfois appelée boucle, peut être court-circuitée avec un vibrateur et mise à la terre, ce qui est structurellement plus pratique, car élimine le besoin d’utiliser un support isolant encombrant. Dans ce cas, les points de connexion des lignes d'alimentation sont choisis plus haut, à une distance pré-calculée de l'extrémité inférieure de la ligne, qui est ensuite spécifiée lors du processus de réglage de l'antenne sur un ROS minimum. Cela rend un peu plus difficile le réglage de l'antenne et rétrécit la bande de fréquence de fonctionnement, et nécessite également l'utilisation de mesures supplémentaires pour réduire l'effet d'antenne du chargeur.

Dans les deux cas, l'impédance caractéristique de la ligne du transformateur quart d'onde doit être correctement calculée et la même sur toute sa longueur. Cette conception est le plus souvent appelée antenne J classique. La longueur de son élément vertical principal - l'émetteur plus la ligne - est 3/4Lamda*K,
Où À- coefficient de raccourcissement, fonction de la configuration et des dimensions transversales de ces éléments.

L'expérience a montré que ces dimensions peuvent être différentes pour différentes sections de l'émetteur et de la ligne.

Les radioamateurs utilisent le plus souvent des antennes J dans la bande VHF et dans la partie haute fréquence de la bande HF, où leurs conceptions, tout en possédant la résistance nécessaire, ne sont pas trop complexes et encombrantes.

L'élément vertical principal 1 (Fig. 1) - un mât mis à la terre, qui sert également de radiateur, est constitué de trois tuyaux en acier de diamètres différents, reliés selon le principe télescopique. Les tuyaux des maillons ont été sélectionnés avec précision en diamètre afin qu'ils s'emboîtent étroitement les uns dans les autres. La longueur des tuyaux a été choisie de manière à ce que l'extrémité de l'un s'étende dans l'autre à une distance suffisante pour que toute la structure de l'antenne tienne fermement et ne se balance pas sans vergetures. Par conséquent, il est difficile d'indiquer la longueur exacte de l'ensemble de l'élément vertical de l'assemblage, mais, selon nos calculs, elle s'est avérée être d'au moins 12 m. Le tuyau inférieur - la base de l'antenne d'une longueur d'environ 5 m. et un diamètre extérieur de 90 mm - a été installé au niveau du sol sur une base en béton à l'intérieur d'une petite pièce et est sorti par un trou dans le toit plat en béton armé 6, qui est électriquement connecté à la boucle de terre. Après avoir assemblé le système, les tuyaux ont été fixés aux joints à l'aide de deux vis et écrous de 10 mm de diamètre. Les écrous ont été solidement soudés au préalable à la surface extérieure à l'extrémité des tuyaux dans un plan perpendiculaire au plan de localisation des éléments correspondants 2. Des vis 7 ont été vissées dans les écrous, serrant la base du tuyau du maillon suivant.

Les éléments des 2 lignes aériennes correspondantes sont constitués d'un tube en acier d'un diamètre de 0,5 pouce pour la gamme 21 MHz et d'une tige galvanisée d'un diamètre d'environ 8 mm pour la gamme 28 MHz. Du fait que l'élément 1 et les éléments 2 devaient être constitués de diamètres différents, le calcul préliminaire des dimensions des émetteurs et des lignes aériennes a posé quelques difficultés, car avec une telle conception, les coefficients de raccourcissement K seront différents non seulement pour différentes plages en fonction de la fréquence, mais également en raison d'une modification du rapport des diamètres de tuyaux. Pour cette raison, plusieurs formules pratiques approximatives différentes ont été choisies pour le calcul. Ils sont présentés dans le tableau 1 avec les résultats des calculs.

À notre avis, dans de tels cas, il est préférable d'indiquer la distance D pour l'entrefer entre les éléments 1 et 2, inférieure à laquelle il ne doit pas être réalisé. La distance C est initialement prise comme 0,03Lamda. La pratique a montré que la valeur exacte ne peut être déterminée qu'après avoir réglé une antenne spécifique sur les fréquences sélectionnées.

La conception initiale de l'antenne était conçue pour fonctionner dans la section télégraphique de la gamme 21 MHz. Nous avons choisi toutes les dimensions pour la mise en œuvre pratique de la conception sur la base d'un compromis entre les possibilités réelles et les calculs, qui ont pu être corrigés par vérification à l'aide du programme MMANA-GAL. Pour assurer un contact électrique fiable, deux conducteurs en cuivre du cordon d'antenne ont été posés de l'extrémité supérieure du mât à l'extrémité inférieure dans le plan des éléments correspondants, qui ont en outre été fixés à chaque maillon à l'aide de pinces plates ordinaires, serrées avec des vis et des noisettes. Afin de ne pas surcharger la figure 1, elle ne montre classiquement qu'un seul des cordons 3. Il est également conseillé de fixer des conducteurs en cuivre supplémentaires du cordon d'antenne ou du fil de cuivre unipolaire aux tubes de ligne correspondants. Lors du choix de telles solutions de conception, la « propension » de certains citoyens à « chasser » les métaux non ferreux a été prise en compte, de sorte que la plupart des éléments principaux étaient en acier. Il convient de garder à l'esprit que lors de l'utilisation de métaux différents, une corrosion peut se produire et, par conséquent, une augmentation du bruit lors de la réception. Par conséquent, il est conseillé d'utiliser des métaux situés dans la série galvanique aussi proches que possible les uns des autres, ou de recourir à des mesures supplémentaires (par exemple, étamer les conducteurs en cuivre avec une soudure plomb-étain et améliorer les contacts par soudure). Cela s'applique même aux petits éléments utilisés dans les structures - boulons, rondelles, écrous, etc.

Le tableau 2 présente une partie de la gamme galvanique des métaux les plus couramment utilisés.

Une autre caractéristique de conception est que les éléments des lignes correspondantes devaient être constitués d'un tube en acier et d'une tige de diamètre inférieur à celui du vibrateur, c'est-à-dire pas comme recommandé dans la littérature. Par conséquent, la distance entre le vibrateur et les éléments verticaux correspondants 2 a été choisie comme compromis et s'est avérée légèrement inférieure à celle calculée obtenue à l'aide du programme MMANA. Cela a soulevé quelques doutes quant à la possibilité d'obtenir une bonne adéquation avec le câble d'alimentation. Plusieurs éléments plus importants sont installés dans les lignes, qui ne sont pas représentés sur la figure 1, afin de ne pas les charger. Ce sont des plaques installées pour renforcer et fixer l'entrefer entre le vibrateur et les conduites correspondantes. Ils doivent être constitués d'un matériau isolant ayant de bonnes propriétés isolantes aux hautes fréquences, qui ne les perde pas sous l'influence de l'humidité (par exemple fibre de verre ou plexiglas, plusieurs pièces pour l'élément 2 de chaque gamme). De plus, les plaques inférieures peuvent être combinées directement avec les pinces 5, et les plaques supérieures peuvent être installées plus près des extrémités des lignes. Leur position peut être modifiée lors du réglage en fixant les colliers métalliques sur les tuyaux avec des vis. A l'aide des pinces 5, vous pouvez régler les points de connexion du câble dont l'âme centrale et la tresse doivent y être solidement reliées, de préférence par soudure. Pour faciliter le processus de réglage, des pinces mobiles 4 sont également installées sur les maillons correspondants, à l'aide desquelles vous pouvez sélectionner la longueur totale de travail du vibrateur d'antenne et la longueur des éléments correspondants. Après configuration définitive, il est conseillé de les connecter avec des conducteurs en cuivre supplémentaires 3.

La question du choix a soulevé des doutes la meilleure option pour connecter l'âme centrale du câble et la tresse. Il est difficile de trouver une réponse précise dans la littérature, car... Il existe différentes options, à savoir connexion à des éléments correspondants ou au vibrateur principal, plus souvent utilisé dans la gamme VHF. Étonnamment, il s'est avéré pratiquement que dans ce cas, une bonne adaptation ne peut être obtenue qu'en connectant le noyau central aux éléments 2 et la tresse au vibrateur 1.

Le processus de pré-réglage de l’antenne s’est avéré difficile, mais finalement réussi. La configuration a été réalisée à l'aide de l'appareil MFJ259. Ensuite, ses résultats ont été corrigés en fonction des lectures du compteur SWR déjà à une puissance d'émission suffisante, et enfin - à pleine puissance dans différentes parties des plages.

Étant donné que l'antenne utilise une alimentation parallèle, tous ses défauts sont apparus. Deux câbles d'alimentation de 50 ohms de qualité 8 RK50-9-12 ont été posés à l'intérieur du mât principal, pour lesquels 4 trous du diamètre requis ont dû y être pratiqués. Cela s'est avéré insuffisant, et à la sortie du mât, les câbles en excès ont dû être enroulés en deux bobines distinctes, ce qui a permis de réduire l'effet d'antenne. Le passage de l'antenne d'une bande à l'autre s'est fait sans aucun interrupteur, à l'aide de connecteurs, ce qui n'exclut pas l'utilisation d'interrupteurs coaxiaux spéciaux, mécaniques ou sur relais coaxiaux.

L'antenne a été initialement fabriquée et adaptée à la section télégraphique de la gamme 21 MHz. Comme le montre la pratique, il faut d'abord sélectionner la longueur du vibrateur A1 et de la ligne B1, en les ajustant à la fréquence de résonance requise à l'aide d'une pince de cavalier mobile 4, qui est fixée avec des vis et des écrous. Il est préférable de le faire à l'aide d'un indicateur de résonance (RI) ou d'un analyseur d'antenne (par exemple, MFJ259), s'il comporte des éléments supplémentaires spéciaux qui permettent à l'appareil de communiquer avec l'antenne sans s'y connecter. Ensuite, vous devez d'abord sélectionner la distance C1 - c'est-à-dire endroit où le câble est connecté au SWR minimum à la fréquence sélectionnée, en l'ajustant avec les pinces 5, et ajustez le réglage avec plus de précision, en répétant plusieurs fois tous les réglages spécifiés.

Après avoir testé l'antenne sur cette bande, et nous être assurés qu'elle était suffisamment efficace, nous y avons ajouté des éléments d'adaptation pour la bande 28 MHz et réglé le système sur cette bande de la même manière. Après avoir configuré l'antenne pour cette gamme, j'ai dû ajuster légèrement la correspondance à 21 MHz, puis vérifier à nouveau le réglage à 28 MHz. Au cours du processus de réglage, les réglages sur différentes plages ont dû être répétés plusieurs fois. Lors de travaux pratiques sur la bande 28 MHz, nous avons également été convaincus à plusieurs reprises de la grande efficacité de l'antenne, car avec une faible puissance, il était possible d'effectuer avec succès des communications radio avec des correspondants proches et lointains.

Les figures 2 et 3 montrent la dépendance du ROS sur la fréquence, obtenue grâce aux réglages pour les gammes 21 et 28 MHz, et les figures 4 et 5 montrent les diagrammes de rayonnement obtenus conformément aux calculs pour les variantes optimales de l'antenne J. en utilisant le programme MMANA.

Il convient de noter que les bonnes performances de l'antenne ont probablement été facilitées par le fait qu'il n'y avait pas d'objets étrangers plus élevés à proximité et à une distance considérable, car Parfois, son bon travail était même surprenant dans la mesure où les correspondants longue distance donnaient des signaux plus puissants que les stations opérant à proximité de notre localité et utilisant des antennes directives et des émetteurs plus puissants.

Une conception similaire, à notre avis, peut être proposée pour d'autres bandes HF haute fréquence en recalculant l'antenne. On peut probablement y ajouter une liaison supérieure, conçue pour fonctionner à 144 MHz. Il existe des exemples de telles antennes J combinées dans la pratique.

Lors de l'utilisation de l'antenne sur un émetteur-récepteur d'une puissance ne dépassant pas 100 W, il a été possible d'effectuer un grand nombre de communications radio longue distance. Cela a confirmé qu'il transmet non seulement efficacement, mais qu'il offre également une bonne réception longue portée avec de faibles interférences. La conception s'est avérée solide et fiable - l'antenne existe depuis plus de 5 ans et, malgré les conditions météorologiques très difficiles et fortement changeantes de notre région, elle a bien résisté à tous les tests.

L'invention concerne les antennes. L'invention concerne une antenne inductive, formée d'au moins deux paires de segments, géométriquement joints les uns aux autres, dont chacun contient des premier et deuxième conducteurs parallèles, isolés l'un de l'autre, et les paires mentionnées appartiennent au premier type, dans lequel les conducteurs sont interrompus en leur milieu, formant deux segments, le premier (resp. deuxième) conducteur d'un segment étant relié au deuxième (resp. premier) conducteur de l'autre segment de la paire, ou le deuxième type dans lequel le premier conducteur est interrompu approximativement en son milieu, formant deux segments, et le deuxième conducteur n'est pas interrompu. Le résultat technique est de fournir une grande antenne inductive adaptée aux émissions dans la gamme de fréquence allant d'un MHz à plusieurs centaines de MHz. 2 n. et 10 salaire f-ly, 11 malades.

Domaine technologique auquel se rapporte l'invention

La présente invention concerne de manière générale les antennes et en particulier la réalisation d'une antenne inductive haute fréquence.

L'invention s'applique notamment aux antennes destinées aux émissions à des fréquences radio de l'ordre de plusieurs MHz, par exemple pour les systèmes de communication à base de cartes à puce sans contact, d'étiquettes radio ou de transpondeurs électromagnétiques.

État de l'art

La figure 1 montre très schématiquement un exemple de système de couplage inductif tel que celui auquel, à titre d'exemple, s'applique la présente invention.

Un tel système contient un dispositif de lecture ou station de base 1 qui génère un champ électromagnétique pouvant être enregistré par un ou plusieurs transpondeurs 2 situés dans ce champ. De tels transpondeurs 2 sont par exemple une étiquette électronique 2" installée sur un objet à des fins d'identification, une carte à puce sans contact 2" ou, plus généralement, tout transpondeur électromagnétique (noté bloc 2 sur la figure 1).

Côté lecteur 1, un circuit résonant série est formé d'une résistance r, d'un condensateur C1 et d'un élément inductif L1 ou antenne. Ce circuit est piloté par un oscillateur haute fréquence (HF) 12 piloté (connexion 14) par d'autres circuits non représentés de la station de base 1. La porteuse haute fréquence est généralement modulée (amplitude et/ou phase) pour transmettre des données à la station de base. transpondeur.

Du côté du transpondeur 2, un circuit résonant, généralement parallèle, contient un élément inductif ou antenne L2 connecté en parallèle avec un condensateur C2 et avec une charge R représentant les circuits électroniques 22 du transpondeur 2. Ce circuit résonant, étant en le champ du dispositif de lecture, enregistre un signal haute fréquence, transmis par la station de base. Dans le cas d'une carte sans contact, de tels circuits, indiqués par le bloc 22, contenant une ou plusieurs puces, sont connectés à une antenne L2 généralement portée par le support de la carte. Dans le cas de l'étiquette électronique 2", l'élément inductif L2 est formé d'un enroulement conducteur connecté à la puce électronique 22.

Bien que la représentation symbolique sous la forme d'un circuit résonant en série côté station de base et d'un circuit résonant parallèle côté transpondeur soit courante, on peut en pratique trouver des circuits résonants en série côté transpondeur et des circuits résonants parallèles côté station de base. .

Les circuits résonants du lecteur et du transpondeur, en général, sont accordés sur la même fréquence de résonance ω (L1.C1.ω 2 = L2.C2.ω 2 = 1).

Les transpondeurs, en général, ne disposent pas de sources d'énergie indépendantes et extraient l'énergie nécessaire à leur fonctionnement du champ magnétique généré par la station de base 1.

Dans un autre exemple d'application, une station de base est utilisée pour charger une batterie ou un autre élément de stockage d'énergie d'un transpondeur. Dans ce cas, le champ haute fréquence émis par la station de base n'a pas besoin d'être modulé pour transmettre des données.

Dans une antenne inductive, le circuit conducteur est le plus souvent un circuit fermé véhiculant du courant pour générer un champ magnétique radiofréquence. Le circuit conducteur fermé reçoit de l'énergie du générateur radiofréquence 12.

Lorsque la taille de l'antenne devient importante par rapport à la longueur d'onde, la circulation du courant destiné à générer un champ magnétique à travers le conducteur devient difficile. L'amplitude et la phase du courant subissent de grands changements le long du circuit, empêchant l'antenne de fonctionner dans la boucle inductive. Il est également souvent souhaitable d'avoir une grande antenne côté station de base par rapport à la taille de l'antenne du transpondeur. En fait, les transpondeurs sont généralement en mouvement (pris en charge par l'utilisateur) lorsqu'ils sont présentés à une station de base, et il est souhaitable qu'ils puissent enregistrer le champ même lorsqu'ils se déplacent. Dans d'autres cas, il est souhaitable que la taille de la zone où une communication avec le transpondeur est possible soit grande. En revanche, il est utile d’utiliser une grande boucle inductive pour assurer une longue portée de communication.

Plus le circuit conducteur d'une antenne inductive est long, plus la circulation du courant le long du circuit diffère de celle souhaitée. Ainsi, il y a un changement significatif dans l'amplitude et la phase du courant le long du circuit, ce qui modifie et perturbe la distribution spatiale du champ magnétique généré. Il existe également une augmentation des potentiels électriques entre les différentes sections du circuit conducteur, rendant le comportement de l'antenne sensible à la présence de matériaux diélectriques dans son environnement immédiat.

Ainsi, la longueur de la boucle inductive est traditionnellement limitée.

Antérieurement, il a été proposé de diviser la boucle conductrice en éléments ayant chacun la même longueur, et de reconnecter ces éléments aux condensateurs pour permettre l'utilisation d'une boucle plus grande. Une telle solution est décrite par exemple dans le brevet US 5258766.

Auparavant, il avait été proposé d'utiliser des boucles inductives blindées avec interruption du blindage et inversion du conducteur. De telles boucles sont généralement appelées « boucles Mobius ». De telles structures sont décrites, par exemple, dans l'article de P. H. Duncan "Analysis of the Moebius Loop Magnetic Field Sensor", publié dans la transaction IEEE sur la compatibilité électromagnétique, mai 1974. Cependant, de telles structures ont encore une longueur limitée.

Il existe donc un besoin de réaliser une grande antenne inductive.

Divulgation de l'invention

L'objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de fournir une antenne inductive permettant de pallier totalement ou partiellement les inconvénients des antennes classiques.

Un autre objectif d'un mode de réalisation de la présente invention est de proposer une antenne particulièrement bien adaptée aux émissions dans la gamme de fréquence allant d'un MHz à plusieurs centaines de MHz.

Un autre objectif d'un mode de réalisation de la présente invention est de proposer une antenne inductive de grande taille (s'inscrivant dans une surface au moins dix fois plus grande) que les antennes des transpondeurs avec lesquels elle va coopérer.

Un autre objectif d'un mode de réalisation de la présente invention est de fournir une structure d'antenne qui soit compatible avec divers agencements.

Pour résoudre tout ou partie de ces objets et d'autres, la présente invention propose une antenne inductive formée d'au moins deux paires de sections géométriquement alignées, dont chacune contient des premier et deuxième éléments conducteurs parallèles isolés l'un de l'autre, chaque paire contenant à chaque extrémité une borne de connexion électrique de son premier élément conducteur avec l'élément conducteur d'une paire adjacente, dans laquelle lesdites paires peuvent désigner :

au premier type, où les éléments conducteurs sont interrompus approximativement au milieu, formant deux sections, et le premier, respectivement, le deuxième élément conducteur de la section est connecté au deuxième, respectivement, le premier élément conducteur de l'autre section de la paire ; ou

au deuxième type, où le premier élément conducteur est interrompu approximativement au milieu, formant deux sections, et le deuxième élément conducteur n'est pas interrompu.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les sections conductrices sont linéaires longitudinalement, l'antenne formant une boucle présentant tout type de géométrie spatiale.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les longueurs correspondantes des éléments conducteurs sont sélectionnées en fonction de la fréquence de résonance de l'antenne.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les longueurs correspondantes des éléments conducteurs sont sélectionnées en fonction de la capacité linéaire entre les premier et deuxième éléments conducteurs.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins un élément capacitif relie des deuxièmes éléments conducteurs de paires adjacentes ou des premier et deuxième éléments conducteurs d'une même paire.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins un élément résistif relie des deuxièmes éléments conducteurs de paires adjacentes ou des premier et deuxième éléments conducteurs d'une même paire.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque tronçon est un tronçon de câble coaxial.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les tronçons sont formés d'éléments conducteurs torsadés.

La présente invention propose également un système de génération d'un champ haute fréquence, comprenant :

antenne inductive; Et

Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit circuit d'excitation comprend un transformateur haute fréquence dont l'enroulement secondaire est situé entre les premiers éléments conducteurs de deux paires d'antennes adjacentes.

Brève description des dessins

Les objets, caractéristiques et avantages ci-dessus ainsi que d'autres de la présente invention seront discutés en détail dans la description non limitative suivante de modes de réalisation spécifiques prise en conjonction avec les dessins annexés, dans lesquels :

La figure 1, décrite précédemment, montre schématiquement sous forme de blocs un exemple d'un système de communication radiofréquence auquel la présente invention est appliquée ;

la figure 2 est une représentation simplifiée d'un mode de réalisation d'une antenne inductive selon l'invention ;

la figure 3 montre un mode de réalisation d'une paire de sections du premier type d'antenne représenté sur la figure 2 ;

la figure 4 est une représentation simplifiée d'un autre mode de réalisation d'une antenne inductive selon l'invention ;

la figure 5 représente un schéma de circuit d'un mode de réalisation d'un premier type de paire de sections d'antenne ;

la figure 5A montre le circuit électrique équivalent de la paire représentée sur la figure 5 ;

la figure 6 représente un schéma de circuit d'un mode de réalisation d'un deuxième type de paire de sections d'antenne ;

la figure 6A montre le circuit électrique équivalent de la paire représentée sur la figure 6 ;

la figure 7 représente un mode de réalisation d'une antenne inductive et de circuits de commande et d'accord ;

les figures 8A et 8B montrent deux autres modes de réalisation d'une paire de sections du premier type ; Et

La figure 9 montre un autre mode de réalisation d'une paire de sections du deuxième type.

Réalisation de l'invention

Les éléments identiques sont désignés par les mêmes chiffres de référence dans différents dessins non à l'échelle. Pour plus de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension de la présente invention sont représentés et décrits. En particulier, les circuits de pilotage de l'antenne inductive ne sont pas décrits en détail, et l'invention est compatible avec les signaux de pilotage actuellement utilisés pour ce type d'antenne. De plus, les transpondeurs pour lesquels les antennes de génération de champ qui vont être décrites sont conçues ne sont pas non plus décrits en détail, et l'invention est compatible avec divers transpondeurs modernes, cartes de proximité, étiquettes RFID, etc.

La figure 2 est une vue simplifiée d'une antenne selon un mode de réalisation de la présente invention.

Ce mode de réalisation prévoit l'épissage de plusieurs sections de câble coaxial 32 et 34. Ces tronçons sont assemblés en paires 3, dans chacune desquelles deux tronçons 32 et 34 sont reliés pour former une connexion de type Möbius, c'est-à-dire que l'âme 324 du premier tronçon est reliée à la tresse 342 du deuxième tronçon de la paire, et la tresse 322 est connecté au noyau 344 de cette deuxième section.

Dans l'exemple préféré représenté sur la figure 2, quatre paires de 3 sections sont jointes. La connexion électrique 4 entre deux paires adjacentes est assurée par un seul élément conducteur. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la liaison 4 entre deux paires adjacentes est assurée par les tresses respectives des tronçons opposés des deux paires. L'autre élément conducteur n'est pas connecté, c'est-à-dire que dans l'exemple représenté sur la figure 2, les noyaux de deux paires adjacentes ne sont pas connectés.

Il semble plus facile de faire une sélection uniforme pour toutes les sections, de sorte que tous les premiers conducteurs correspondent soit à la tresse, soit à l'âme de toutes les sections. Dans ce contexte, un type d'élément conducteur, tresse ou âme, sera utilisé pour relier les paires de l'ensemble de l'antenne. La tresse est préférée car son choix offre un meilleur blindage électrique. Alternativement, il peut être proposé de prévoir des connexions 4 passant par les noyaux correspondants de paires opposées. Il reste cependant possible de faire des choix différents quant à l'affectation du premier conducteur et du deuxième conducteur entre le premier tronçon et le deuxième tronçon d'une même paire, par exemple en sélectionnant la tresse comme premier conducteur pour le premier tronçon et l'âme. comme premier conducteur de la deuxième section. Ainsi, selon un autre mode de réalisation, on peut proposer de prévoir des liaisons 4 entre deux paires adjacentes depuis l'âme jusqu'à la tresse ou inversement.

La figure 3 montre une représentation simplifiée d'une paire 3 de deux sections d'antenne 32 et 34 représentées sur la figure 2, correspondant à un premier type de paire de sections. Au niveau de connexion central 36, l'âme conductrice 324 de la section 32 est connectée à la tresse (ou blindage) 342 de la section 34, et la tresse 322 de la section 32 est connectée à l'âme 344 de la section 34.

La figure 4 montre une représentation simplifiée d'un autre mode de réalisation de l'antenne.

Deux paires 3 de tronçons 32 et 34 du premier type (à connexion centrale croisée - Fig. 3) sont reliées alternativement à deux paires 5 de tronçons 52 et 54 du câble coaxial, et la connexion centrale de 56 tronçons est différente. Dans ces paires 5 du deuxième type, les tronçons 52 et 54 sont reliés par leurs âmes respectives 524 et 544, tandis que leurs tresses 522 et 542 ne sont pas reliées. Les connexions électriques bout à bout des paires sont néanmoins assurées par l'interconnexion de 4 tresses à âmes non connectées.

La répartition et le nombre de paires des deux types peuvent varier. Cependant, les paires du premier type sont préférables.

La figure 5 représente un circuit électrique d'un premier type de paire de 3 sections.

La figure 5A montre le circuit électrique équivalent de la paire représentée sur la figure 5.

La paire 3 des sections 32 et 34 contient deux bornes 42 et 44 se connectant à des paires adjacentes. La borne 42 est reliée au premier élément conducteur 322 du tronçon 32, qui, à son autre extrémité, est relié par une traversée 36 au deuxième élément conducteur 344 du tronçon 34 ayant une extrémité libre 3441 non connectée (sur le côté de la borne 44). Le deuxième élément conducteur 324 du tronçon 32 présente une extrémité libre 3241 (du côté de la borne 42) et son autre extrémité reliée par une connexion 36 au premier tronçon conducteur 342 du tronçon 34 dont l'autre extrémité est reliée à la borne 44.

Le circuit électrique équivalent d'une telle paire est représenté sur la figure 5A et réalise une connexion électrique en série d'une inductance de grandeur L0 et d'un condensateur de grandeur C0, où L0 désigne l'inductance correspondant à l'ensemble des sections de conducteur 322 et 342 considérées comme le même conducteur pour le calcul de cette grandeur, et où C0 désigne toutes les capacités internes, entre l'âme et la tresse dans le cas d'un câble coaxial - entre deux conducteurs (entre les conducteurs 322 et 324 et entre les conducteurs 342 et 344) dans le cas d'autres modes de réalisation. D'après la description ci-dessus, les inductances mutuelles entre un ensemble de sections 322 et 342 (considérées comme conducteur pour le calcul) et des ensembles de sections équivalentes aux sections 322 et 342 d'autres paires (également considérées comme conducteur pour le calcul) sont négligeables. Du fait de la formation sous forme de boucles, les différents couples sont suffisamment éloignés les uns des autres, ce qui permet de négliger les inductances mutuelles par rapport à la valeur de L0 par exemple évoquée plus haut.

En négligeant les pertes ohmiques dans les conducteurs et les pertes diélectriques entre les conducteurs, l'impédance d'une paire de sections dans ce mode de réalisation peut être exprimée par Z = jL0ω + 1/jC0ω.

La figure 6 montre le circuit électrique du deuxième type de paire de 5 sections.

La figure 6A montre le circuit électrique équivalent de la paire représentée sur la figure 6.

Dans une paire 5 de tronçons 52 et 54, le premier conducteur 522 du premier tronçon 52 est connecté à la première borne d'accès 42 et son autre extrémité 5222 reste déconnectée. Le premier élément conducteur 542 du deuxième tronçon 54 reste du côté du tronçon 52 déconnecté (extrémité 5422) et à son autre extrémité est connecté à la borne d'accès 44 de la paire 5. Le deuxième conducteur 524 du premier tronçon 52 est connecté par connexion mutuelle 56 au deuxième conducteur 544 du deuxième tronçon 54. Les extrémités 5241 et 5441 des tronçons 524 et 544 restent désactivées.

D'un point de vue électrique et selon la figure 6A, en supposant que les conducteurs des paires 3 et 5 sont de même longueur, la paire 5 assure une connexion en série d'un élément inductif de calibre L0 avec un élément capacitif de calibre C0/4, où L0 désigne l'inductance correspondant à la combinaison des sections de conducteur 522 et 542, et C0 désigne toutes les capacités internes (entre les conducteurs 522 et 524 et entre les conducteurs 542 et 544).

L'impédance d'une paire de sections dans ce mode de réalisation peut être exprimée par Z=jL0ω+1/j(C0/4)ω.

D'un point de vue électrique, deux paires de tronçons 3 connectés en série équivalent à une paire de tronçons 5 de double longueur.

Les longueurs seront adaptées à la fréquence de fonctionnement de l'antenne, pour que chaque paire de tronçons respecte l'accordage, soit LCω 2 =1. On constate que selon la répartition des types de paires entre les paires 3 et 5, les longueurs des éléments conducteurs et la valeur de la capacité linéaire entre les deux conducteurs du tronçon peuvent varier. Les valeurs des éléments capacitifs ne sont plus négligeables, et l'antenne est moins sensible aux perturbations de son environnement.

La formation d'une antenne à plusieurs paires de sections comme celles représentées sur les figures 5 et 6 permet de séparer le circuit électrique et ne permet pas l'utilisation d'éléments inductifs trop longs, où le courant circulant dans la boucle inductive ne peut pas avoir une amplitude uniforme. et phase tout au long du circuit. En fait, connecter des paires entre elles équivaut à connecter plusieurs circuits résonants en série avec la même fréquence de résonance. Dans ce cas, la restriction sur la longueur des antennes inductives est supprimée.

Les différentes paires de tronçons n'ont pas nécessairement les mêmes longueurs prévues pour chaque paire pour entretenir, éventuellement avec un condensateur placé entre elles, connecté entre les deux conducteurs au niveau de la jonction entre les paires, une relation de résonance.

La figure 7 montre un mode de réalisation d'une antenne inductive et de circuits de commande et d'accord. Ici l'antenne contient trois paires 3 du premier type.

Le circuit d'excitation 18 est un transformateur haute fréquence dont l'enroulement primaire 182 reçoit le signal d'excitation du générateur haute fréquence 12 (Fig. 1) et dans lequel les deux bornes de l'enroulement secondaire 184 sont reliées aux bornes 42. et 44 de deux paires adjacentes au lieu de les relier entre elles 4. Ainsi, le secondaire du bobinage forme cette liaison entre les deux paires. Le transformateur est de préférence choisi pour reprendre au secondaire une inductance négligeable à la fréquence de fonctionnement par rapport à la valeur de L0, ce qui est le cas par exemple lorsque le coefficient de couplage est proche de 1.

De plus, le circuit d'accord 16 relie les extrémités libres 3241 et 3441 des conducteurs 324 et 344 des deux paires, qui sont ainsi connectées. Le circuit 16 dans l'exemple représenté sur la figure 7 est un circuit résistif (résistance R4) et capacitif (capacité C4). La fonction du condensateur C4 est d'ajuster la fréquence de résonance de l'antenne. La fonction de la résistance R4 est d'ajuster le facteur de qualité Q de l'antenne à une valeur choisie, par exemple pour ajuster la bande passante.

Les condensateurs peuvent être placés entre différentes paires, reliées entre des éléments conducteurs de même section, entre des éléments conducteurs laissés non connectés (en l'occurrence, les âmes des tronçons de câble coaxial), et le point de connexion 42 ou 44 (en l'occurrence, les tresses des tronçons de câble coaxial), ou entre les conducteurs laissés non connectés des tronçons interconnectés de chaque paire, pour réduire la fréquence de résonance.

La longueur de l'élément conducteur 324 ou 344 restant non connecté (en l'occurrence les noyaux) peut également être réduite pour réduire la capacité totale du tronçon correspondant afin d'augmenter la fréquence de résonance.

De même, des éléments résistifs peuvent être connectés entre les extrémités libres des éléments conducteurs entre deux paires pour ajuster et réduire le facteur de qualité de l'antenne ainsi formée. Des éléments résistifs peuvent également être insérés à la place de la connexion mutuelle 4 entre deux paires pour réduire et ajuster le facteur de qualité.

Il n'est pas nécessaire de donner aux différentes sections une forme rectiligne. Selon la figure 7, les sections peuvent être disposées selon diverses dispositions. Ainsi, l'antenne en circuit fermé de l'invention peut être réalisée sous la forme d'un cadre, former des boucles, avoir une forme ronde, avoir des formes en trois dimensions spatiales, etc.

Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, les circuits de réglage ont été illustrés avec une connexion entre paires. Il est à noter qu'en option, dans le cas de paires du deuxième type (5), de tels circuits peuvent être insérés dans les paires de tronçons elles-mêmes. Dans ce cas, un condensateur enfichable relie les deux extrémités libres non connectées des éléments 522 et 542.

Des éléments résistifs peuvent également être insérés à la place des connexions entre conducteurs de deux sections d'une même paire (premier type 3 et deuxième type 5) au niveau de la jonction 36 et 56 pour réduire le facteur de qualité.

Les figures 8A, 8B et 9 montrent des paires de sections conductrices selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Ce mode de réalisation illustre que des paires de sections conductrices peuvent être formées à travers des conducteurs torsadés plutôt qu'à travers des sections coaxiales.

Les figures 8A et 8B montrent deux modes de réalisation d'une paire de 3 sections du premier type.

En référence à la figure 8A, deux sections de fil torsadé sont connectées l'une à l'autre d'une manière similaire à celle décrite en relation avec des sections de câble coaxial.

La figure 8B montre un autre mode de réalisation de connexion croisée d'une paire de sections, où le croisement est en fait réalisé en inversant le conducteur auquel le fil de sortie est connecté (par exemple, 44) par rapport au conducteur auquel le fil d'entrée est connecté (par exemple. , 42), et les sections conductrices ne sont pas interrompues au sein d'un couple.

La figure 9 montre un mode de réalisation d'une paire 5 de sections 52 et 54 du deuxième type formées de conducteurs torsadés.

Selon un autre mode de réalisation non représenté, des paires de tronçons sont formées à partir de conducteurs non torsadés, blindés ou non.

Dans un autre mode de réalisation non représenté, des paires de tronçons sont formées par des pistes déposées sur un substrat isolant.

Une antenne, par exemple, telle que définie ci-dessus, peut également être définie comme comprenant au moins deux sous-ensembles linéaires longitudinaux (3, 5, 3") géométriquement alignés, dont chacun contient, selon sa longueur, un premier et un deuxième éléments conducteurs parallèles isolés. les uns des autres, et à chaque extrémité en liaison avec le premier élément conducteur une borne de connexion électrique avec un sous-ensemble adjacent et un deuxième conducteur non connecté électriquement, dans lequel tout ou partie des sous-ensembles sont :

au premier type, où chacun des premier et deuxième conducteurs est interrompu approximativement en son milieu et reconnecté à un autre conducteur du sous-ensemble ; ou

au deuxième type, où le premier conducteur est interrompu approximativement au milieu et le deuxième conducteur n'est pas interrompu.

Selon cette définition, l'élément conducteur dans le cas d'une connexion croisée (Figs. 3, 5 et 8A) est formé de deux tronçons, connectés électriquement en série, de fils conducteurs (âmes ou tresses) différents du câble utilisé dans de telle sorte que chaque borne de connexion soit connectée au conducteur de même nature (tresse ou âme) de l'ensemble nœud et ne soit pas connectée électriquement à une autre borne.

Selon un mode de réalisation particulier, des tronçons peuvent être formés par découpe de lignes coaxiales classiques. Il en existe actuellement avec des impédances caractéristiques de 50, 75 et 93 ohms, ayant des valeurs de capacité linéaire correspondantes de 100 pF/m, 60 pF/m et 45 pF/m. Par exemple, dans le cas d'une connexion croisée pour un câble coaxial de 50 ohms, des inductances L0 de l'ordre du µH peuvent être obtenues.

Dans un autre mode de réalisation particulier utilisant des conducteurs blindés (torsadés ou non), les câbles présentent une capacité linéaire entre les conducteurs comprise entre environ 30 et 40 pF/m. Pour de tels câbles, il est possible d'obtenir par exemple des inductances L0 ayant une valeur comprise entre environ 2 et 3 µH.

La figure 10 est une vue simplifiée d'une antenne selon un autre mode de réalisation. Comme dans d'autres modes de réalisation, l'antenne contient au moins deux paires (du premier type 3, Fig. 5, ou du deuxième type 5, Fig. 6) de sections dont chacune est formée d'éléments conducteurs parallèles isolés les uns des autres. Dans l'exemple présenté sur la figure 10, on suppose qu'il s'agit de paires de tronçons de câble coaxial. Cette structure est terminée par une demi-paire supplémentaire formée de deux éléments conducteurs du premier type 32, 34 ou du deuxième type 52, 54. Au lieu d'être installée à l'extrémité de l'antenne, la demi-paire peut être installée entre les deux paires. La présence d'une demi-paire supplémentaire peut être utilisée pour régler la longueur de l'antenne.

La figure 11 montre une représentation simplifiée d'un mode de réalisation dans lequel deux segments de câble coaxial 61 et 63 sont disposés mécaniquement côte à côte parallèlement entre eux et leurs tresses sont reliées électriquement entre elles à au moins deux extrémités pour former un seul premier élément conducteur (connexion 67). Les brins sont connectés électriquement pour former un seul deuxième élément conducteur (connexion 65 à une extrémité). Chaque élément, tel qu'illustré sur la figure 11, forme une section 32, 34, 52 ou 54 de la structure d'antenne. L'avantage de la section formée par l'assemblage des segments représenté sur la figure 11 est d'augmenter la capacité linéaire de la section entre le premier élément conducteur et le deuxième élément conducteur. Cela permet de réduire la longueur de paire requise pour la même fréquence de résonance et offre ainsi une flexibilité supplémentaire concernant la géométrie de l'antenne.

Lors de la formation d'antennes à partir de sections coaxiales, un avantage supplémentaire vient de la capacité entre le blindage et le noyau conducteur pour former des sections inductives et capacitives qui ont une capacité accrue (ce qui leur permet d'être plus courtes pour la même fréquence), par opposition à un élément filaire. .

Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent de former des antennes de plus grandes tailles pour des applications à des fréquences de résonance supérieures à un MHz (généralement entre 10 et 100 MHz). De cette manière, des antennes peuvent être créées sur des portails, des compteurs, etc., tout en assurant une circulation uniforme du courant le long de la boucle pour générer le champ souhaité.

Selon un mode de réalisation particulier, l'antenne adaptée pour fonctionner à une fréquence de 13,56 MHz peut être réalisée sous la forme d'un cadre rectangulaire d'environ 87 cm sur 75 cm, formé de trois paires de conducteurs (triples deux sections) du premier type en se présentant sous la forme d'un câble coaxial de 50 ohms de capacité linéaire de 100 pF/m (diamètre de tresse 3,5 mm), réparti en deux paires présentant une configuration en L d'une longueur axiale de 1,07 m (avec une inductance L0 d'environ 1,22 µH ou 1,21 µH, en tenant compte de l'inductance mutuelle), et une paire ayant une configuration en forme de U de longueur axiale de 1,08 m (avec une inductance L0 d'environ 1,20 µH ou 1,19 µH, en tenant compte des inductances mutuelles). La fréquence de résonance peut être ajustée à l'aide d'un condensateur variable.

Divers modes de réalisation ont été décrits, et divers changements et modifications peuvent être suggérés par l'homme du métier. En particulier, les dimensions données aux sections conductrices et aux éléments capacitifs dépendent de l'application, et leur calcul n'échappe pas aux capacités de l'homme du métier à partir des directives fonctionnelles données ci-dessus et de la fréquence de résonance et de la taille de l'antenne souhaitées.

Réclamer

1. Antenne inductive contenant au moins deux paires de sections géométriquement jointes (32, 34 ; 52, 54), dont chacune contient la première (322, 342 ; 522, 542) et la seconde (324, 344 ; 524, 544). des éléments conducteurs parallèles isolés les uns des autres, chaque paire comprenant à chaque extrémité une borne d'une connexion électrique (42, 44) de son premier élément conducteur avec l'élément conducteur de la paire adjacente, dans lequel lesdites paires peuvent comprendre :
au premier type (3), où les éléments conducteurs sont interrompus au milieu, formant deux sections, le premier, respectivement le deuxième élément conducteur de la section étant connecté au deuxième, respectivement le premier élément conducteur de l'autre section du paire, ou
au deuxième type (5), où le premier élément conducteur (522, 542) est interrompu au milieu, formant deux sections, et le deuxième élément conducteur (524, 544) n'est pas interrompu.

2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle les sections conductrices sont linéaires longitudinalement et l'antenne forme une boucle ayant une géométrie spatiale de tout type.

3. L'antenne selon l'un des paragraphes précédents, dans laquelle les longueurs correspondantes des éléments conducteurs (322, 324, 342, 344 ; 522, 524, 542, 544 ; 322", 324", 342", 344") sont sélectionnés en fonction de la fréquence de résonance de l'antenne.

4. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle les longueurs correspondantes des éléments conducteurs (322, 324, 342, 344 ; 522, 524, 542, 544 ; 322", 324", 342", 344") sont choisies en fonction à la capacité linéaire entre les premier et deuxième éléments conducteurs.

5. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle au moins un élément capacitif (C4) relie les deuxièmes éléments conducteurs de paires adjacentes ou les premier et deuxième éléments conducteurs d'une même paire.

6. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle au moins un élément résistif (R4) relie les deuxièmes éléments conducteurs de paires adjacentes ou les premier et deuxième éléments conducteurs d'une même paire.

7. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle chaque tronçon (32, 34, 52, 54) est un tronçon de câble coaxial.

8. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle chaque tronçon est formé de deux segments (61, 63) de câble coaxial.

9. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle les tronçons (32, 34, 52, 54, 32", 34") sont formés d'éléments conducteurs torsadés.

10. Antenne selon la revendication 1, comprenant en outre une demi-paire formée d'un tronçon de deux éléments conducteurs connectés à au moins une paire.

11. Système de génération d'un champ haute fréquence, contenant
antenne inductive selon l'un des paragraphes précédents et
circuit pour exciter l'antenne avec un signal haute fréquence.

12. Système selon la revendication 11, dans lequel ledit circuit d'excitation comprend un transformateur haute fréquence (18) dont l'enroulement secondaire est situé entre les premiers éléments conducteurs de deux paires d'antennes adjacentes.

Titulaires du brevet RU 2566608 :