Réseau de rideaux

Les réseaux rideaux sont une classe de grandes antennes filaires de transmission radio directionnelles multiéléments , utilisées dans les bandes radio à ondes courtes . Ils constituent un type d' antenne réseau réfléchissante , composée de plusieurs antennes dipôles filaires , suspendues dans un plan vertical, souvent positionnées devant un réflecteur « rideau » constitué d'un écran vertical plat de nombreux longs fils parallèles. Ceux-ci sont suspendus par des fils de support tendus entre des paires de hautes tours en acier, atteignant des hauteurs allant jusqu'à 90 m (300 pieds) de haut. d'ondes célestes (ou sauts ) à longue distance , ils émettent un faisceau d'ondes radio à un angle faible dans le ciel juste au-dessus de l'horizon, qui est ensuite réfléchi par l' ionosphère vers la Terre au-delà de l'horizon. Les réseaux rideaux sont largement utilisés par les stations radio internationales à ondes courtes pour diffuser dans de grandes zones à des distances transcontinentales.

En raison de leurs puissantes caractéristiques directionnelles, les antennes rideaux sont fréquemment utilisées par les stations de radio de propagande gouvernementales pour diffuser des émissions de propagande au-delà des frontières nationales vers d'autres nations. Par exemple, les antennes rideaux ont été utilisées par Radio Free Europe et Radio Liberty pour diffuser en Europe de l'Est .

Les antennes rideaux ont été initialement développées dans les années 1920 et 1930, époque à laquelle de nombreuses expérimentations étaient menées sur la diffusion longue distance en ondes courtes . Le concept sous-jacent était d'obtenir des améliorations de gain et/ou de directivité par rapport à l' antenne dipôle simple , éventuellement en repliant un ou plusieurs dipôles dans un espace physique plus petit, ou en disposant plusieurs dipôles de manière à ce que leurs diagrammes de rayonnement se renforcent mutuellement, concentrant ainsi davantage de signal dans une zone cible donnée.

Au début des années 1920, Guglielmo Marconi , pionnier de la radio, a chargé son assistant Charles Samuel Franklin de réaliser une étude à grande échelle sur les caractéristiques de transmission des ondes radio à courte longueur d'onde et de déterminer leur adéquation aux transmissions longue distance. Franklin a inventé le premier système d'antenne à rideau en 1924, connu sous le nom de système « Franklin » ou « anglais ».

D'autres réseaux de rideaux précoces comprenaient le réseau Bruce breveté par Edmond Bruce en 1927, et le rideau Sterba , breveté par Ernest J. Sterba en 1929. Le réseau Bruce produit un signal polarisé verticalement ; les réseaux Sterba (et les antennes HRS ultérieures) produisent un signal polarisé horizontalement.

L'antenne rideau Sterba fut la première antenne rideau à être largement utilisée. Elle fut utilisée par Bell Telephone et d'autres compagnies de téléphone dans les années 1930 et 1940 pour les connexions téléphoniques transocéaniques. Cependant, il s'agit d'une conception à bande étroite et elle ne peut être dirigée que par des moyens mécaniques.

Les réseaux rideaux ont été utilisés dans certains des premiers systèmes radar , comme le réseau britannique Chain Home . Pendant la guerre froide , de grands réseaux rideaux ont été utilisés par Voice of America , Radio Free Europe et Radio Liberty , ainsi que par des organisations analogues d'Europe occidentale, pour diffuser des émissions de propagande dans les pays communistes, qui censuraient les médias occidentaux.

Les éléments entraînés sont généralement des dipôles demi-onde , alimentés en phase, montés dans un plan ⁠ 1 /4⁠ longueur d'onde devant le plan réflecteur. Les fils réflecteurs sont orientés parallèlement aux dipôles. Les dipôles peuvent être verticaux, rayonnant enpolarisation verticale, mais sont le plus souvent horizontaux, carpolarisées horizontalementsont moins absorbées par les réflexions terrestres. La rangée de dipôles la plus basse est montée à plus de ⁠ 1 /2⁠ longueur d'ondeau-dessus du sol, pour éviter que les réflexions au sol n'interfèrent avec le diagramme de rayonnement. Cela permet de concentrer la majeure partie du rayonnement dans unlobe principaldirigé à quelques degrés au-dessus de l'horizon, ce qui est idéal pourdes ondes ionosphériques. Un réseau rideau peut avoir ungainde 20 dBsupérieur à celui d'une simple antenne dipôle.En raison des exigences de phase strictes, les réseaux rideaux antérieurs avaient une bande passante étroite, mais les réseaux rideaux modernes peuvent être construits pour couvrir jusqu'à un rapport de fréquence de 2:1, ce qui leur permet de couvrir plusieurs bandes d'ondes courtes.

Plutôt que d'alimenter chaque dipôle en son centre, ce qui nécessite une structure de ligne de transmission « en arbre » avec une adaptation d'impédance compliquée , plusieurs dipôles sont souvent connectés en série pour créer une structure dipôle pliée élaborée qui peut être alimentée en un seul point.

Afin de permettre l'orientation du faisceau, l'ensemble du réseau est parfois suspendu par des bras en porte-à-faux à une seule grande tour qui peut être tournée. Voir ALLISS-Antenne . Alternativement, certaines versions modernes sont construites comme des réseaux phasés dans lesquels le faisceau peut être orienté électroniquement, sans déplacer l'antenne. Chaque dipôle ou groupe de dipôles est alimenté par un déphaseur réglable électroniquement , mis en œuvre soit par des réseaux passifs de condensateurs et d'inducteurs qui peuvent être activés et désactivés, soit par des amplificateurs RF de sortie séparés . L'ajout d'un déphasage constant entre les dipôles horizontaux adjacents permet de faire pivoter la direction du faisceau en azimut jusqu'à ±30° sans perdre son diagramme de rayonnement.

Les systèmes de transmission sont optimisés pour des raisons géopolitiques. Les impératifs géopolitiques conduisent certains diffuseurs internationaux à utiliser occasionnellement trois réseaux d'antennes distincts : bande haute et bande moyenne, ainsi que des rideaux HRS à bande basse.

L'utilisation de trois réseaux rideaux pour couvrir le spectre de radiodiffusion HF crée un système de transmission HF hautement optimisé, mais trois réseaux rideaux ou plus peuvent être coûteux à construire et à entretenir, et aucune nouvelle station relais HF n'a été construite depuis le milieu des années 1990. Cependant, la conception moderne de l'antenne HRS a une longue durée de vie, de sorte que les systèmes de transmission à ondes courtes HRS existants construits avant 1992 resteront probablement disponibles pendant un certain temps.

Depuis 1984, le CCIR a créé une nomenclature normalisée pour décrire les antennes rideaux, les antennes de transmission HF CCIR, composées de 1 à 4 lettres suivies de trois chiffres :

Première lettre

Indique l'orientation des dipôles dans le réseau.

• « H » indique que les dipôles sont orientés horizontalement, de sorte que l'antenne rayonne des ondes radio polarisées horizontalement.
• « V » indique que les dipôles sont orientés verticalement, de sorte que l’antenne rayonne des ondes radio polarisées verticalement.

Deuxième lettre (si présente)

Indique si l'antenne possède un réflecteur.

• « R » indique qu'il y a un réflecteur simple (passif) sur un côté du réseau, de sorte que l'antenne rayonne un seul faisceau.
• « RR » indique que le réseau est doté d'une sorte de « réflecteur réversible », de sorte que la direction du faisceau peut être inversée à 180°. Très peu d'antennes de ce type ont été construites. RCI Sackville au Canada pourrait avoir 2 antennes de type HRRS, peut-être les seules en Amérique du Nord.
• Si « R » et « RR » sont manquants, l'antenne n'a pas de réflecteur, donc le réseau dipôle rayonnera son énergie en deux faisceaux dans les deux directions perpendiculaires à son plan, à 180° l'une de l'autre.

Troisième lettre (si présente)

• « S » indique que le réseau est orientable.

Nombres

Les lettres sont suivies de trois chiffres : « x/y/z ». « x » et « y » précisent les dimensions du réseau rectangulaire de dipôles, tandis que « z » donne la hauteur au-dessus du sol du bas du réseau :

• « x » (un entier) est le nombre de dipôles colinéaires dans chaque rangée horizontale. (Le nombre de colonnes dans le tableau)
• « y » (un entier) est le nombre de dipôles disposés verticalement dans chaque colonne. (Le nombre de lignes dans le tableau)
• « z » (une fraction décimale) est la hauteur au-dessus du sol en longueurs d'onde de la rangée de dipôles la plus basse du réseau.

Par exemple, une antenne rideau « HRS 4/5/0,5 » possède un réseau rectangulaire de 20 dipôles, 4 dipôles de large et 5 dipôles de haut, la rangée la plus basse étant à une demi-longueur d'onde du sol, et un réflecteur plat derrière elle, et la direction du faisceau peut être orientée. Une antenne HRS 4/4/0,5 orientable avec 16 dipôles est l'un des types de réseau standard que l'on retrouve dans les stations de radiodiffusion à ondes courtes du monde entier.

Notes sur la nomenclature HRS

• Les antennes HRS de type HRS 1/1/z ne sont pas définies en tant que telles (une telle chose ne serait constituée que d'un seul dipôle).
• Il existe des antennes HRS de type HRS 1/2/z et 2/1/z, mais leur utilisation pratique est limitée dans la radiodiffusion à ondes courtes. Une antenne portant la désignation « H 1/2/z » est communément appelée antenne « Lazy-H ». Les répéteurs VHF et UHF pour la radio ou la télévision FM au Royaume-Uni utilisent assez souvent une paire de dipôles horizontaux (ou yagis courts) l'un au-dessus de l'autre (c'est-à-dire HRS 1/2/z) pour concentrer la puissance de transmission dans le plan vertical.
• Le radar russe Duga Over The Horizon aurait utilisé une antenne de type HRS 32/16/0,75 (estimée – non vérifiée), avec une ERP directionnelle potentielle de l'ordre du gigawatt.

L' antenne de type HRS est l'un des types de réseau rideau les plus courants. Le nom vient de la nomenclature CCIR ci-dessus : elle se compose d'un réseau de dipôles horizontaux avec un réflecteur derrière eux, et le faisceau est orientable . Ces antennes sont également connues sous le nom de "HRRS" (pour un réflecteur réversible ), mais le R supplémentaire est rarement utilisé.

Cependant, dès le milieu des années 1930, Radio Netherlands utilisait une antenne HRS rotative pour une couverture mondiale. Depuis les années 1950, la conception HRS est devenue plus ou moins la norme pour la diffusion en ondes courtes de grande puissance et à longue distance (> 1000 km) .

Une antenne de type HRS est essentiellement un réseau rectangulaire d'antennes dipôles conventionnelles tendues entre des tours de support. Dans le cas le plus simple, chaque dipôle est séparé du suivant par 1 ⁄ 2 λ verticalement, et les centres de chaque dipôle sont espacés de 1 λ horizontalement. Là encore, dans le cas le plus simple (pour un faisceau latéral), tous les dipôles sont entraînés en phase les uns avec les autres et avec une puissance égale. Le rayonnement est concentré latéralement sur le rideau.

Derrière le réseau de dipôles, généralement à environ 1/3 λ de distance , se trouve un « réflecteur » constitué de nombreux fils parallèles ayant la même orientation que les dipôles. S'il n'était pas présent, le rideau rayonnerait de manière égale vers l'avant et vers l'arrière.

Si la désignation de l'antenne comporte un « S », il s'agit d'une conception orientable. Conformément à la recommandation de l'UIT, on pourrait l'appeler « conception orientable ». Cela peut être réalisé électroniquement en ajustant les phases d'ondes électriques des signaux envoyés aux colonnes d'éléments d'antenne dipôle, ou physiquement en montant le réseau d'antennes sur un grand mécanisme rotatif. On peut en voir un exemple à NRK Kvitsøy, où une voie ferrée circulaire transporte une paire de plates-formes à roues, chacune d'elles supportant une tour aux extrémités opposées d'un bras de diamètre. Le réseau d'antennes rideau est suspendu entre les tours et tourne avec elles lorsque les tours font le tour de la voie ferrée circulaire. Une autre technique de rotation physique est utilisée par le système ALLISS où l'ensemble du réseau est construit autour d'une tour centrale rotative de grande résistance.

Les réseaux d'antennes à rotation électrique peuvent généralement être orientés dans une plage de ±30° par rapport à la direction physique de l'antenne, tandis que les réseaux à rotation mécanique peuvent prendre en charge un angle de 360°. L'orientation électrique s'effectue généralement dans le plan horizontal, certains réglages étant possibles dans le plan vertical.

• Pour un réseau dipôle large de 2, la largeur du faisceau est d'environ 50°
• Pour un réseau dipôle large de 3, la largeur du faisceau est d'environ 40°
• Pour un réseau dipôle de 4 largeurs, la largeur du faisceau est d'environ 30°

Le nombre de rangées de dipôles et la hauteur de l'élément le plus bas au-dessus du sol déterminent l'angle d'élévation et par conséquent la distance jusqu'à la zone de service.

• Un réseau de 2 rangées de haut a un angle de décollage typique de 20°

est le plus souvent utilisé pour les communications à moyenne portée.

• Un réseau de 4 rangées de haut a un angle de décollage typique de 10°

est le plus souvent utilisé pour les communications longue distance.

• Un réseau à 6 rangées est similaire à un réseau à 4 rangées, mais peut atteindre des angles de décollage de 5° à 10°.

peut être utilisé dans des circuits de communication à ondes courtes de 12 000 km et est hautement directionnel.

Il est à noter qu'il est possible que les détails du site de l'antenne perturbent les plans des concepteurs, de sorte que l'angle de décollage et la correspondance peuvent être affectés négativement.

Il s'agit d'un exemple de conception théorique de stations relais à ondes courtes HRS. Cela peut aider à mieux comprendre la directivité de l'antenne HRS.

• 
  Cibler l'Australasie
• 
  Cibler l'Indonésie
• 
  Cibler l’Amérique latine

Il s'agit d'une liste incomplète de stations utilisant uniquement des antennes HRS, classées par nom de pays.

Brésil

• Empresa Brasil de Comunicação Parque do Rodeador

Allemagne

• T-Systems Nauen

Nouvelle-Zélande

• Plaines de Rangitaiki RNZI

ROYAUME-UNI

• BBCWS Île de l'Ascension
• BBCWS Rampisham
• BBCWS Skelton
  • Voir : http://tx.mb21.co.uk/features/skeltonvlf/skelton3.shtml
• BBCWS Woofferton
  • Voir : http://tx.mb21.co.uk/gallery/woofferton/ Archivé le 17/12/2016 sur la Wayback Machine
  • Historique : http://www.bbceng.info/Operations/transmitter_ops/Reminiscences/Woofferton/woof50y-v2.pdf

Australie

• CVC International, Darwin, NT à Cox Peninsula. C'était autrefois une station relais de Radio Australia . Le terrain ayant été cédé aux propriétaires aborigènes en 2008 par décision de justice, le site a été démantelé en 2009. On ne sait pas actuellement s'il reste des pylônes d'antenne HRS.

Allemagne

• Site de T-Systems Wertachtal , qui sera démantelé en 2014.

Canada

• Radio Canada International Sackville, NB . Le service à ondes courtes de Radio Canada International a été fermé en juin 2012 en raison de coupes budgétaires de la Société Radio-Canada résultant de la réduction des subventions fédérales. Les tours d'antenne HRS ont été démolies en 2014.

Espagne

• Musée de la station de radio de Playa de Pals (le terrain d'antenne HRS est aujourd'hui un parcours de golf de 12 trous)

USA

• Station relais VOA Delano, Californie (état de réserve, pourrait être réactivée dans certaines situations d'urgence)
• Station relais VOA Greenville-A (le site a été vendu au comté de Beaufort, en Caroline du Nord en 2006, les antennes ont été démolies en 2016. )

Certains systèmes d'antennes tactiques portables utilisent encore des antennes de type HR, la plupart du temps pas HRS car les antennes sont rotatives.