EP1407512B1 - Antenna - Google Patents
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- EP1407512B1 EP1407512B1 EP02751261.5A EP02751261A EP1407512B1 EP 1407512 B1 EP1407512 B1 EP 1407512B1 EP 02751261 A EP02751261 A EP 02751261A EP 1407512 B1 EP1407512 B1 EP 1407512B1
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/10—Resonant slot antennas
- H01Q13/106—Microstrip slot antennas
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
- H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
- H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
- H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
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- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
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Description
La présente invention concerne le domaine des antennes.The present invention relates to the field of antennas.
Le document
Une telle structure est comparable à celle d'une antenne imprimée classique. Elle est constituée d'une pastille métallique 12 (toit capacitif de l'antenne) de forme à priori arbitraire, placée sur la face supérieure d'une lame di-électrique 13. La face inférieure de cette lame 13 est classiquement entièrement métallisée et constitue le plan de masse 14 de l'antenne.Such a structure is comparable to that of a conventional printed antenna. It consists of a metal pad 12 (capacitive roof of the antenna) of a predetermined arbitrary shape, placed on the upper face of a
L'alimentation de l'antenne est réalisée par une sonde coaxiale 17. Le conducteur interne 15 de cette sonde 17 traverse, sans le toucher, le plan de masse 14 et traverse la lame diélectrique 13. Il est connecté au toit métallique 12. Le conducteur externe de la sonde 17 est relié au plan de masse 14.The antenna feed is performed by a
La particularité d'une telle antenne est de posséder un fil 16 de retour au plan de masse 14 formé par la métallisation inférieure. Ce fil 16 relie le toit capacitif 12 et le plan de masse 14. Il traverse la lame diélectrique 13 parallèlement au conducteur 15 de la sonde 17 et à proximité de ce conducteur 15 de sorte que ce fil de retour 16 soit couplé par couplage inductif au fil 15 de la sonde 17 et soit parcouru par un courant à la fréquence de travail. La présence de ce fil 16 à proximité de la sonde d'alimentation 15 est à l'origine du fonctionnement original d'une telle antenne.The particularity of such an antenna is to have a
Le document
On retrouve dans cette structure des éléments fonctionnellement comparables à ceux constituant l'antenne présentée dans
Le document XP000688465
On retrouve dans cette structure des éléments fonctionnellement comparables à ceux constituant les antennes présentées dans les documents
Le principe de fonctionnement de ces antennes connues repose principalement sur un phénomène complexe de couplage entre la sonde d'alimentation 15 (ou ruban d'alimentation) et le fil 16 (ou ruban de masse). Sans reprise de masse, ces antennes se comportent comme des circuits résonnants série dus à l'inductance de la sonde d'alimentation 15 (Lalim) et à la capacité (Ctoit) formée entre le toit capacitif 12 et le plan de masse 14. L'ajout d'un retour à la masse 16 entre toit 12 et plan de masse 14 crée une inductance parallèle (Lmasse) sur la capacité (Ctoit) provoquant l'apparition d'une résonance parallèle.The operating principle of these known antennas is mainly based on a complex coupling phenomenon between the supply probe 15 (or supply ribbon) and the wire 16 (or grounding tape). Without resumption of mass, these antennas behave like series resonant circuits due to the inductance of the supply probe 15 (L alim ) and to the capacity (C roof ) formed between the
Un schéma simplifié équivalent de ces antennes est représenté sur la
Dans chacun de ces cas connus, le mode de fonctionnement de ces antennes se caractérise par une forte concentration des courants sur le fil (ou ruban) de retour à la masse 16, ce qui confère à ces structures leur rayonnement de type monopolaire pour l'antenne fil-plaque et dipolaire pour l'antenne fil-plaque coplanaire.In each of these known cases, the mode of operation of these antennas is characterized by a high concentration of currents on the wire (or tape) back to
L'objet de l'élément 124 dans le document XP000688465 est d'accroître la largeur de bandes utilisable autour de la fréquence de résonance du mode de fonctionnement de l'antenne.The object of
On connaît par ailleurs par le document
L'invention vise à améliorer les structures proposées jusqu'à présent, à la fois en termes d'efficacité de fonctionnement, notamment de possibilités d'adaptation entre antenne et générateur, et à la fois en termes d'encombrement.The aim of the invention is to improve the structures proposed up to now, both in terms of operating efficiency, in particular the possibilities of adaptation between the antenna and the generator, and at the same time in terms of bulk.
Pour atteindre ces objectifs, l'invention propose une antenne selon la revendication 1 comprenant un générateur et au moins deux surfaces métalliques parallèles et sensiblement superposées entre elles,
- l'une au moins de ces surfaces étant scindée en au moins deux parties concentriques consistant en une partie centrale et un ruban entourant cette partie centrale,
- ces au moins deux parties étant reliées entre elles par un ou plusieurs rubans ou fils conducteurs,
- les au moins deux surfaces superposées étant reliées entre elles par au moins un fil ou ruban conducteur,
- les au moins deux parties de la surface scindée incluant une partie reliée à une première borne du générateur, et une partie reliée à une deuxième borne du générateur, cette structure conférant à l'antenne un comportement multifonctions.
- at least one of these surfaces being split into at least two concentric parts consisting of a central part and a ribbon surrounding this central part,
- these at least two parts being interconnected by one or more ribbons or conductive wires,
- the at least two superposed surfaces being interconnected by at least one conductive wire or ribbon,
- the at least two parts of the split surface including a portion connected to a first terminal of the generator, and a portion connected to a second terminal of the generator, this structure conferring on the antenna a multifunctional behavior.
L'antenne ainsi formée conforme à la présente invention, regroupe plusieurs éléments rayonnants susceptibles de travailler chacun en émission ou en réception sur leur mode propre à des fréquences différentes indépendantes, sans augmenter l'encombrement volumique de l'antenne, par rapport aux dispositions connues de l'art antérieur. La présente invention permet ainsi d'obtenir une antenne d'encombrement relativement réduit devant la (ou les) longueur(s) d'onde(s) de travail.The antenna thus formed in accordance with the present invention groups together a plurality of radiating elements capable of each working in transmission or reception in their own mode at different independent frequencies, without increasing the volume bulkiness of the antenna, with respect to the known arrangements. of the prior art. The present invention thus makes it possible to obtain an antenna of relatively small size in front of the working length (s) of wavelength (s).
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la présente invention :
- les surfaces scindées en deux éléments donnent conjointement un mode de fonctionnement de type antenne fil-plaque formée par l'ensemble des deux surfaces métalliques ;
- chaque surface scindée en deux éléments reliés entre eux par au moins un ruban ou fil conducteur ajoute un nouveau mode de fonctionnement de type antenne fil-plaque coplanaire formée par les deux parties découpées ;
- l'antenne comprend une liaison électrique d'alimentation qui relie la première borne du générateur/récepteur à la partie centrale de la surface scindée en au moins deux parties, liaison électrique qui est formée d'un fil perpendiculaire aux deux surfaces ;
- la liaison électrique d'alimentation peut être formée par le conducteur central d'une liaison coaxiale qui traverse, sans la toucher, l'autre surface métallique ;
- la liaison électrique d'alimentation est reliée à un ruban lié à une partie centrale de la surface scindée en au moins deux parties.
- the split surfaces into two elements together give a wire-plate antenna mode of operation formed by all of the two metal surfaces;
- each split surface into two elements interconnected by at least one ribbon or conductive wire adds a new operating mode of coplanar wire-plate antenna type formed by the two cut portions;
- the antenna comprises an electrical supply connection which connects the first terminal of the generator / receiver to the central part of the split surface into at least two parts, an electrical connection which is formed of a wire perpendicular to both surfaces;
- the electrical supply connection may be formed by the central conductor of a coaxial connection which passes through, without touching, the other metal surface;
- the electrical supply connection is connected to a ribbon bonded to a central part of the divided surface in at least two parts.
Les revendications dépendantes définissent des variantes plus précises de l'invention.The dependent claims define more specific variants of the invention.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- la
figure 1 représente une antenne fil-plaque monopolaire selon l'art antérieur ; - la
figure 2 représente une antenne fil-plaque coplanaire selon l'art antérieur ; - la
figure 3 est un schéma simplifié illustrant le comportement électrique des antennes desfigures 1 et 2 ; - la
figure 4 est une vue de dessus d'une antenne selon un premier exemple; - la
figure 5 est une vue de côté de cette même antenne ; - la
figure 6 est une vue en perspective de cette même antenne ; - la
figure 7 est une vue de dessus d'une antenne selon une variante de l'invention, utilisée pour une simulation de comportement ci-après rapportée ; - la
figure 8 est une vue en perspective de cette même antenne ; - les
figures 8bis à 8 quinter représentent une antenne de type proche de celle de lafigure 8 ; - les
figures 9 et 10 représentent l'impédance d'entrée et l'adaptation en fréquence (coefficient de réflexion) de l'antenne desfigures 8 bis à 8 quinter ; - les
figures 11 et 11 bis sont des graphiques représentant des diagrammes de rayonnement réalisés pour une polarisation principale (verticale) dans un plan de coupe vertical (figure 11 ) et un plan de coupe
- the
figure 1 represents a monopolar wire-plate antenna according to the prior art; - the
figure 2 represents a coplanar wire-plate antenna according to the prior art; - the
figure 3 is a simplified diagram illustrating the electrical behavior of antennasFigures 1 and 2 ; - the
figure 4 is a top view of an antenna according to a first example; - the
figure 5 is a side view of this same antenna; - the
figure 6 is a perspective view of this same antenna; - the
figure 7 is a top view of an antenna according to a variant of the invention, used for a behavior simulation hereinafter reported; - the
figure 8 is a perspective view of this same antenna; - the
figures 8bis to 8 quinter represent a type antenna similar to that of thefigure 8 ; - the
Figures 9 and 10 represent the input impedance and the frequency adaptation (reflection coefficient) of the antenna of thefigures 8 bis to 8 quinter; - the
Figures 11 and 11 bis are graphs representing radiation patterns made for a principal (vertical) polarization in a vertical section plane (figure 11 ) and a cutting plane
horizontal (
- les
figures 12 et 13 sont des diagrammes de rayonnement respectivement pour un plan de coupe vertical xoz et un plan de coupe azimutal xoy pour la polarisation principale (horizontale) dans un second mode de fonctionnement à 1,49 GHz de l'antenne desfigures 8 bis à 8 quinter ; - la
figure 14 est une vue de dessus d'une antenne selon un second exemple ; - la
figure 15 est une vue de côté de cette même antenne ; et - la
figure 16 est une vue en perspective de cette antenne conforme à la présente invention. - la
figure 17 est une vue en coupe d'une antenne selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la
figure 18 est une vue de dessus d'une surface métallique de l'antenne de lafigure 17 ; - la
figure 19 est une vue en coupe d'une antenne selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la
figure 20 est une vue de dessus d'une surface métallique de l'antenne de lafigure 19 ; - la
figure 21 est une vue de dessus d'une autre surface métallique de l'antenne de lafigure 19 ; - la
figure 22 est une vue de dessus d'une surface métallique d'antenne selon un autre exemple ; - la
figure 23 est une vue de dessus d'une surface métallique d'une antenne selon un autre mode de réalisation de l'invention, à diodes. - la
figure 24 est une coupe transversale d'une antenne selon un autre mode de réalisation, comportant une diode entre deux surfaces superposées.
- the
Figures 12 and 13 are radiation diagrams respectively for a vertical sectional plane xoz and an azimuthal sectional plane xoy for the main (horizontal) polarization in a second mode of operation at 1.49 GHz of the antenna offigures 8 bis to 8 quinter; - the
figure 14 is a top view of an antenna according to a second example; - the
figure 15 is a side view of this same antenna; and - the
figure 16 is a perspective view of this antenna according to the present invention. - the
figure 17 is a sectional view of an antenna according to another embodiment of the invention; - the
figure 18 is a top view of a metal surface of the antenna of thefigure 17 ; - the
figure 19 is a sectional view of an antenna according to another embodiment of the invention; - the
figure 20 is a top view of a metal surface of the antenna of thefigure 19 ; - the
figure 21 is a top view of another metal surface of the antenna of thefigure 19 ; - the
figure 22 is a top view of a metal antenna surface according to another example; - the
figure 23 is a top view of a metal surface of an antenna according to another embodiment of the invention, with diodes. - the
figure 24 is a cross section of an antenna according to another embodiment, having a diode between two superimposed surfaces.
L'antenne du premier exemple (
Cependant dans le cadre de cet exemple, la plaque 120 est scindée en deux éléments 122, 124 : une surface centrale 122 et un ruban périphérique 124 qui entoure à distance la surface centrale 122.However, in the context of this example, the
La surface centrale 122 et le ruban 124 sont séparés l'un de l'autre par un évidemment 123 circonférentiel à la surface centrale 122.The
De plus la surface centrale 122 et le ruban 124 sont reliès entre eux par une liaison 126 qui leur est coplanaire.In addition, the
La géométrie de la surface centrale 122, du ruban 124 et de la plaque inférieure 140 n'est pas critique.The geometry of the
Cependant de préférence la surface centrale 122, le ruban 124 et la plaque inférieure 140 ont des contours de même géométrie, par exemple rectangulaire, carré, circulaire, ovale, etc... La plaque supérieure 120 est avantageusement centrée sur la plaque inférieure 140. La plaque supérieure 120 a en outre avantageusement une surface plus petite que la plaque inférieure 140.However preferably the
Par ailleurs le ruban 126 s'étend de préférence dans une direction généralement radiale par rapport au centre de la surface centrale 122.Furthermore, the
Plus précisément encore, selon l'exemple illustré sur les
Ainsi l'antenne illustrée sur les
- un plan de masse 140,
- un plan supérieur 120 scindé en deux éléments concentriques 122, 124, reliés entre eux par une liaison coplanaire 126, qui constitue à la fois, par son élément central 122, un toit capacitif, et par son élément périphérique 124, un élément de masse,
- une sonde coaxiale dont le blindage externe 154 est relié à la masse d'un générateur / récepteur, tandis que son conducteur central 150 est relié à la borne active du générateur / récepteur, le blindage 154 de la sonde étant relié au plan de masse 140, tandis que le conducteur central 150 traverse, sans le toucher, le plan de masse 140 et est relié à l'élément central 122
du plan supérieur 120, et une liaison conductrice 160 couplée par couplage inductif au conducteur central de la sonde 150, et qui relie l'élément périphérique 124 du plan supérieur et le plan de masse 140.
- a plan of
mass 140, - an
upper plane 120 divided into two 122, 124, interconnected by aconcentric elements coplanar connection 126, which constitutes, by itscentral element 122, a capacitive roof, and by itsperipheral element 124, a ground element, - a coaxial probe whose
outer shield 154 is connected to the ground of a generator / receiver, while itscentral conductor 150 is connected to the active terminal of the generator / receiver, the shielding 154 of the probe being connected to theground plane 140 , while thecentral conductor 150 passes, without touching, theground plane 140 and is connected to thecentral element 122 of theupper plane 120, and - a
conductive link 160 coupled by inductive coupling to the central conductor of theprobe 150, and which connects theperipheral element 124 of the upper plane and theground plane 140.
La liaison conductrice 160 assure à la fois la liaison entre les éléments de masse 124 et 140 et la reprise de masse de l'antenne fil-plaque.The
Selon l'exemple particulier illustré sur les
Aux
- un plan de masse inférieur 140,
- un plan supérieur 120 scindé en deux éléments concentriques 122, 124, reliés entre eux, qui constitue à la fois, par son élément central 122, un toit capacitif, et par son élément périphérique 124, un élément de masse,
- une sonde coaxiale dont le blindage externe 154 est relié à la masse d'un générateur / récepteur, tandis que son conducteur central 150 est relié à la borne active du générateur / récepteur, le blindage 154 de la sonde étant relié au plan de masse 140, tandis que le conducteur central 150 traverse, sans le toucher, le plan de masse 140 et est relié à l'élément central 122
du plan supérieur 120, et une liaison conductrice 160 couplée par couplage inductif au conducteur central de la sonde 150, et qui relie l'élément périphérique 124 du plan supérieur et le plan de masse 140. La taille du plan inférieur 140 est de 70mm* 70mm, celle du plan supérieur (120) est de 60mm*60mm et la hauteur de 7mm. Cette antenne possède un filvertical d'alimentation 150.
- a
lower ground plane 140, - an
upper plane 120 divided into two 122, 124, interconnected, which constitutes, by itsconcentric elements central element 122, a capacitive roof, and by itsperipheral element 124, a mass element, - a coaxial probe whose
outer shield 154 is connected to the ground of a generator / receiver, while itscentral conductor 150 is connected to the active terminal of the generator / receiver, the shielding 154 of the probe being connected to theground plane 140 , while thecentral conductor 150 passes, without touching, theground plane 140 and is connected to thecentral element 122 of theupper plane 120, and - a
conductive link 160 coupled by inductive coupling to the central conductor of theprobe 150, and which connects theperipheral element 124 of the upper plane and theground plane 140. The size of thelower plane 140 is 70mm * 70mm, that of the upper plane (120) is 60mm * 60mm and the height of 7mm. This antenna has avertical feed wire 150.
Cependant selon cette variante, l'élément central 122 est relié à l'élément périphérique 124, non pas par une liaison unique, mais par deux liaisons 126, 127. Celles-ci sont parallèles entre elles, perpendiculaires à un bord 121 de l'élément central 122 et raccordées à ce bord, aux environs du quart de la longueur de ce bord 121, compté respectivement à partir de sa première et de sa seconde extrémité.However according to this variant, the
Par ailleurs le fil d'alimentation 150 n'est pas relié directement à la surface centrale 122, mais à un ruban supplémentaire 128 qui s'étend vers l'extérieur, depuis la surface centrale 122, en direction de la bande périphérique 124, mais ne rejoignant pas la bande périphérique 124. Le conducteur d'alimentation 150, qui s'étend perpendiculairement aux plans 120 et 140, est placé en extrémité de ce ruban 128. L'alimentation est, dans ce cas, déportée par l'intermédiaire de ce ruban horizontal 128, déportée pour optimiser l'adaptation de l'antenne.On the other hand, the
Le fil de retour de masse 160 est quant à lui placé sur le bord du ruban externe 124 placé en regard du bord 121 de la surface centrale 122, sensiblement entre le ruban d'alimentation 128 et le ruban de retour de masse 127.The
On notera que comme illustré sur les
On notera ainsi que la présence des deux rubans de retour 126 et 127, et le léger déport du fil d'alimentation 150 grâce au ruban 128, permettent d'optimiser les caractéristiques de l'impédance d'entrée afin d'améliorer l'adaptation de l'antenne.It will thus be noted that the presence of the two
Ainsi, non seulement une telle antenne transforme l'énergie reçue dans une bande d'adaptation en une énergie rayonnée dans une direction donnée avec une polarisation privilégiée, mais elle permet également une adaptation à un générateur ayant une impédance d'entrée donnée (en général 50 Ohm) sur une ou plusieurs bandes de fréquence.Thus, not only does such an antenna convert the energy received in an adaptation band into a radiated energy in a given direction with a preferred bias, but it also allows adaptation to a generator having a given input impedance (in general 50 Ohm) on one or more frequency bands.
Les paramètres géométriques de l'antenne peuvent diffèrer suivant les besoins de l'utilisateur (fréquences de fonctionnement, adaptation, bande passante ...) et peuvent aisément être mis au point par l'homme de l'art en fonction de l'adaptation aux fréquences recherchées.The geometrical parameters of the antenna can differ according to the needs of the user (operating frequencies, adaptation, bandwidth ...) and can easily be developed by those skilled in the art depending on the adaptation to the desired frequencies.
L'antenne des
- Les
figures 8 bis à 8 quinter présentent la géométrie de l'antenne, la taille du plan inférieur 140 est de 100mm*100mm, celle du plan supérieur 120 est de 60mm*60mm et la hauteur de 22mm. Cette antenne possède deux rubans deliaison 160 et un filvertical d'alimentation 150.
- The
figures 8 bis to 8 quinter present the geometry of the antenna, the size of thelower plane 140 is 100mm * 100mm, that of theupper plane 120 is 60mm * 60mm and the height of 22mm. This antenna has two connectingstrips 160 and avertical supply wire 150.
Les résultats présentés sur les
Les diagrammes de gain (
Le premier mode (à 0,94 GHz) présente un diagramme (
Le second (
Un second exemple est représenté aux
On retrouve sur ces figures une antenne qui possède une forme générale d'antenne fil-plaque, c'est à dire qui présente deux plans métalliques principaux parallèles 120 et 140.These figures show an antenna which has the general shape of a wire-plate antenna, that is to say which has two parallel main
Toutefois, ici, c'est le plan métallique inférieur 140 formant plan de masse de l'ensemble, qui est scindé en deux éléments, l'un 142 central relié à la première borne active du générateur / récepteur par l'intermédiaire d'un ruban 148, l'autre 144 périphérique relié à la seconde borne, de masse, du générateur / récepteur.However, here, it is the
Ainsi, la plaque métallique 140 présente un ruban périphérique 144 qui est relié à la masse tandis qu'une surface centrale 142 est reliée à la borne positive d'une source de courant.Thus, the
Ces deux éléments 142 et 144 sont reliés entre eux par un ruban de reprise de masse 146 qui leur est coplanaire.These two
La géométrie de la plaque supérieure 120, de la surface centrale 142 et du ruban 144 n'est pas critique.The geometry of the
Cependant de préférence la plaque supérieure 120 est centrée sur la plaque inférieure 140. De plus la surface centrale 142 et le ruban 144 ont des contours de même géométrie, par exemple rectangulaire, carré, circulaire, ovale, etc...Preferably, however, the
La plaque supérieure 120 a en outre avantageusement une surface plus petite que la plaque inférieure 140.The
Par ailleurs le ruban 146 s'étend de préférence dans une direction généralement radiale par rapport au centre de la surface centrale 142.Furthermore, the
Plus précisément encore, selon l'exemple illustré sur les
La plaque supérieure 120 est reliée à la surface centrale 142 de la plaque 140, de sorte qu'elle se voit également alimentée.The
Pour cela, une liaison d'alimentation 150 formée par un simple fil, relie la surface centrale 142 à la plaque 120.For this, a
Plus précisément, le ruban périphérique 144 a la forme générale d'un C. La surface centrale 142 est prolongée par une piste coplanaire formant ruban d'alimentation 148 qui débouche sur l'extérieur, par l'intermédiaire de l'ouverture de ce C. Et la liaison filaire 150, qui s'étend perpendiculairement aux plans des plaques 120 et 140, relie le ruban d'alimentation 148 à la plaque 120.More specifically, the
Par ailleurs un fil de retour de masse 160 relie les deux plaques 120 et 140. Ce fil de retour relie la plaque 120 à la plaque 140 au niveau de son ruban de reprise de masse 146 entre la surface centrale 142 et le ruban périphérique 144. Le fil de retour de masse 160 s'étend perpendiculairement aux plans 120 et 140.Furthermore, a
Ainsi l'antenne illustrée sur les
- un plan de masse 140, scindé en deux éléments concentriques 142, 144, reliés entre eux par une
liaison 146, - un plan supérieur 120,
- une sonde coaxiale dont le blindage externe 154 est relié à la masse d'un générateur / récepteur, tandis que son conducteur central 151 est relié à la borne active du générateur / récepteur, le blindage 154 de la sonde étant relié au ruban 144, tandis que le conducteur central 151 est relié à l'élément central 142 du plan inférieur 140, par l'intermédiaire du ruban d'alimentation 148,
une liaison conductrice 150 qui relie le ruban d'alimentation 148, à proximité de l'élément central 142, etla plaque supérieure 120 etune liaison conductrice 160 couplée par couplage inductif au conducteur 150, et qui relie l'élément périphérique 144 du plan inférieur 140 (plus précisément son ruban 146) et leplan supérieur 120.
- a
ground plane 140, divided into two 142, 144, interconnected by aconcentric elements link 146, - a
top plane 120, - a coaxial probe whose
outer shield 154 is connected to the ground of a generator / receiver, while itscentral conductor 151 is connected to the active terminal of the generator / receiver, the shielding 154 of the probe being connected to theribbon 144, while that thecentral conductor 151 is connected to thecentral element 142 of thelower plane 140, via thesupply ribbon 148, - a
conductive link 150 which connects thesupply ribbon 148, near thecentral element 142, and theupper plate 120 and - a
conductive link 160 coupled by inductive coupling to theconductor 150, and which connects theperipheral element 144 of the lower plane 140 (more precisely its ribbon 146) and theupper plane 120.
Sur la
Le toit capacitif de cette structure générale est donc formé par la plaque 120, qui se comporte à la manière d'un toit capacitif d'antenne fil-plaque traditionnel en ce sens qu'elle est alimentée par un courant et reliée à un plan de masse parallèle, ici la plaque 140, plus précisément le ruban 144 de celle-ci.The capacitive roof of this general structure is thus formed by the
Dans le cas présent, l'alimentation de l'ensemble se fait par l'intermédiaire du ruban 148 et du fil 150.In this case, the supply of the assembly is through the
On notera que le fil de reprise de masse 160 reliant les deux plaques 120 et 140 rejoint la plaque inférieure 140 au niveau de son ruban de reprise de masse 147.Note that the
On rappelle qu'il est important dans le cadre de la présente invention que le fil de retour de masse 160, quelque soit le mode de réalisation, soit proche du fil d'alimentation 150, pour pouvoir être couplé, par couplage inductif à ce dernier, de sorte que le fil de retour de masse 160 est parcouru par un courant à la fréquence de travail. Typiquement l'écart entre le fil d'alimentation 150 et le fil de retour de masse est inférieur à 1/10 λ, λ représentant la longueur d'onde de travail.It is recalled that it is important in the context of the present invention that the
Les dispositifs rayonnant multifonctions qui viennent d'être décrits ne constituent que des exemples parmi différentes possibilités envisageables, les configurations géométriques des différents éléments restant variables et dépendant des fonctions à réaliser ou de la fréquence de travail.The multifunctional radiating devices that have just been described are only examples among various possible possibilities, the geometric configurations of the various elements remaining variable and depending on the functions to be performed or the working frequency.
La taille du côté de la surface 120 et d'en moyenne λ/6 pour le premier mode de fonctionnement et λ/4 pour le second.The size of the side of the
Le faible encombrement volumique de ces antennes (en moyenne λ0/4) facilite leur intégration dans les systèmes de communication actuels. De plus l'utilisation d'un substrat diélectrique permet de réduire encore cet encombrement.The small volume requirement of these antennas (on average λ 0/4 ) facilitates their integration into current communication systems. In addition, the use of a dielectric substrate makes it possible to further reduce this bulk.
La présente invention peut ainsi être envisagée pour différents modes de fonctionnement suivant sa configuration géométrique.The present invention can thus be envisaged for different modes of operation according to its geometric configuration.
On peut citer par exemple : l'application à une antenne multilobes (privilégiant différentes directions de rayonnement) à la même fréquence (par exemple pour des applications télémétriques).For example: the application to a multilobe antenna (favoring different directions of radiation) at the same frequency (for example for telemetry applications).
On peut également envisager par exemple une antenne multifonctions, regroupant les fonctions GSM, GPS, ...One can also consider for example a multifunction antenna, combining the functions GSM, GPS, ...
De telles antennes permettent en outre de miniaturiser les aériens dans les systèmes de communication mobiles.Such antennas also make it possible to miniaturize aerials in mobile communication systems.
Les plaques 120 et 140 peuvent être supportées dans leur position relative par tous moyens appropriés. De préférence les plaques 120 et 140 sont ainsi disposées respectivement de part et d'autre d'un substrat diélectrique d'épaisseur faible par rapport aux dimensions des plaques 120 et 140. Le substrat peut être formé d'une couche homogène. Cependant le cas échéant le substrat peut être formé de plusieurs couches empilées, adjacentes ayant des propriétés diélectriques différentes. En variante le milieu diélectrique placé entre les deux plaques 120 et 140 peut même être formé par de l'air.The
De préférence les plaques 120 et 140 sont ainsi formées par gravure de métallisations formées de part et d'autre d'un substrat, ou encore par dépôt de contours controlés sur ce substrat.Preferably, the
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes de réalisation conformes aux revendications.Of course, the present invention is not limited to the particular embodiments which have just been described, but extends to all embodiments according to the claims.
Ainsi par exemple l'antenne conforme à la présente invention peut comprendre plusieurs plaques supérieures 120 parallèles entre elles et de géométrie identique.Thus, for example, the antenna according to the present invention may comprise several
Dans le cadre des
Dans le cadre des
Selon encore une autre variante, l'antenne conforme à la présente invention peut être associée à un réflecteur de proximité pour conformer le rayonnement, par exemple pour concentrer le rayonnement dans une direction voulue.According to yet another variant, the antenna according to the present invention may be associated with a proximity reflector to form the radiation, for example to concentrate the radiation in a desired direction.
D'autres modes de réalisation de l'invention sont représentés aux
Ce niveau supérieur est référencé 120 et se divise en deux plaques 125 et 127. La plaque 125, plaque inférieure de ce niveau supérieur, est représentée en vue de dessus à la
Chaque découpe donne lieu à un second type de fonctionnement fournissant un rayonnement axial (gain maximal dans l'axe de l'antenne). Plus la partie métallique découpée est petite, plus la fréquence de résonance du second type de fonctionnement est élevée.Each cut gives rise to a second type of operation providing an axial radiation (maximum gain in the axis of the antenna). The smaller the cut metal part, the higher the resonance frequency of the second type of operation.
Chaque niveau donne lieu à un mode de fonctionnement de type antenne fil-plaque : impédance d'entrée présentant une résonance parallèle à une fréquence donnée, et rayonnement à symétrie de révolution autour de l'axe vertical (omnidirectionnel) et présentant un gain maximum à l'horizon.Each level gives rise to an operating mode of wire-plate antenna type: input impedance having a resonance parallel to a given frequency, and rotationally symmetrical radiation around the vertical axis (omnidirectional) and having a maximum gain at the horizon.
A la
Comme on peut le voir à la
On notera que de manière générale, on peut adopter un nombre quelconque d'éléments concentriques dans une même surface conductrice, en reliant deux de ces éléments concentriques à une borne différente d'un générateur.It should be noted that, in general, any number of concentric elements can be adopted in the same conductive surface, connecting two of these concentric elements to a different terminal of a generator.
Sur les
Deux types d'excitation peuvent être envisagées :
- Le premier type d'excitation (
figure 17 ) est effectué par un fil vertical d'alimentation entre deux surfaces. Le fil d'alimentation vertical peut parcourir plusieurs niveaux en connectant l'élément central de chaque niveau. Ce fil constitue l'âme centrale d'un guide coaxial connecté à l'une des deux surfaces précitées et traverse la seconde sans la toucher. Cette dernière est alors connectée au blindage extérieur du guide coaxial (les autres niveaux sont alors alimentés par couplage).
- The first type of excitation (
figure 17 ) is performed by a vertical feed wire between two surfaces. The vertical feed wire can traverse several levels by connecting the center element of each level. This wire constitutes the central core of a coaxial guide connected to one of the two aforementioned surfaces and passes through the second without touching it. The latter is then connected to the outer shield of the coaxial guide (the other levels are then supplied by coupling).
Dans le cadre de la première excitation, le blindage extérieur du guide coaxial peut constituer le fil de retour à la masse vertical cité précédemment.In the context of the first excitation, the outer shield of the coaxial guide may constitute the return wire to the vertical mass mentioned above.
Le second type d'excitation est effectué dans le plan de l'une des surfaces par une ligne coplanaire, cette surface pouvant avoir trois éléments concentriques, comme représenté à la
Dans le cas du second type d'excitation, il est préférable de relier les éléments internes de chaque surface par une liaison verticale.In the case of the second type of excitation, it is preferable to connect the internal elements of each surface by a vertical connection.
Comme représenté aux
Claims (7)
- Antenna of the wire-and-patch type comprising a generator and at least two parallel metal surfaces (120, 140) and mutually substantially superposed, wherein:- at least one of these surfaces is split into at least two concentric portions (122, 124) and constituting a central portion (122) and a strip (124) surrounding this central portion;- these at least two portions are interconnected by one (126) or more conductive strips or wires;- the at least two superposed surfaces (120, 140) are interconnected by at least one conductive wire or strip (160);- the at least two portions of the split surface include a portion connected to a first terminal of the generator and a portion connected to a second terminal of the generator;this structure imparting multifunctional behaviour to the antenna, characterised in that said antenna comprises an electrical feed connection (150) connecting the first terminal of the generator/receiver to the central portion (122) of the surface (120) split into at least two portions, which electrical connection is formed by a wire extending perpendicularly to the two surfaces (120, 140), the electrical feed connection (150) being connected to a strip (128) connected to the central portion (122) of the surface that is split into at least two portions (120).
- Antenna according to claim 1, characterised in that the electrical feed connection (150) is formed by the central conductor of a coaxial connection which passes through, without touching it, the surface that is parallel and substantially superposed to the split surface (140).
- Antenna according to one of claims 1 to 2, characterised in that the conductive wire or strip (160) connects an outer zone (124) of the split surface (120) : and the surface (140) parallel and substantially superposed to the split surface (120).
- Antenna according to one of claims 1 to 3, characterised in that it includes a plurality of mutually parallel top plates (120) of identical shape.
- Antenna according to any one of claims 1 to 4, characterised in that it includes a plurality of metal parallel surfaces (120) each split into a central element (122) and a strip peripheral to the central element (124) and interconnected by a ground return strip or connection (126), the central elements (122) of the various plates (120) being interconnected by wires extending a free wire (150), while the various peripheral strips (124) are interconnected by wires extending a ground return wire (160).
- Antenna according to one of claims 1 to 4, characterised in that it includes a plurality of solid metal parallel surfaces (120) interconnected by at least one wire (150), and preferably via multiple connections disposed in a symmetrical arrangement.
- Antenna according to one of claims 1 to 6, characterised in that it comprises three surfaces (122, 124, 140) arranged in series between two terminals of a generator/receiver.
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