EP0575211B1 - Radiating element of an antenna with wide bandwidth and antenna array comprising such elements - Google Patents
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- EP0575211B1 EP0575211B1 EP93401371A EP93401371A EP0575211B1 EP 0575211 B1 EP0575211 B1 EP 0575211B1 EP 93401371 A EP93401371 A EP 93401371A EP 93401371 A EP93401371 A EP 93401371A EP 0575211 B1 EP0575211 B1 EP 0575211B1
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- 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
- H01Q9/0464—Annular ring patch
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/005—Patch antenna using one or more coplanar parasitic elements
Definitions
- the invention relates to a micro-ribbon type antenna with a small thickness but a large passband.
- An antenna can be considered as an interface between these two types of medium, allowing the transfer, total or partial, of electromagnetic energy from one to the other.
- the transmitting antenna passes this energy from a guided propagation medium to a free propagation medium and the receiving antenna reverses the direction of the energy transfer between the media.
- Called circuit (s) or antenna feed device the set of components of all or part of the medium with guided propagation, directing or collecting the electromagnetic energy to be transferred and comprising passive or active elements, reciprocal or not.
- phase center a geometrical point, from which the electromagnetic wave seems to come, for a given direction, in the case of an antenna considered as working on the emission.
- the resonance of the antenna is manifested at the frequency (s) for which the transfer of the energy transmitted from the supply line to space via the antenna is optimal, which results mathematically by the fact that, at the resonance frequency fr the complex impedance Z at the input of the antenna has a zero imaginary part and a maximum real part.
- microwave we are used to representing the place of the impedances Z (as a function of frequency) on an abacus called SMITH abacus where each resonance manifests itself in the form of a loop.
- this resonance is “seen” through the adaptation which characterizes the transfer of energy from the supply line to the antenna.
- This vision of the behavior of the antenna can be called the response of the antenna and is quantified using the losses by mismatch or the Stationary Wave Rate (TOS) in English Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) - defined above. below.
- TOS Stationary Wave Rate
- VSWR Voltage Standing Wave Ratio
- the radiation diagram is represented in a frame of reference centered at a point on the antenna (if possible its phase center), and supplied in the form of "sections" in a standard spherical coordinate system ( ⁇ , ⁇ ).
- a so-called “constant coupe” cut is the variation curve of the E field, projected onto a given polarization (either (E ⁇ , or E ⁇ ), ⁇ varying from 0 to 180 ° (or from -180 to + 180 °).
- a so-called “constant coupe” cut is the variation curve of the E field, projected on a given polarization (either E ⁇ , or E ⁇ ), ⁇ ) varying from 0 to 360 °.
- antenna array An association of elementary antennas is called antenna array when these have common parts in their supply circuits or when a coupling exists between these elementary antennas rendering the overall radiation pattern of the array, in a frequency range data, dependent on that of each of the antennas or radiating elements.
- the network obtained by the distribution of antennas similar to one or more given elementary antennas, on a given surface, is often called array antenna, generally implying a notion of geometric repetition of the elementary antennas.
- They are generally used to obtain a radiation pattern with high directivity in a given direction relative to the network.
- the spacing ⁇ between the phase centers of the elementary antennae of the array, related to the wavelength ⁇ o in air or vacuum, is often a critical parameter.
- micro-ribbon technology it consists of stacking several layers of conductive or dielectric materials such as for example a layer of dielectric substrate (glass - PTFE for example) coated on its underside (or side I) with a conductive sheet (copper, gold, etc.) called a ground plane and carrying on its upper face (or side S) a conductive sheet partially cut according to a given geometric design (we commonly speak of patterns, aerials or "patches").
- conductive or dielectric materials such as for example a layer of dielectric substrate (glass - PTFE for example) coated on its underside (or side I) with a conductive sheet (copper, gold, etc.) called a ground plane and carrying on its upper face (or side S) a conductive sheet partially cut according to a given geometric design (we commonly speak of patterns, aerials or "patches").
- a rectangular micro-ribbon pattern can be compared to a certain extent to two parallel slits coinciding with two edges of the so-called radiating rectangle.
- the selection of those of the edges of a rectangular pattern which must radiate (and a contrario of those which must not radiate) is done by an appropriate choice of the area of the rectangle which is connected to the supply circuit.
- connection can be made through the dielectric substrate, or on the periphery of the pattern, by a microstrip line carried by the side S (we sometimes speak of coplanar supply) as described in particular in document FR-2.226 .760.
- the choice of the width W will to a good extent condition the quality of the radiation, namely its efficiency and its shape (radiation diagram).
- the micro-ribbon antenna is in fact an electronic resonator which, by construction, has a high quality factor Q. Therefore, the antennas developed in this technology always have a low bandwidth, that is to say that the resonance occurs only punctually, that is to say at the frequency for which the antenna was sized and at frequencies very close to the latter.
- the most common concept is to stack non-powered radiating elements (with their associated dielectric layer) on the powered element. These elements are called “parasitic elements”. Each of these elements i is dimensioned to resonate at a frequency Fi close to the frequency Fa of the element supplied. The electromagnetic coupling between these elements and the powered element ensures the transfer of energy to the "parasites".
- the frequency response of the set is the envelope of the responses of each of the elements.
- the parasitic patterns of dimensions at least close to those of the central pattern, are four in number.
- the networking of such antennas consists in reproducing periodically, in one or even two directions of a plane, groups of three (preferably five) patterns of which only one is supplied, which poses problems of congestion : it is difficult to satisfy for example a spacing constraint of the type ⁇ ⁇ 0.5 ⁇ o , since between two fed patterns there are two parasitic patterns separated by a substantial space; in addition, the supply can only be done by a line in an underlayer located under the ground plane (see in particular document WO-89/07838 which is the only one of the two aforementioned documents to expressly provide for such placing network). We therefore find the geometric or mechanical drawbacks inherent in the multi-layer technique.
- Document US-A-4,987,421 likewise proposes a micro-ribbon antenna comprising a radiative ring situated on a dielectric opposite to a ground conducting plane, with a supply opening through the dielectric, inside of the ring, and a microwave circuit also located inside the ring and connecting the power supply to the internal edge of the ring; there may be an upper dielectric separated by an intermediate blade of air or dielectric, with a parasitic pattern placed opposite the ring.
- the microwave circuit preferably includes an adaptation circuit and an amplifier.
- twin antenna patterns that is to say pairs of identical patterns arranged on either side of a dielectric support, so that each motif serve as a ground plan to the other.
- a large number of shapes are proposed, and when a rectangular pattern is proposed inside another rectangular pattern, it is presented as equivalent to connect them to each other or to keep them without contact. None is planned to increase the bandwidth.
- the invention proposes for this purpose an elementary micro-ribbon antenna comprising a dielectric substrate of constant thickness along, on one side by a conductive metal layer forming ground plane and on its other side by a radiating pattern electrically connected to a line d feed, this pattern being formed of a conductive loop of constant width l , this antenna being characterized in that this loop surrounds an internal parasitic pattern which is not supplied by being separated from this internal parasitic pattern by a slot continuous closed on itself of constant width e suitable for ensuring a coupling between the loop and the internal parasitic pattern.
- this document implements a completely particular mode of supply since it is to the ground plane that the signals having the radio frequencies envisaged are applied, which is completely incompatible with the principle of coplanar feeding.
- this document teaches to make slots in the patterns, generally in combination with pins crossing the dielectric in very precise locations for the short-circuiting of these patterns with the ground plane (which again prevents a coplanar feeding).
- the special case of a C-shaped slot is provided with the formation of a rectangular pattern (no other shape is envisaged) connected to a conductive line which surrounds it.
- This pattern and this line are connected in parallel goes completely against the invention which distinguishes a powered band and a non-powered pattern surrounded by this band by simply being electromagnetically coupled. It may be noted in this connection that this document aims to be able to neglect the coupling effect.
- the invention lends itself very well to construction by printed circuit, since it allows all of the supply lines, supplied strips and solid non-supplied (or parasitic) patterns to be manufactured on one side. , without any crossing of the dielectric. This is very advantageous when several patterns of the aforementioned type are mounted in a network.
- the invention also provides a network antenna formed of a plurality of elementary patterns formed by a powered strip surrounding a solid pattern, being separated by a closed loop slot, whether these patterns are mounted in series, in parallel or according to a mixed serial / parallel configuration.
- a network antenna formed of a plurality of elementary patterns formed by a powered strip surrounding a solid pattern, being separated by a closed loop slot, whether these patterns are mounted in series, in parallel or according to a mixed serial / parallel configuration.
- Such an antenna lends itself very well to a severe space constraint such as ⁇ / ⁇ o of less than 1 or even 0.5.
- FIG. 1 The block diagram of an antenna element according to the invention is given in FIG. 1.
- This antenna element comprises a dielectric substrate 2 bordered, on its lower face (or I) by a conductive metal layer 3 forming a ground plane and, on its upper face (or S) of a pattern 4 produced in micro-ribbon technology of conductive material and connected to a supply line 5 preferably coplanar with pattern 4.
- the substrate 2 is in practice homogeneous of constant thickness.
- this pattern can be supplied by direct contact with a cable passing through the substrate while being isolated with respect to the ground plane 3.
- the pattern 4 is formed of a conductive loop 6 of constant width l surrounding a solid internal pattern 7 isolated (that is to say not connected) from the loop, the outer edge of which follows the inner edge of the loop at a non-zero constant distance e so as to form a continuous slit 9 closed on itself of constant thickness e .
- the internal pattern 7 is not directly supplied, and is only coupled to the internal loop: it therefore behaves like an internal parasite.
- this internal parasite is completely arbitrary in Figure 1. In practice, this outline has a shape simple geometric (circle, square, rectangle, polygon with possibly rounded corners, ellipse, oval ).
- This pattern 4 for its dimensioning can be analyzed as being a conventional pattern adapted to resonate at a desired frequency (when powered) surrounded by a conductive loop which degrades the quality factor, that is to say which widens the peak, that is to say which widens the bandwidth.
- the central frequency of the antenna element (or elementary antenna) 1 is defined by the shape and the dimensions of the internal parasite 7 using the conventional rules (equations or abacuses) of dimensioning, for example those mentioned above, given by the aforementioned work "Microstrip Antennas" by BAHL and BARTHIA.
- the width e of the slot is chosen so as to ensure a strong coupling between the loop 6 supplied and the parasitic pattern 7.
- the width l of the conductive loop is chosen in particular so as to allow good coupling through the slot while along it.
- the frequency response of the pattern 4 depends of course on the exact choice of the dimensions of the internal parasite, of the slot and of the loop. Depending on the specifications imposed on the antenna element (or of a network antenna independently of the individual performance of the antenna elements) the final dimensioning is done for example by iteration from an arbitrary starting dimensioning .
- the power supply mode of the loop influences the behavior of the elementary antenna, mainly on its main polarization (which is in practice parallel to a fictitious line connecting the feed point to a central point of the parasite internal 7).
- the optimization process with a view to satisfying a given TOS coefficient (for example 2 or even 1.5) leads those skilled in the art to adjust the dimensions so as to bring about, in a abacus known as SMITH abacus, the largest possible part of the impedance curve, for a given frequency range (f 1 , f 2 ), of the antenna element (or of the antenna -network if necessary) in a circle of radius the smaller the required TOS is low. The larger the part of the curve contained in the circle, the wider the bandwidth.
- the optimization process will lead to passing from curve A in FIG. 2, which barely intercepts the circle C representative of the targeted TOS, to curve B in FIG. 3, a whole loop of which is contained in the circle C (it is recalled in this connection that in the abacus of SMITH each loop corresponds to a resonance).
- FIG. 4 shows a pattern 14, in accordance with pattern 4 of FIG. 1, but for a circular shape: this pattern 14 includes an internal parasite 17 of diameter D separated from a surrounding circular loop 16 by a circular slot 18.
- the loop 16 is supplied by a coplanar line 15.
- the optimization of the dimensioning depends, as has been said, on the targeted performances, for example of a constraint concerning the TOS.
- FIG. 5 shows the impedance curve thus obtained between the points F1 and F2 corresponding respectively to 2.3 GHz and 2.4 GHz, after adaptation using a quarter wave device of any suitable known type not shown, such as for example a widening over a distance of ⁇ o / (4. ⁇ e ) from the supply line near its connection to the conductive loop.
- FIG. 8 represents a pattern comparable to that of FIG. 1, but of square shape: this pattern, marked 24 as a whole, includes an internal parasite 27 on side L separated from a square conducting loop 26 which surrounds it, width l , through a slot 28 of thickness e .
- a circular shape may seem preferable to a rectangular or square shape (see polygonal) insofar as, during an emission at high power, the corners present a predisposition to the formation of an arc electric capable of locally destroying the antenna element.
- the invention is generalized to other forms of internal parasite such as polygons with possibly rounded corners, ellipses, ovals in particular.
- the bandwidth of the entire network will be a function of the bandwidth of the element, but will not necessarily be the same.
- the response of the network will be different from the response of each element taken individually. It is generally observed that the network resonance loop is smaller than that of the isolated element. In this case, it makes sense to use an element with a slightly oversized resonance loop (like loop A in Figure 2).
- FIGS. 9 to 12B present the final application of the concept of elementary antenna presented above to a networking of the optimized element.
- the network of FIG. 9 is of the parallel type with only one dimension.
- this application being shown by way of nonlimiting example, it is very possible to use the element which is the subject of the invention on a network of series type or a two-dimensional network, flat or shaped.
- FIG. 9 represents an array antenna 50 formed of 24 optimized elements 14 in accordance with FIG. 4.
- These 24 elements are supplied from a point O by an at least partly coplanar network comprising a divider by 2, marked 51, supplying two other dividers by 2, marked 51A and each supplying two dividers by 2, marked 52 - same supplying each two dividers by 3 marked 53.
- This arrangement makes it possible to obtain a very omnidirectional radiation pattern, which is the objective in most telemetric applications.
- a calculation of the optimal number of elements can be performed by software. In general, this calculation leads to a result close to that mentioned above, namely a distance between successive elements at most close to half the wavelength in air ( ⁇ / ⁇ o , ⁇ 0.5).
- the number of elements must also take into account the supply network and the constraints associated with it (power dividers, etc.).
- the dividing stages making it possible to distribute the signal to the four sub-networks are of the coaxial type.
- the other stages internal to the sub-networks are of the micro-ribbon type, included in the coplanar supply as shown in FIG. 9.
- each of the branches of the divider has the same length to within ⁇ o .
- ⁇ o is the wavelength in air at the central frequency of the useful band (here: 2350 MHz).
- the "equi-phase" nature of food is no longer strictly respected. We admit an error of +/- 12 ° over the entire useful band.
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
L'invention concerne une antenne de type micro-ruban à faible épaisseur mais à large bande passante.The invention relates to a micro-ribbon type antenna with a small thickness but a large passband.
On rappellera ici que, dans le domaine radio fréquence, une onde électromagnétique, notamment caractérisée par sa longueur d'onde λ (rapport de la vitesse de la lumière à la fréquence du signal transmis), porteuse d'énergie et généralement support d'information, peut se propager dans différents milieux dont les principaux sont :
- milieu à propagation guidée (câbles, lignes, guides d'onde...),
- milieu à propagation libre (espace homogène ou non, isotrope ou non ...).
- medium with guided propagation (cables, lines, waveguides ...),
- medium with free propagation (homogeneous space or not, isotropic or not ...).
Une antenne peut être considérée comme un interface entre ces deux types de milieux, permettant le transfert, total ou partiel, de l'énergie électromagnétique de l'un vers l'autre. L'antenne à l'émission fait passer cette énergie d'un milieu de propagation guidée vers un milieu à propagation libre et l'antenne à la réception inverse le sens du transfert énergétique entre les milieux. Dans la suite, nous nous référerons en général implicitement à une antenne travaillant à l'émission. Toutefois, le principe d'équivalence garantit la réciprocité de toutes les propriétés énoncées avec une antenne à la réception.An antenna can be considered as an interface between these two types of medium, allowing the transfer, total or partial, of electromagnetic energy from one to the other. The transmitting antenna passes this energy from a guided propagation medium to a free propagation medium and the receiving antenna reverses the direction of the energy transfer between the media. In the following, we will generally refer implicitly to an antenna working on the emission. However, the principle of equivalence guarantees the reciprocity of all the properties stated with an antenna at reception.
On appelle circuit(s) ou dispositif d'alimentation de l'antenne, l'ensemble des éléments constitutifs de tout ou partie du milieu à propagation guidée, dirigeant ou collectant l'énergie électromagnétique à transférer et comprenant des éléments passifs ou actifs, réciproques ou non.Called circuit (s) or antenna feed device, the set of components of all or part of the medium with guided propagation, directing or collecting the electromagnetic energy to be transferred and comprising passive or active elements, reciprocal or not.
On associe souvent à une antenne élémentaire, un ou plusieurs points géométriques, appelés centre de phase, d'où semble provenir l'onde électromagnétique, pour une direction donnée, dans le cas d'une antenne considérée comme travaillant à l'émission.We often associate with an elementary antenna, one or more geometrical points, called phase center, from which the electromagnetic wave seems to come, for a given direction, in the case of an antenna considered as working on the emission.
La résonance de l'antenne se manifeste à la (ou aux) fréquence(s) pour lesquelles le transfert de l'énergie transmise de la ligne d'alimentation à l'espace via l'antenne est optimal, ce qui se traduit mathématiquement par le fait que, à la fréquence de résonance fr l'impédance complexe Z à l'entrée de l'antenne a une partie imaginaire nulle et une partie réelle maximale.The resonance of the antenna is manifested at the frequency (s) for which the transfer of the energy transmitted from the supply line to space via the antenna is optimal, which results mathematically by the fact that, at the resonance frequency fr the complex impedance Z at the input of the antenna has a zero imaginary part and a maximum real part.
En hyperfréquences on a l'habitude de représenter le lieu des impédances Z (en fonction de la fréquence) sur une abaque dite abaque de SMITH où chaque résonance se manifeste sous la forme d'une boucle.In microwave we are used to representing the place of the impedances Z (as a function of frequency) on an abacus called SMITH abacus where each resonance manifests itself in the form of a loop.
Avec les moyens de mesure actuels cette résonance est "vue" au travers de l'adaptation qui caractérise le transfert de l'énergie de la ligne d'alimentation vers l'antenne. Cette vision du comportement de l'antenne peut être appelée réponse de l'antenne et est quantifiée à l'aide des pertes par désadaptation ou du Taux d'Onde Stationnaire (TOS) en anglais Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) - définis ci-dessous.With current measurement means this resonance is "seen" through the adaptation which characterizes the transfer of energy from the supply line to the antenna. This vision of the behavior of the antenna can be called the response of the antenna and is quantified using the losses by mismatch or the Stationary Wave Rate (TOS) in English Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) - defined above. below.
Si Z est l'impédance au point où on fait la mesure d'adaptation, et Zc l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation (le standard généralement admis est Zc = 50 Ohms), alors posant z = Z/Zc on appelle coefficient de réflexion ou pertes par désadaptation le rapport complexe :
Le taux d'onde stationnaire est alors défini par :
En définitive l'antenne est caractérisée par un certain nombre de performances dont :
- le Taux d'Onde Stationnaire (TOS) qui rend compte de la qualité de l'adaptation, c'est-à-dire la quantité d'énergie transmise de la ligne d'alimentation à l'antenne (il est d'autant plus proche de l'unité que cette qualité est bonne),
- le diagramme de rayonnement qui figure la distribution dans l'espace du champ électromagnétique E porteur de l'onde,
- auquel sont associés des paramètres classiques (le gain, la directivité, le rendement, l'ouverture à -3 dB, la probabilité de couverture ....).
- the Stationary Wave Rate (TOS) which accounts for the quality of the adaptation, i.e. the amount of energy transmitted from the feed line to the antenna (it is all the more close to unity that this quality is good),
- the radiation diagram which shows the distribution in space of the electromagnetic field E carrying the wave,
- which are associated with conventional parameters (gain, directivity, efficiency, aperture at -3 dB, probability of coverage, etc.).
Par convention, le diagramme de rayonnement est représenté dans un référentiel centré en un point de l'antenne (si possible son centre de phase), et fourni sous forme de "coupes" dans un système de coordonnées sphériques standard (θ, φ). Une coupe dite à "φ constant" est la courbe de variation du champ E, projeté sur une polarisation donnée (soit (Eθ, soit Eφ), θ variant de 0 à 180° (ou de -180 à + 180°). De même, une coupe dite à "θ constant" est la courbe de variation du champ E, projeté sur une polarisation donnée (soit Eθ, soit Eφ), φ) variant de 0 à 360°.By convention, the radiation diagram is represented in a frame of reference centered at a point on the antenna (if possible its phase center), and supplied in the form of "sections" in a standard spherical coordinate system (θ, φ). A so-called "constant coupe" cut is the variation curve of the E field, projected onto a given polarization (either (Eθ, or Eφ), θ varying from 0 to 180 ° (or from -180 to + 180 °). even, a so-called "constant coupe" cut is the variation curve of the E field, projected on a given polarization (either Eθ, or Eφ), φ) varying from 0 to 360 °.
Une association d'antennes élémentaires est appelée réseau d'antennes quand celles-ci ont des parties communes dans leurs circuits d'alimentation ou bien quand un couplage existe entre ces antennes élémentaires rendant le diagramme de rayonnement global du réseau, dans une plage de fréquences données, tributaire de celui de chacun des antennes ou éléments rayonnants.An association of elementary antennas is called antenna array when these have common parts in their supply circuits or when a coupling exists between these elementary antennas rendering the overall radiation pattern of the array, in a frequency range data, dependent on that of each of the antennas or radiating elements.
Le réseau obtenu par la répartition d'antennes semblables à une ou plusieurs antennes élémentaires données, sur une surface donnée, est souvent dénommée antenne réseau, impliquant généralement une notion de répétition géométrique des antennes élémentaires.The network obtained by the distribution of antennas similar to one or more given elementary antennas, on a given surface, is often called array antenna, generally implying a notion of geometric repetition of the elementary antennas.
Elles sont généralement utilisées pour obtenir un diagramme de rayonnement à directivité élevée dans une direction donnée par rapport au réseau.They are generally used to obtain a radiation pattern with high directivity in a given direction relative to the network.
L'espacement Δ entre les centres de phases des antennes élémentaires du réseau, rapporté à la longueur d'onde λo dans l'air ou le vide, est souvent un paramètre critique.The spacing Δ between the phase centers of the elementary antennae of the array, related to the wavelength λ o in air or vacuum, is often a critical parameter.
Par exemple, pour des valeurs de Δ/λo > 0.5, l'apparition de lobes de réseaux importants, en dehors de la zone de rayonnement utile, pénalise les bilans de transmission énergétiques dans le milieu à propagation libre.For example, for values of Δ / λ o > 0.5, the appearance of large lobes of networks, outside the useful radiation area, penalizes the energy transmission budgets in the medium with free propagation.
Pour ce qui est de la technologie micro-ruban, elle consiste à empiler plusieurs couches de matériaux conducteurs ou diélectriques comme par exemple une couche de substrat diélectrique (du verre - PTFE par exemple) revêtue sur sa face inférieure (ou face I) d'une feuille conductrice (cuivre, or, etc...) appelée plan de masse et portant sur sa face supérieure (ou face S) une feuille conductrice partiellement découpée selon un dessin géométrique donné (on parle couramment de motifs, d'aériens ou de "patches").As for micro-ribbon technology, it consists of stacking several layers of conductive or dielectric materials such as for example a layer of dielectric substrate (glass - PTFE for example) coated on its underside (or side I) with a conductive sheet (copper, gold, etc.) called a ground plane and carrying on its upper face (or side S) a conductive sheet partially cut according to a given geometric design (we commonly speak of patterns, aerials or "patches").
Cet ensemble permet :
- soit de guider une onde électromagnétique (ligne micro-ruban),
- soit de rayonner un champ électromagnétique (antenne micro-ruban).
- either to guide an electromagnetic wave (micro-ribbon line),
- or to radiate an electromagnetic field (micro-ribbon antenna).
Le milieu de propagation des courants de surface est :
- soit l'interface air-substrat,
- soit l'interface air-conducteur-substrat.
- either the air-substrate interface,
- or the air-conductor-substrate interface.
Dans le premier cas, on peut définir (voir l'ouvrage MICROSTRIP ANTENNAS de I.J. BAHL et P. BHARTIA, édité chez ARTECH HOUSE en 1980), la constante diélectrique "effective" du milieu par :
Dans le second cas, on écrit
et W est la largeur du ruban ("strip" en anglais) conducteur.In the second case, we write
and W is the width of the conductive strip.
On peut généralement prévoir divers types de composants et autres éléments (éventuellement actifs) sur la face S de la structure.One can generally provide various types of components and other elements (possibly active) on the S face of the structure.
Par définition, une antenne micro-ruban est un élément de forme géométrique en matériau conducteur rapporté sur la face S d'une couche diélectrique. On choisit souvent une forme rectangulaire ou circulaire pour les raisons suivantes :
- on peut prévoir dans une bonne mesure le diagramme de rayonnement,
- le dimensionnement de ces motifs ou aériens pour résonner à une fréquence donnée est bien connu.
- the radiation diagram can be predicted to a good extent,
- the dimensioning of these patterns or aerials to resonate at a given frequency is well known.
Un motif micro-ruban rectangulaire est assimilable dans une certaine mesure à deux fentes parallèles coïncidant avec deux bords du rectangle dits rayonnants. La sélection de ceux des bords d'un motif rectangulaire qui doivent rayonner (et a contrario de ceux qui ne doivent pas rayonner) se fait par un choix approprié de la zone du rectangle qui est connectée au circuit d'alimentation.A rectangular micro-ribbon pattern can be compared to a certain extent to two parallel slits coinciding with two edges of the so-called radiating rectangle. The selection of those of the edges of a rectangular pattern which must radiate (and a contrario of those which must not radiate) is done by an appropriate choice of the area of the rectangle which is connected to the supply circuit.
En général on alimente le motif rectangulaire près ou sur la médiane reliant les côtés que l'on veut faire rayonner. De cette manière, le mode excité dans le résonateur produit une polarisation linéaire de bonne qualité. La direction de cette polarisation est perpendiculaire au bord rayonnant du motif.In general we feed the rectangular pattern near or on the median connecting the sides that we want to radiate. In this way, the mode excited in the resonator produces a good quality linear polarization. The direction of this polarization is perpendicular to the radiating edge of the pattern.
Cette connection peut se faire au travers du substrat diélectrique, ou sur la périphérie du motif, par une ligne micro-ruban portée par la face S (on parle parfois d'alimentation coplanaire) tel que cela est notamment décrit par le document FR-2.226.760.This connection can be made through the dielectric substrate, or on the periphery of the pattern, by a microstrip line carried by the side S (we sometimes speak of coplanar supply) as described in particular in document FR-2.226 .760.
C'est essentiellement la distance L entre ces bords (appelée "longueur" du motif) qui va déterminer la fréquence de résonance de l'antenne.It is essentially the distance L between these edges (called "length" of the pattern) which will determine the resonant frequency of the antenna.
Des équations, voire des abaques, ont été élaborées et construites à ce sujet.Equations, even abacuses, have been developed and constructed on this subject.
Ainsi, à titre d'exemple, on trouve dans l'ouvrage MICROSTRIP ANTENNAS de I.J. BAHL et P. BHARTIA, édité chez ARTECH HOUSE en 1980, que pour résonner à la fréquence fr un motif rectangulaire doit présenter une longueur L telle que :
- εe est la constante diélectrique du substrat diélectrique
- h est la hauteur (ou épaisseur) de ce substrat substrat
- λo est la longueur d'onde dans l'air associée à fr (c'est-à-dire le rapport entre la vitesse de la lumière et cette fréquence)
- et
- W est la largeur du motif, par exemple définie selon cet ouvrage précité par la formule :
- ε e is the dielectric constant of the dielectric substrate
- h is the height (or thickness) of this substrate substrate
- λ o is the wavelength in air associated with fr (i.e. the ratio between the speed of light and this frequency)
- and
- W is the width of the pattern, for example defined according to this aforementioned work by the formula:
Le choix de la largeur W va conditionner dans une bonne mesure la qualité du rayonnement à savoir son rendement et sa forme (diagramme de rayonnement).The choice of the width W will to a good extent condition the quality of the radiation, namely its efficiency and its shape (radiation diagram).
Toujours d'après le document précité, le rayon d'un motif circulaire est obtenu grâce à la formule ci-dessous :
Tout motif micro-ruban peut être utilisé comme élément d'un réseau de type :
- série,
- parallèle,
- combinaison des deux précédents.
- series,
- parallel,
- combination of the previous two.
Cette technologie permet d'obtenir des antennes (ou réseau d'antennes) :
- peu épaisses,
- légères,
- peu coûteuses (fabrication rapide et facile)
- que l'on peut "conformer" pour les appliquer à des structures développables, cylindriques ou coniques par exemple.
- not very thick,
- light,
- inexpensive (quick and easy to make)
- that we can "conform" to apply them to developable structures, cylindrical or conical for example.
L'antenne micro-ruban est en fait un résonateur électronique qui, par construction a un facteur de qualité Q élevé. De ce fait, les antennes développées dans cette technologie présentent toujours une faible bande passante, c'est-à-dire que la résonance ne se produit que ponctuellement, c'est-à-dire à la fréquence pour laquelle l'antenne a été dimensionnée et à des fréquences très proches de cette dernière.The micro-ribbon antenna is in fact an electronic resonator which, by construction, has a high quality factor Q. Therefore, the antennas developed in this technology always have a low bandwidth, that is to say that the resonance occurs only punctually, that is to say at the frequency for which the antenna was sized and at frequencies very close to the latter.
Par exemple une antenne micro-ruban rectangulaire classique dimensionnée pour résonner à 1600 Mhz sur un substrat de 1 mm d'épaisseur et de constante diélectrique εr = 2,2 n'est utilisable que dans une bande de fréquence de l'ordre de 1 % de la valeur de la fréquence de résonance, ce qui est insuffisant pour la plupart des applications (téléinformation ...).For example, a conventional rectangular micro-ribbon antenna sized to resonate at 1600 MHz on a
On a déjà proposé plusieurs méthodes pour surmonter cette difficulté, dont une revue est présentée dans l'article BANDWIDTH EXTENSION TECHNIQUES IN PRINTED CONFORMAL ANTENNAS de A. HENDERSON, J.R. JAMES et C.M. HALL (Military Microwaves 1986).Several methods have already been proposed to overcome this difficulty, a review of which is presented in the article BANDWIDTH EXTENSION TECHNIQUES IN PRINTED CONFORMAL ANTENNAS by A. HENDERSON, J.R. JAMES and C.M. HALL (Military Microwaves 1986).
La méthode la plus simple pour élargir la bande passante de l'antenne consiste à épaissir la couche de diélectrique. En effet si l'on considère la structure résonante comme une cavité dont les parois (murs magnétiques) seraient :
- 1 - la surface conductrice du motif,
- 2 - la partie du plan de masse correspondant à la projection perpendiculaire de cette surface sur le plan de masse,
- 3 - les murs magnétiques coïncidant avec les bords du motif à travers toute l'apaisseur de substrat et dont la hauteur est cette épaisseur,
- 1 - the conductive surface of the pattern,
- 2 - the part of the ground plane corresponding to the projection perpendicular to this surface on the ground plane,
- 3 - the magnetic walls coinciding with the edges of the pattern across the entire thickness of the substrate and the height of which is this thickness,
Cette méthode présente les inconvénients suivants :
- faible augmentation de la bande passante,
- augmentation des pertes ohmiques dans le substrat,
- génération d'ondes de surfaces,
- accroissement de l'encombrement de l'antenne.
- small increase in bandwidth,
- increased ohmic losses in the substrate,
- generation of surface waves,
- increase in the size of the antenna.
Le concept le plus courant consiste à empiler des éléments rayonnants non alimentés (avec leur couche de diélectrique associée) sur l'élément alimenté. Ces éléments sont appelés "éléments parasites". Chacun de ces éléments i est dimensionné pour résonner à une fréquence Fi voisine de la fréquence Fa de l'élément alimenté. Le couplage électromagnétique entre ces éléments et l'élément alimenté assure le transfert d'énergie vers les "parasites". La réponse en fréquence de l'ensemble est l'enveloppe des réponses de chacun des éléments.The most common concept is to stack non-powered radiating elements (with their associated dielectric layer) on the powered element. These elements are called "parasitic elements". Each of these elements i is dimensioned to resonate at a frequency Fi close to the frequency Fa of the element supplied. The electromagnetic coupling between these elements and the powered element ensures the transfer of energy to the "parasites". The frequency response of the set is the envelope of the responses of each of the elements.
Les inconvénients de cette structure dite multicouches et des structures qui en dérivent sont les suivants :
- épaisseur accrue, ce qui peut être rédhibitoire si on demande à l'antenne d'être mince, notamment si elle doit être conformée (application aéronautique, lanceur),
- discontinuités et inhomogénéités mécaniques affectant les performances de l'antenne si elle doit subir des agressions mécaniques ou thermiques (antenne embarquée sur aéronef, missile ou satellite),
- difficultés lors de la fabrication de l'antenne pour respecter les dimensions et positions relatives des différentes couches (impact sur les performances radio-électriques).
- increased thickness, which can be prohibitive if the antenna is asked to be thin, in particular if it must be conformed (aeronautical application, launcher),
- mechanical discontinuities and inhomogeneities affecting the performance of the antenna if it has to undergo mechanical or thermal attack (antenna on board an aircraft, missile or satellite),
- difficulties in manufacturing the antenna to respect the dimensions and relative positions of the different layers (impact on radio performance).
Le besoin existe donc pour certaines applications de mettre au point une antenne large bande en structure mono-couche (une seule couche de diélectrique) permettant d'éviter les inconvénients précédents.There is therefore a need for certain applications to develop a broadband antenna in a single-layer structure (a single layer of dielectric) making it possible to avoid the above drawbacks.
Il a déjà été proposé de placer deux motifs parasites rectangulaires le long des côtés non-rayonnants d'un motif rectangulaire alimenté, voire quatre motifs parasites rectangulaires le long des côtés de ce motif de manière à permettre un couplage fort entre les côtés en regard de ces motifs. On peut notamment se référer à ce propos au document WO-89/07838 ou à l'article "Non-radiating Edges and Four Edges Gap-Coupled Multiple Resonator Broad Band Microstrip Antennas" de G. KUMAR et K.C. GUPTA paru dans I.E.E.E. Transactions on Antennas and Propagation Vol. AP 33 n° 2, February 1985. De manière préférée, les motifs parasites, de dimensions au moins voisines de celles du motif central, sont au nombre de quatre.It has already been proposed to place two rectangular parasitic patterns along the non-radiating sides of a fed rectangular pattern, or even four rectangular parasitic patterns along the sides of this pattern so as to allow a strong coupling between the opposite sides of these reasons. We can refer in this regard to document WO-89/07838 or to the article "Non-radiating Edges and Four Edges Gap-Coupled Multiple Resonator Broad Band Microstrip Antennas" by G. KUMAR and K.C. GUPTA published in I.E.E.E. Transactions on Antennas and Propagation Vol. AP 33 No. 2, February 1985. Preferably, the parasitic patterns, of dimensions at least close to those of the central pattern, are four in number.
La mise en réseau de telles antennes consiste à reproduire de façon périodique, selon une voire deux direction(s) d'un plan des groupes de trois (de préférence cinq) motifs dont un seul est alimenté, ce qui pose des problèmes d'encombrement : il est difficile de satisfaire par exemple une contrainte d'espacement du type Δ < 0,5 λo, puisqu'entre deux motifs alimentés il y a deux motifs parasites séparés par un espace substantiel ; en outre l'alimentation ne peut se faire que par une ligne dans une sous-couche se trouvant sous le plan de masse (voir en particulier le document WO-89/07838 qui est le seul des deux documents précités à prévoir expréssément une telle mise en réseau). On retrouve donc les inconvénients d'ordre géométrique ou mécanique inhérents à la technique multi-couche.The networking of such antennas consists in reproducing periodically, in one or even two directions of a plane, groups of three (preferably five) patterns of which only one is supplied, which poses problems of congestion : it is difficult to satisfy for example a spacing constraint of the type Δ <0.5 λ o , since between two fed patterns there are two parasitic patterns separated by a substantial space; in addition, the supply can only be done by a line in an underlayer located under the ground plane (see in particular document WO-89/07838 which is the only one of the two aforementioned documents to expressly provide for such placing network). We therefore find the geometric or mechanical drawbacks inherent in the multi-layer technique.
Le même type d'inconvénients, notamment, se retrouve avec les concepts proposés par les documents US-4.933.680 et GB-2.067.842.The same type of drawbacks, in particular, are found with the concepts proposed by documents US-4,933,680 and GB-2,067,842.
Il a par ailleurs été proposé (cf revue de synthèse citée ci-dessus) un motif micro-ruban en anneau qui permet d'obtenir une bande passante valant trois fois la bande passante obtenue pour un disque micro-ruban plein. Toutefois ce concept présente les inconvénients suivants :
- le diamètre extérieur de l'anneau est beaucoup plus grand que celui du disque correspondant (c'est-à-dire ayant la même fréquence centrale de résonance). Ce concept est donc incompatible avec le souhait d'une distance faible entre centre de phase (par exemple Δ/λo < 0.5),
- la large bande passante n'est obtenue que poour un mode d'excitation bien particulier (TM12), nécessitant de connecter la source d'énergie en des points précis de l'anneau, à des distances précises de ses bords interne et externe : ce type d'alimentation n'est pas compatible avec le souhait d'une alimentation coplanaire.
- the outer diameter of the ring is much larger than that of the corresponding disc (that is to say having the same central resonant frequency). This concept is therefore incompatible with the wish for a small distance between phase centers (for example Δ / λ o <0.5),
- the wide bandwidth is only obtained for a very particular excitation mode (TM12), requiring the connection of the energy source at precise points of the ring, at precise distances from its internal and external edges: this type of feeding is not compatible with the wish for coplanar feeding.
Le document US-A-4.987.421 propose de même une antenne micro-ruban comportant un anneau radiatif situé sur un diélectrique à l'opposé d'un plan conducteur de masse, avec une alimentation débouchant au travers du diélectrique, à l'intérieur de l'anneau, et un circuit micro-onde également situé à l'intérieur de l'anneau et connectant l'alimentation au bord interne de l'anneau ; il peut y avoir un diélectrique supérieur séparé par une lame intermédiaire d'air ou de diélectrique, avec un motif parasite disposé en regard de l'anneau. Le circuit micro-onde comporte de préférence un circuit d'adaptation et un amplificateur. Lorsqu'un élément conducteur non alimenté est disposé à l'intérieur de l'anneau, il est en principe connecté au plan de masse au travers du diélectrique. Les antennes ainsi obtenues sont compactes et ont des pertes faibles mais sont complexes, sans possibilité d'alimentation des motifs ; rien n'est prévu pour l'obtention d'une large bande passante.Document US-A-4,987,421 likewise proposes a micro-ribbon antenna comprising a radiative ring situated on a dielectric opposite to a ground conducting plane, with a supply opening through the dielectric, inside of the ring, and a microwave circuit also located inside the ring and connecting the power supply to the internal edge of the ring; there may be an upper dielectric separated by an intermediate blade of air or dielectric, with a parasitic pattern placed opposite the ring. The microwave circuit preferably includes an adaptation circuit and an amplifier. When an unpowered conductive element is placed inside the ring, it is in principle connected to the ground plane through the dielectric. The antennas thus obtained are compact and have low losses but are complex, without the possibility of feeding the patterns; nothing is planned for obtaining a large bandwidth.
Quant au document US-A-4.157.548, il concerne des motifs d'antenne jumeaux, c'est-à-dire des couples de motifs identiques disposés de part et d'autre d'un support diélectrique, de telle sorte que chaque motif serve de plan de masse à l'autre. Un grand nombre de formes sont proposées, et lorsqu'un motif rectangulaire est proposé à l'intérieur d'un autre motif rectangulaire, il est présenté comme équivalent de les connecter l'un à l'autre ou de les maintenir sans contact. Rien n'est prévu pour augmenter la bande passante.As for document US-A-4,157,548, it relates to twin antenna patterns, that is to say pairs of identical patterns arranged on either side of a dielectric support, so that each motif serve as a ground plan to the other. A large number of shapes are proposed, and when a rectangular pattern is proposed inside another rectangular pattern, it is presented as equivalent to connect them to each other or to keep them without contact. Nothing is planned to increase the bandwidth.
L'invention a pour objet de pallier les inconvénients précités en proposant un motif élémentaire d'antenne micro-ruban combinant les avantages suivants :
- bande passante élargie par rapport au cas de motifs connus d'encombrement équivalent,
- faible épaisseur globale (c'est-à-dire notamment faible épaisseur de diélectrique),
- faisabilité en structure mono-couche (une seule couche de diélectrique et de préférence une seule couche de chaque côté du diélectrique) aussi bien qu'en structure multi-couches,
- possibilité de conformer l'antenne combinée à une tenue mécanique acceptable,
- possibilité d'emploi d'un réseau d'alimentation coplanaire, c'est-à-dire rapporté sur la même face du circuit que les motifs rayonnants,
- lors d'une mise en réseau, possibilité de respecter des contraintes d'espacement sévères (par exemple : Δ/λo < 0,5) entre les centres de phase des éléments voulues pour des raisons d'encombrement ou pour un meilleur contrôle du diagramme de rayonnement,
- facilité de fabrication.
- wider bandwidth compared to the case of known patterns of equivalent bulk,
- small overall thickness (that is to say in particular small dielectric thickness),
- feasibility in a single-layer structure (a single layer of dielectric and preferably a single layer on each side of the dielectric) as well as in a multi-layer structure,
- possibility of conforming the antenna combined with acceptable mechanical strength,
- possibility of using a coplanar supply network, that is to say attached to the same face of the circuit as the radiating patterns,
- during a networking, possibility of respecting severe spacing constraints (for example: Δ / λ o <0.5) between the phase centers of the desired elements for reasons of space or for better control of the radiation pattern,
- ease of manufacture.
L'invention propose à cet effet une antenne élémentaire micro-ruban comportant un substrat diélectrique d'épaisseur constante longé, sur une face par une couche métallique conductrice formant plan de masse et sur son autre face par un motif rayonnant connecté électriquement à une ligne d'alimentation, ce motif étant formé d'une boucle conductrice de largeur constante l, cette antenne étant caractérisée en ce que cette boucle entoure un motif parasite interne non alimenté en étant séparée de ce motif parasite interne par une fente continue fermée sur elle-même de largeur constante e propre à assurer un couplage entre la boucle et le motif parasite interne.The invention proposes for this purpose an elementary micro-ribbon antenna comprising a dielectric substrate of constant thickness along, on one side by a conductive metal layer forming ground plane and on its other side by a radiating pattern electrically connected to a line d feed, this pattern being formed of a conductive loop of constant width l , this antenna being characterized in that this loop surrounds an internal parasitic pattern which is not supplied by being separated from this internal parasitic pattern by a slot continuous closed on itself of constant width e suitable for ensuring a coupling between the loop and the internal parasitic pattern.
Il faut noter qu'un tel motif élémentaire présente des différences essentielles par rapport aux enseignements du document US-4.771.291 qui concerne un motif d'antenne micro-ruban à fréquence double.It should be noted that such an elementary pattern presents essential differences compared to the teachings of document US Pat. No. 4,771,291 which relates to a dual frequency micro-ribbon antenna pattern.
Tout d'abord ce document, prenant acte de l'étroitesse des bandes passantes des motifs d'antenne micro-ruban connus, relève que le fonctionnement qui est recherché en pratique ne se fait pas sur une bande continue, mais à deux ou plusieurs fréquences discrètes. Ce document ne se préoccupe donc pas d'obtenir une large bande passante, ce qui suffit déjà à le distinguer de l'invention.First of all, this document, taking note of the narrowness of the passbands of the known micro-ribbon antenna patterns, notes that the operation which is sought in practice is not done on a continuous band, but at two or more frequencies. discreet. This document is therefore not concerned with obtaining a large bandwidth, which is already sufficient to distinguish it from the invention.
D'autre part, ce document met en oeuvre un mode d'alimentation tout à fait particulier puisque c'est au plan de masse que sont appliqués les signaux ayant les fréquences radio envisagées, ce qui est tout à fait incompatible avec le principe d'une alimentation coplanaire.On the other hand, this document implements a completely particular mode of supply since it is to the ground plane that the signals having the radio frequencies envisaged are applied, which is completely incompatible with the principle of coplanar feeding.
En outre, ce document enseigne de ménager des fentes dans les motifs, généralement en combinaison avec des pions traversant le diélectrique en des emplacements très précis pour la mise en court-circuit de ces motifs avec le plan de masse (ce qui là encore empêche une alimentation coplanaire). Le cas particulier d'une fente en C est prévu avec formation d'un motif rectangulaire (aucune autre forme n'est envisagée) raccordé à une ligne conductrice qui l'entoure. Le fait qu'il est spécifié à plusieurs reprises que ce motif et cette ligne sont connectés en parallèle va tout à fait à l'encontre de l'invention qui distingue une bande alimentée et un motif non alimenté entouré par cette bande en étant simplement couplé électromagnétiquement. On peut noter à ce propos que ce document vise à pouvoir négliger l'effet de couplage.In addition, this document teaches to make slots in the patterns, generally in combination with pins crossing the dielectric in very precise locations for the short-circuiting of these patterns with the ground plane (which again prevents a coplanar feeding). The special case of a C-shaped slot is provided with the formation of a rectangular pattern (no other shape is envisaged) connected to a conductive line which surrounds it. The fact that it is repeatedly specified that this pattern and this line are connected in parallel goes completely against the invention which distinguishes a powered band and a non-powered pattern surrounded by this band by simply being electromagnetically coupled. It may be noted in this connection that this document aims to be able to neglect the coupling effect.
On appréciera que l'invention se prête fort bien à une construction par circuit imprimé, puisqu'elle permet que l'ensemble des lignes d'alimentation, des bandes alimentées et des motifs pleins non alimentés (ou parasites) soient fabriquées sur une seule face, sans aucune traversée du diélectrique. Cela est fort avantageux lorsque plusieurs motifs du type précité sont montés en réseau.It will be appreciated that the invention lends itself very well to construction by printed circuit, since it allows all of the supply lines, supplied strips and solid non-supplied (or parasitic) patterns to be manufactured on one side. , without any crossing of the dielectric. This is very advantageous when several patterns of the aforementioned type are mounted in a network.
L'invention propose également une antenne-réseau formée d'une pluralité de motifs élémentaires formés d'une bande alimentée entourant un motif plein en en étant séparé par une fente en boucle fermée, que ces motifs soient montés en série, en parallèle ou selon une configuration mixte série/parallèle. Une telle antenne se prête fort bien à une contrainte sévère d'encombrement telle Δ/λo inférieure à 1 voire 0,5.The invention also provides a network antenna formed of a plurality of elementary patterns formed by a powered strip surrounding a solid pattern, being separated by a closed loop slot, whether these patterns are mounted in series, in parallel or according to a mixed serial / parallel configuration. Such an antenna lends itself very well to a severe space constraint such as Δ / λ o of less than 1 or even 0.5.
Selon des enseignements préférés de l'invention, éventuellement combinés :
- le rapport l/e vaut entre 1/5
et 5, l'une au moins des grandeurs l ou e étant au moins approximativement comprise entre 0,001 0,1 fois le rapport Δo/et - l'une au moins des grandeurs l ou e est au moins approximativement comprise entre 0,003
et 0,05 fois le rapport λo/ - le motif parasite interne est circulaire, la boucle conductrice et la fente lui étant concentriques,
- le diamètre du motif parasite interne vaut au moins approximativement 0,5 fois le rapport λo/
- le motif parasite interne est polygonal,
- le motif parasite interne est carré,
- le côté du motif parasite interne vaut au moins approximativement 0,5 fois le rapport λo/
- la ligne d'alimentation (5, 15, 25) est coplanaire audit motif.
- the ratio l / e is between 1/5 and 5, at least one of the magnitudes l or e being at least approximately between 0.001 and 0.1 times the ratio Δ o /
- at least one of the magnitudes l or e is at least approximately between 0.003 and 0.05 times the ratio λ o /
- the internal parasitic pattern is circular, the conductive loop and the slot being concentric with it,
- the diameter of the internal parasitic pattern is worth at least approximately 0.5 times the ratio λ o /
- the internal parasitic pattern is polygonal,
- the internal parasitic pattern is square,
- the side of the internal parasitic pattern is worth at least approximately 0.5 times the ratio λ o /
- the supply line (5, 15, 25) is coplanar with said pattern.
Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue de principe, en perspective, d'un motif élémentaire d'antenne conforme à l'invention,
- la figure 2 est une courbe d'impédance en fonction de la fréquence rapportée dans une abaque de SMITH pour une antenne conforme à la figure 1, mais non optimisée,
- la figure 3 est la courbe d'impédance de cette antenne, également rapportée dans une abaque de SMITH, après optimisation,
- la figure 4 est une vue d'un motif rayonnant conforme à la figure 1 mais de forme circulaire,
- la figure 5 est une représentation dans une abaque de SMITH de la courbe d'impédance d'un élément d'antenne conforme à la figure 4, dans la gamme de fréquence 2,3
2,4 GHz,GHz - la figure 6 est un référentiel associé à un élément d'antenne de motif conforme à la figure 4, permettant de définir des coupes du diagramme de rayonnement,
- les figures 7A à 7F représentent les coupes φ=0 et φ=90° pour 2,3 GHz, pour 2,35 GHz, et pour 2,4 GHz, respectivement,
- la figure 8 est une vue d'un motif rayonnant conforme à la figure 1, mais de forme carrée,
- la figure 9 est une antenne-réseau formée d'un alignement de 24 éléments d'antenne identiques conformes à celui de la figure 4,
- les figures 10A et 10B donnent la réponse en fréquence de l'antenne-réseau de la figure 9, dans un diagramme TOS/fréquence, et dans une abaque de SMITH, respectivement, dans la gamme de fréquence 2,29 GHz - 2,42 GHz,
- la figure 11 est une vue éclatée d'une antenne-réseau ceinturant un corps cylindrique et formée de quatre antennes-réseau conformes à la figure 10, et
- les figures 12A et 12B sont des coupes φ=0 et φ=90° dans le référentiel de la figure 11, du diagramme de rayonnement de l'antenne de cette figure 11.
- FIG. 1 is a principle view, in perspective, of an elementary antenna pattern according to the invention,
- FIG. 2 is an impedance curve as a function of the frequency reported in a SMITH chart for an antenna conforming to FIG. 1, but not optimized,
- FIG. 3 is the impedance curve of this antenna, also reported in a SMITH chart, after optimization,
- FIG. 4 is a view of a radiating pattern in accordance with FIG. 1 but of circular shape,
- FIG. 5 is a representation in a SMITH abacus of the impedance curve of an antenna element conforming to FIG. 4, in the frequency range 2.3 GHz 2.4 GHz,
- FIG. 6 is a frame of reference associated with a pattern antenna element in accordance with FIG. 4, making it possible to define sections of the radiation diagram,
- FIGS. 7A to 7F represent the sections φ = 0 and φ = 90 ° for 2.3 GHz, for 2.35 GHz, and for 2.4 GHz, respectively,
- FIG. 8 is a view of a radiating pattern in accordance with FIG. 1, but of square shape,
- FIG. 9 is a network antenna formed by an alignment of 24 identical antenna elements in accordance with that of FIG. 4,
- Figures 10A and 10B give the answer in frequency of the array antenna of FIG. 9, in a TOS / frequency diagram, and in a SMITH chart, respectively, in the frequency range 2.29 GHz - 2.42 GHz,
- FIG. 11 is an exploded view of a network antenna encircling a cylindrical body and formed by four network antennas in accordance with FIG. 10, and
- FIGS. 12A and 12B are sections φ = 0 and φ = 90 ° in the reference frame of FIG. 11, of the radiation diagram of the antenna of this FIG. 11.
Le schéma de principe d'un élément d'antenne conforme à l'invention est donné à la figure 1.The block diagram of an antenna element according to the invention is given in FIG. 1.
Cet élément d'antenne, repéré 1 dans son ensemble, comporte un substrat diélectrique 2 longé, sur sa face inférieure (ou I) par une couche métallique conductrice 3 formant plan de masse et, sur sa face supérieure (ou S) d'un motif 4 réalisé en technologie micro-ruban en matériau conducteur et connecté à une ligne d'alimentation 5 de préférence coplanaire au motif 4.This antenna element, referenced 1 as a whole, comprises a
Le substrat 2 est en pratique homogène d'épaisseur constante.The
Selon une variante non représentée, ce motif peut être alimenté par contact direct avec un câble traversant le substrat en étant isolé vis à vis du plan de masse 3.According to a variant not shown, this pattern can be supplied by direct contact with a cable passing through the substrate while being isolated with respect to the
Selon l'invention, le motif 4 est formé d'une boucle conductrice 6 de largeur l constante entourant un motif interne plein 7 isolé (c'est-à-dire non connecté) de la boucle, dont le bord extérieur suit le bord interne de la boucle à une distance e constante non nulle en sorte de former une fente continue 9 fermée sur elle-même d'épaisseur e constante.According to the invention, the
On appréciera que le motif interne 7 n'est pas directement alimenté, et n'est que couplé à la boucle interne : il se comporte donc comme un parasite interne.It will be appreciated that the internal pattern 7 is not directly supplied, and is only coupled to the internal loop: it therefore behaves like an internal parasite.
Le contour de ce parasite interne est tout à fait quelconque à la figure 1. En pratique, ce contour a une forme géométrique simple (cercle, carré, rectangle, polygone à coins éventuellement arrondis, ellipse, ovale ...).The outline of this internal parasite is completely arbitrary in Figure 1. In practice, this outline has a shape simple geometric (circle, square, rectangle, polygon with possibly rounded corners, ellipse, oval ...).
Ce motif 4 pour son dimensionnement, peut être analysé comme étant un motif classique adapté à résonner à une fréquence voulue (lorsqu'il est alimenté) entouré d'une boucle conductrice qui en dégrade le facteur de qualité, c'est-à-dire qui en élargit le pic, c'est-à-dire qui en élargit la bande passante.This
En d'autres termes, la fréquence centrale de l'élément d'antenne (ou antenne élémentaire) 1 est définie par la forme et les dimensions du parasite interne 7 en utilisant les règles classiques (équations ou abaques) de dimensionnement, par exemple celles rappelées ci-dessus, données par l'ouvrage précité "Microstrip Antennas" de BAHL et BARTHIA.In other words, the central frequency of the antenna element (or elementary antenna) 1 is defined by the shape and the dimensions of the internal parasite 7 using the conventional rules (equations or abacuses) of dimensioning, for example those mentioned above, given by the aforementioned work "Microstrip Antennas" by BAHL and BARTHIA.
La largeur e de la fente est choisie en sorte d'assurer un couplage fort entre la boucle 6 alimenté et le motif parasite 7. La largeur l de la boucle conductrice est choisie notamment en sorte de permettre un bon couplage au travers de la fente tout au long de celle-ci.The width e of the slot is chosen so as to ensure a strong coupling between the loop 6 supplied and the parasitic pattern 7. The width l of the conductive loop is chosen in particular so as to allow good coupling through the slot while along it.
La réponse en fréquence du motif 4 dépend bien sûr du choix exact des dimensions du parasite interne, de la fente et de la boucle. En fonction du cahier des charges imposé à l'élément d'antenne (ou d'une antenne-réseau indépendamment des performances individuelles des éléments d'antenne) le dimensionnement définitif se fait par exemple par itération à partir d'un dimensionnement arbitraire de départ.The frequency response of the
A titre d'exemple, après avoir dimensionné (voir ci-dessus) le parasite interne en fonction de la fréquence centrale visée, on peut choisir arbitrairement les grandeurs l et e en respectant les inégalités définies ci-dessus, si λo est la longueur d'onde associée à ladite fréquence centrale et εe est la constante diélectrique effective du milieu de propagation constitué par l'élément d'antenne (voir ci-dessus) :
- la rapport l/e est compris entre 1/5
et 5 environ, - l'une au moins de ces grandeurs l ou e est au moins approximativement comprise entre 0,001
et 0,1 (de préférence entre 0,003et 0,05) fois le rapport λo/
- the l / e ratio is between approximately 1/5 and 5,
- at least one of these quantities l or e is at least approximately between 0.001 and 0.1 (preferably between 0.003 and 0.05) times the ratio λ o /
Le mode d'alimentation électrique de la boucle influe sur le comportement de l'antenne élémentaire, principalement sur la polarisation principale de celle-ci (qui est en pratique parallèle à une ligne fictive reliant le point d'alimentation à un point central du parasite interne 7).The power supply mode of the loop influences the behavior of the elementary antenna, mainly on its main polarization (which is in practice parallel to a fictitious line connecting the feed point to a central point of the parasite internal 7).
A partir d'un tel dimensionnement de principe il est à la portée de l'homme de métier de conduire une optimisation en fonction des contraintes particulières du cahier des charges visé. Ainsi par exemple, comme cela est connu, le processus d'optimisation en vue de satisfaire un coefficient TOS donné (par exemple 2, voire 1,5) conduit l'homme de métier à ajuster les dimensions en sorte d'amener, dans une abaque connue sous le nom d'abaque de SMITH, la plus grande partie possible de la courbe d'impédance, pour une gamme de fréquence (f1, f2) donnée, de l'élément d'antenne (ou de l'antenne-réseau le cas échéant) dans un cercle de rayon d'autant plus petit que le TOS exigé est faible. Plus grande est la partie de la courbe contenue dans le cercle, plus large est la bande passante.From such a principle design, it is within the reach of the skilled person to conduct an optimization as a function of the particular constraints of the targeted specifications. Thus, for example, as is known, the optimization process with a view to satisfying a given TOS coefficient (for example 2 or even 1.5) leads those skilled in the art to adjust the dimensions so as to bring about, in a abacus known as SMITH abacus, the largest possible part of the impedance curve, for a given frequency range (f 1 , f 2 ), of the antenna element (or of the antenna -network if necessary) in a circle of radius the smaller the required TOS is low. The larger the part of the curve contained in the circle, the wider the bandwidth.
A titre d'exemple le processus d'optimisation amènera à passer de la courbe A de la figure 2, qui intercepte à peine le cercle C représentatif du TOS visé, à la courbe B de la figure 3 dont toute une boucle est contenue dans le cercle C (il est rappelé à ce propos que dans l'abaque de SMITH chaque boucle correspond à une résonance).By way of example, the optimization process will lead to passing from curve A in FIG. 2, which barely intercepts the circle C representative of the targeted TOS, to curve B in FIG. 3, a whole loop of which is contained in the circle C (it is recalled in this connection that in the abacus of SMITH each loop corresponds to a resonance).
La figure 4 présente un motif 14, conforme au motif 4 de la figure 1, mais pour une forme circulaire : ce motif 14 comporte un parasite interne 17 de diamètre D séparé d'une boucle circulaire environnante 16 par une fente circulaire 18.FIG. 4 shows a
La boucle 16 est alimentée par une ligne coplanaire 15.The
A titre d'exemple le dimensionnement du motif peut être choisi, au départ du processus d'itération, par les formules approximatives suivantes (à par exemple 20 % près) :
Ces ordres de grandeur permettent d'obtenir de manière sûre un dimensionnement au premier ordre de l'élément, c'est-à-dire un point de départ en vue d'une mise au point par itérations.These orders of magnitude make it possible to obtain a first order dimensioning of the element in a secure manner, that is to say a starting point with a view to development by iterations.
L'optimisation du dimensionnement dépend comme cela a été dit, des performances visées, par exemple d'une contrainte concernant le TOS.The optimization of the dimensioning depends, as has been said, on the targeted performances, for example of a constraint concerning the TOS.
A titre d'exemple dans le cas d'un substrat diélectrique d'épaisseur 2,28 mm (par exemple en matériau TLX de chez TACONIC aux Etats-Unis) et de coefficient DK = 2,55 (où DK désigne la constante diélectrique) avec des plans de masse et des motifs d'épaisseurs égales à 35 µm et constitués de cuivre, l'optimisation du dimensionnement, pour un rayonnement dans la plage 2,3 GHz - 2,4 GHz a abouti à :
- l = 0,5 mm
- e = 1 mm
- D = 47 mm
- l = 0.5 mm
- e = 1 mm
- D = 47 mm
Dans cet exemple 1 vaut 0,5 e. D'autres essais ont montré que des résultats satisfaisants pour d'autres valeurs telles que 1 = 3e.In this example 1 is worth 0.5 e. Other tests have shown that satisfactory results for other values such as 1 = 3e.
La figure 5 montre la courbe d'impédance ainsi obtenue entre les points F1 et F2 correspondant respectivement à 2,3 GHz et 2,4 GHz, après adaptation à l'aide d'un dispositif quart d'onde de tout type connu approprié non représenté, tel par exemple qu'un élargissement sur une distance de λo/(4.
On observe que la réponse en fréquence est très régulière et homogène sur toute la bande envisagée (TOS < 2). Cela montre que le phénomène mis en jeu ne résulte pas d'une succession de résonances mais d'une seule résonance dont la qualité a été "dégradée".It is observed that the frequency response is very regular and homogeneous over the entire band envisaged (TOS <2). This shows that the phenomenon involved does not result from a succession of resonances but from a single resonance whose quality has been "degraded".
La figure 6 représente un référentiel associé à un élément d'antenne de motif conforme à celui de la figure 4 dans lequel sont définies les coupes du diagramme de rayonnement données par les figures 7A à 7F, pour φ = 0 et φ = 90° et pour 2,3 - 2,35 - 2,4 GHz, c'est-à-dire trois fréquences de la bande de fréquence envisagée ci-dessus.FIG. 6 represents a frame of reference associated with a pattern antenna element conforming to that of FIG. 4 in which the sections of the radiation diagram given by FIGS. 7A to 7F are defined, for φ = 0 and φ = 90 ° and for 2.3 - 2.35 - 2.4 GHz, that is to say three frequencies in the frequency band envisaged above.
Ces coupes principales du diagramme de rayonnement mesuré à la fréquence centrale de 2,35 GHz montrent que celui-ci est au moins équivalent en qualité (c'est-à-dire à caractère hémisphérique et stable en forme en fonction de la fréquence) au diagramme d'un motif micro-ruban classique à bande passante étroite.These main sections of the radiation diagram measured at the center frequency of 2.35 GHz show that it is at least equivalent in quality (that is to say hemispherical in character and stable in shape as a function of frequency) at diagram of a classic micro-ribbon pattern with narrow bandwidth.
Le motif de la figure 4 répond donc bien aux objectifs de l'invention.The pattern of Figure 4 therefore meets the objectives of the invention.
La figure 8 représente un motif comparable à celui de la figure 1, mais de forme carrée : ce motif, repéré 24 dans son ensemble, comporte un parasite interne 27 de côté L séparé d'une boucle conductrice carrée 26 qui l'entoure, de largeur l, par une fente 28 d'épaisseur e.FIG. 8 represents a pattern comparable to that of FIG. 1, but of square shape: this pattern, marked 24 as a whole, includes an internal parasite 27 on side L separated from a square conducting
A titre d'exemple de dimensionnement de départ, on utilise les mêmes règles que pour le motif de la figure 4, en remplaçant D par L.As an example of the initial dimensioning, the same rules are used as for the pattern in FIG. 4, replacing D by L.
Des performances acceptables ont été contenues en prenant :
- l = 1 mm
- e = 0,5 mm
- L = 47 mm
- l = 1 mm
- e = 0.5 mm
- L = 47 mm
En fait une forme circulaire peut paraître préférable à une forme rectangulaire ou carrée (voir polygonale) dans la mesure où, lors d'une émission à forte puissance, les coins présentent une prédisposition à la formation d'un arc électrique susceptible de détruire localement l'élément d'antenne.In fact a circular shape may seem preferable to a rectangular or square shape (see polygonal) insofar as, during an emission at high power, the corners present a predisposition to the formation of an arc electric capable of locally destroying the antenna element.
Comme cela a été précisé ci-dessus, l'invention se généralise à d'autres formes de parasite interne telles que polygone à coins éventuellement arrondis, ellipse, ovale notamment.As stated above, the invention is generalized to other forms of internal parasite such as polygons with possibly rounded corners, ellipses, ovals in particular.
Il a déjà été indiqué ci-dessus que le dimensionnement de l'élément doit tenir compte de son application future.It has already been indicated above that the dimensioning of the element must take into account its future application.
Par exemple, si l'élément doit être utilisé de manière répétitive dans un réseau, la bande passante de l'ensemble du réseau sera une fonction de la bande passante de l'élément, mais ne sera pas nécessairement la même.For example, if the element is to be used repeatedly in a network, the bandwidth of the entire network will be a function of the bandwidth of the element, but will not necessarily be the same.
Par exemple, si la distance entre les éléments (tous identiques) d'un réseau parallèle est telle que les couplages entre motifs sont non négligeables, alors la réponse du réseau sera différente de la réponse de chaque élément pris individuellement. On observe en général que la boucle de résonance du réseau est plus petite que celle de l'élément isolé. Dans ce cas, il est judicieux d'utiliser un élément présentant une boucle de résonance légèrement surdimensionnée (comme la boucle A de la figure 2).For example, if the distance between the elements (all identical) of a parallel network is such that the couplings between patterns are not negligible, then the response of the network will be different from the response of each element taken individually. It is generally observed that the network resonance loop is smaller than that of the isolated element. In this case, it makes sense to use an element with a slightly oversized resonance loop (like loop A in Figure 2).
Les sens de variation sont les suivants :
- lorsque l croît, e étant constante,
- lorsque e croît, l étant constante,
- when l increases, e being constant,
- when e increases, l being constant,
Les figures 9 à 12B présentent l'application finale du concept d'antenne élémentaire présentée ci-dessus à une mise en réseau de l'élément optimisé.FIGS. 9 to 12B present the final application of the concept of elementary antenna presented above to a networking of the optimized element.
Le réseau de la figure 9 est de type parallèle à une seule dimension. Toutefois, cette application étant montrée à titre d'exemple non limitatif, on peut très bien utiliser l'élément objet de l'invention sur un réseau de type série ou un réseau à deux dimensions, plan ou conformé.The network of FIG. 9 is of the parallel type with only one dimension. However, this application being shown by way of nonlimiting example, it is very possible to use the element which is the subject of the invention on a network of series type or a two-dimensional network, flat or shaped.
La figure 9 représente une antenne-réseau 50 formée de 24 éléments optimisés 14 conformes à la figure 4.FIG. 9 represents an
Ces 24 éléments sont alimentés à partir d'un point O par un réseau au moins en partie coplanaire comportant un diviseur par 2, repéré 51, alimentant deux autres diviseurs par 2, repérés 51A et alimentant chacun deux diviseurs par 2, repérés 52, eux-mêmes alimentant chacun deux diviseurs par 3 repérés 53.These 24 elements are supplied from a point O by an at least partly coplanar network comprising a divider by 2, marked 51, supplying two other dividers by 2, marked 51A and each supplying two dividers by 2, marked 52 - same supplying each two dividers by 3 marked 53.
Les réponses en fréquence de cette antenne-réseau sont présentées aux figures 10A et 10B, où les fréquences désignées par 1, 2 et 3 correspondent respectivement à 2,29 GHz, 2,42 GHz, et 2,3576 GHz.The frequency responses of this array antenna are presented in Figures 10A and 10B, where the frequencies designated by 1, 2 and 3 correspond respectively to 2.29 GHz, 2.42 GHz, and 2.3576 GHz.
On observe que la bande passante pour un TOS inférieur à 2 vaut 115 MHz, ce qui représente 4,9 % de la fréquence centrale ce qui est supérieur à ce qu'on obtiendrait avec un élément classique de forme circulaire plein et de même encombrement.It is observed that the bandwidth for a TOS less than 2 is 115 MHz, which represents 4.9% of the central frequency which is higher than what would be obtained with a conventional element of full circular shape and of the same size.
Plusieurs réseaux 50A, 50B, 50C et 50D conformes à celui de la figure 9, sont ensuite appliqués sur une structure cylindrique de façon que :
- les éléments soient équi-répartis uniformément sur la structure à une même hauteur,
- les éléments sont alimentés de manière équi-phase et équi-amplitude à une tolérance donnée près.
- the elements are evenly distributed evenly on the structure at the same height,
- the elements are supplied in an equi-phase and equi-amplitude manner to a given tolerance.
Cette disposition permet d'obtenir un diagramme de rayonnement très omnidirectionnel ce qui est l'objectif dans la plupart des applications télémétriques. Afin d'optimiser ce diagramme de rayonnement, un calcul du nombre optimal d'éléments peut être effectué par logiciel. En général ce calcul aboutit à un résultat voisin de celui évoqué plus haut à savoir une distance entre éléments successifs au plus voisine de la moitié de la longueur d'onde dans l'air (Δ/λo, < 0,5). Le nombre d'éléments doit de plus tenir compte du réseau d'alimentation et des contraintes qui lui sont associées (diviseurs de puissance, etc...).This arrangement makes it possible to obtain a very omnidirectional radiation pattern, which is the objective in most telemetric applications. In order to optimize this radiation diagram, a calculation of the optimal number of elements can be performed by software. In general, this calculation leads to a result close to that mentioned above, namely a distance between successive elements at most close to half the wavelength in air (Δ / λ o , <0.5). The number of elements must also take into account the supply network and the constraints associated with it (power dividers, etc.).
Dans le cas présenté à la figure 11, sur un cylindre 100 de rayon égal à un mètre, à 2350 MHz, on répartit 96 éléments sur la structure, c'est-à-dire quatre réseaux 50 (notés 50A à 50D). Comme indiqué ci-dessus, il faut prévoir pour chaque réseau 50 trois étages diviseurs par deux et un étage diviseur par trois (24 = 23 x 3) pour alimenter les motifs élémentaires.In the case presented in FIG. 11, on a
Les étages diviseurs permettant de distribuer le signal aux quatre sous-réseaux sont de type coaxial. Les autres étages internes aux sous-réseaux sont de type micro-ruban, inclus dans l'alimentation coplanaire comme indiqué sur la figure 9.The dividing stages making it possible to distribute the signal to the four sub-networks are of the coaxial type. The other stages internal to the sub-networks are of the micro-ribbon type, included in the coplanar supply as shown in FIG. 9.
On notera sur la figure 9 que le diviseur par trois présente la particularité suivante : chacune des branches du diviseur présente la même longueur à λo près. En fait, la branche médiane présente une longueur quelconque l alors que les branches latérales ont une longueur L = l + λo où λo est la longueur d'onde dans l'air à la fréquence centrale de la bande utile (ici : 2350 MHz). Le caractère "équi-phase" de l'alimentation n'est plus rigoureusement respecté. On admet une erreur de +/- 12° sur la totalité de la bande utile.Note in Figure 9 that the divider by three has the following feature: each of the branches of the divider has the same length to within λ o . In fact, the middle branch has any length l while the lateral branches have a length L = l + λ o where λ o is the wavelength in air at the central frequency of the useful band (here: 2350 MHz). The "equi-phase" nature of food is no longer strictly respected. We admit an error of +/- 12 ° over the entire useful band.
Ce genre de considération est évidemment à prendre en compte au cas par cas en fonction du type d'application. Par exemple, pour un réseau similaire sur un cylindre de rayon égal à 650 mm, à la même fréquence, le nombre d'éléments à répartir serait égal à 64 et un réseau d'alimentation à 6 diviseurs par deux remplirait la mission demandée.This kind of consideration is obviously to be taken into account on a case by case basis depending on the type of application. For example, for a similar network on a cylinder of radius equal to 650 mm, at the same frequency, the number of elements to be distributed would be equal to 64 and a supply network with 6 dividers by two would fulfill the requested mission.
On retiendra donc que l'élément décrit se prête très bien à toute mise en réseau avec des contraintes classiques d'espacement entre les éléments rayonnants du réseau.It will therefore be noted that the element described lends itself very well to any networking with conventional spacing constraints between the radiating elements of the network.
Sur la figure 12 sont fournies les coupes Θ + 90° et Φ = 0° du diagramme de rayonnement de l'antenne cylindrique mesuré dans le repère de la figure 11.On figure 12 are provided the sections Θ + 90 ° and Φ = 0 ° of the radiation diagram of the cylindrical antenna measured in the reference of figure 11.
On observe que le diagramme de cette antenne-ceinture présente un caractère très omnidirectionnel. La répartition énergétique du rayonnement est très homogène, ce qui correspond tout à fait aux besoins associés aux liaisons télémétriques.We observe that the diagram of this antenna belt presents a very omnidirectional character. The energy distribution of the radiation is very homogeneous, which completely corresponds to the needs associated with telemetric links.
Les antennes présentées peuvent être utilisées :
- appliquées sur un plan,
- appliquées sur une forme cylindrique,
- applied on a plan,
- applied on a cylindrical shape,
Ce concept se prête particulièrement bien à l'application sur un mobile de par ses qualités :
- possibilité de travailler avec une seule couche de diélectrique Technologie de l'antenne très simple : élimination des risques de délamination de couches et des problèmes de collages et de tenue mécanique),
- faible épaisseur (conservation de caractéristiques aérodynamiques).
- possibility of working with a single layer of dielectric Very simple antenna technology: elimination of the risks of delamination of layers and problems of bonding and mechanical strength),
- thin (conservation of aerodynamic characteristics).
Claims (13)
- Elementary microstrip antenna (1) comprising a constant thickness dielectric substrate (2) having on one side a conductive metal layer (3) forming a ground plane and on its other side a radiating patch (4, 14, 24) electrically connected to a feed line (5), the patch (4, 14, 24) being formed by a conductive loop (6, 16, 26) of constant width l, the antenna being characterised in that this loop surrounds an inner parasitic patch (7, 17, 27) which is not energised and is separated from said inner parasitic patch by a closed continuous slot (8, 18, 28) of constant width e adapted to bring about coupling between the loop and the inner parasitic patch.
- Elementary antenna according to claim 1 characterised in that the ratio l/e is between 1/5 and 5/1, l or e being at least approximately between 0.001 and 0.1 times the ratio λo/
- Elementary antenna according to any one of claims 1 to 3 characterised in that inner parasitic patch (14) is circular and the conductive loop (16) and the slot (18) are concentric with it.
- Elementary antenna according to any one of claims 1 to 3 characterised in that the inner parasitic patch (24) is polygonal.
- Elementary antenna according to claim 6 characterised in that the inner parasitic patch is square.
- Elementary antenna according to any one of claims 1 to 8 characterised in that the feed line (5, 15, 25) is coplanar with said patch.
- Antenna (50) formed by an array in at least one direction of elementary antennas (14) according to claim 1 fed in series and/or in parallel.
- Antenna according to claim 10 characterised in that the elementary antennas are fed by a feed array which is at least in part coplanar with the patches.
- Antenna according to claim 10 or claim 11 characterised in that the elementary antennas are fed at the same phase and the same amplitude.
- Antenna according to any one of claims 10 to 12 characterised in that it is formed on a cylinder by a annular series of equi-distant elementary antennas disposed in a plane transverse to the cylinder.
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