EP1042845B1 - Antenne - Google Patents

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Publication number
EP1042845B1
EP1042845B1 EP99941706A EP99941706A EP1042845B1 EP 1042845 B1 EP1042845 B1 EP 1042845B1 EP 99941706 A EP99941706 A EP 99941706A EP 99941706 A EP99941706 A EP 99941706A EP 1042845 B1 EP1042845 B1 EP 1042845B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strip
antenna according
generator
ground plane
electrically conductive
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99941706A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1042845A1 (fr
Inventor
Bernard Jean-Yves Jecko
Françoise JECKO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Limoges
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to DK99941706T priority Critical patent/DK1042845T3/da
Publication of EP1042845A1 publication Critical patent/EP1042845A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1042845B1 publication Critical patent/EP1042845B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to the field of antennas.
  • an antenna of the aforementioned type comprising a single wire or ribbon connecting the two surfaces, which wire or ribbon is arranged to be traversed by a current at the frequency of work and to be coupled by inductive coupling to the wire or ribbon power supply connecting the generator to the first surface. It has been shown that this antenna generates, under certain conditions of arrangement of elements, a monopoly type of radiation, that is to say comprising a symmetrical lobe of revolution, with maximum radiation parallel to ground plane and zero radiation perpendicular to the antenna, linear polarization with electric field in a plane perpendicular to the antenna and cover almost hemispherical except in the axis.
  • EP-A-667 984 describes a variant of this antenna comprising several parallel wires or ribbons connecting the two surfaces. This provision makes it possible, in particular, to facilitate the adaptation of the antenna to the generator.
  • Antennas of the aforementioned type have already rendered great services.
  • the object of the present invention is to propose a new antenna that can take smaller dimensions compared to the working wavelength not only in the horizontal plane as the antennas described in documents FR-A-2 668 859 and EP-A-667 984, but also in the vertical direction where the height is very low of the order of ⁇ / 200.
  • At least the wire or ribbon connecting the generator / receiver and the first surface is also coplanar with aforementioned elements.
  • the first surface 12 can take any geometry. This geometry and the size of this surface 12 are however characteristic of the operation of the antenna.
  • the second surface 14 forming a ground plane surrounds partially or completely the first surface 12.
  • the ground plane 14 has the form of an open ring which almost completely surrounds the surface 12.
  • the opening 15 formed in the ground plane 14 serves as a passage for ribbon 16.
  • the ribbons 18 and 19 are preferably symmetrical with respect to the feeding tape 16, and for example parallel to this one.
  • the antenna according to the invention can include more than two ribbons 18, 19 to ensure the connection between surfaces 12 and 14.
  • Such an antenna can be obtained by different processes of manufacturing.
  • this antenna 10 can be cut in a conductive plane, preferably a metal plate, for example by etching the metallization of a single-sided printed circuit, or still by serigraphy on an electrically insulating support, deposit on a such an electrically insulating support, or production from a foil metallic geometry adapted.
  • Antennas according to the present invention can operate at all frequencies.
  • the dimensions of the antenna in the metal plane are of the order from ⁇ / 6 to ⁇ / 5 where ⁇ represents the working wavelength.
  • the thickness of the antenna is to her, extremely small. This thickness corresponds to the thickness of elements 12 to 19 and the support thereof.
  • the antenna is adapted to the impedance of the generator 20 (in general 50 ⁇ ) on the working frequency band to obtain a T.O.S. acceptable, preferably between 1.5 and 2.
  • FIG. 2 shows the equivalent diagram of this antenna.
  • This equivalent diagram comprises a cell comprising a capacitance Cfond, a Lfond self and a Resistance Rfond, connected between they in parallel and corresponding to the fundamental mode, another cell having a capacity Ctoit and a self Lmasse connected together in parallel and Lalim linkage inducing a serial link between two aforementioned cells, the self Lalim being coupled with the Limasse self by a mutual inductance M.
  • Lmasse represents the inductance related to the (x) ribbon (s) 18, 19.
  • Lalim represents the inductance related to the supply ribbon 16.
  • Mutual inductance M is the result of the interaction of ribbons 16, 18 and 19 between them.
  • This resonance peak of the input impedance of the antenna is the consequence of the capacitive effect of the two plates 12 and 14 and the effects of inductive and mutual induction of the ribbons 16, 18 and 19. Those skilled in the art will evaluate these elements by approximating the quasi-static state.
  • the operating band of the antenna is around cancellation frequencies of the imaginary part X (f) of the input impedance and corresponds to a real part R (f) around that of the generator 20.
  • a dielectric substrate can be added on and / or under the metal plane defined by elements 12 to 19, to solidify the structure, to reduce the dimensions of the antenna by compared to the operating wavelength, to generate a radiation in the dielectric, etc.
  • a proximity reflector may be associated with the antenna to conform the radiation, for example to focus the radiation in a desired direction.
  • the antenna 10 illustrated in this FIG. 4 is formed by cutting into a metal sheet with a thickness of 0.4 mm.
  • It comprises a roof 12 with a square geometry of 25 mm ⁇ 25 mm, be of the order of ⁇ / 12 ⁇ ⁇ / 12.
  • the ground plane 14 is formed of a ribbon with a width of 6 mm, is of the order of ⁇ / 50, and square geometry that surrounds almost totally the roof 12.
  • ground plane 14 is formed of four straight sections of ribbon, perpendicular and parallel to each other in pairs, possessing typically each an outer length of 65 mm, being of the order of ⁇ / 5, and a width of 6 mm, ie of the order of ⁇ / 50.
  • the roof 12 is preferably centered on the ground plane 14 and has its sides parallel to the sections of the ribbon forming this ground plane 14.
  • the distance separating the inner edge of the ground plane 14 and the outer edge roof 12 is of the order of 14 mm.
  • One of the aforementioned sections forming the ground plane 14 has a transverse cut 15 with a width of the order of 5 to 8 mm.
  • This cutout 15 is preferably formed at about 37 mm from a end of this stretch and about 23 mm from the other end of the same stretch of ground plane.
  • This mass tape 18 thus extends perpendicular to section 14 and at the edge of roof 12.
  • This ribbon mass 18 is preferably connected to the longest element of the ribbon 14 having the cutout 15 and is preferably connected to the roof at a distance of about 4 mm from one of the angles thereof.
  • the supply ribbon 16 is formed of a rectilinear ribbon, centered on the cutout 15, of a width of the order 3 mm and which is connected perpendicularly to one side of the roof 12, preferably at a distance an angle thereof of the order of 4 mm.
  • the section of the ribbon 14 having the cutout 15 is provided with a connector 30 whose shielding external connection is electrically connected to the grounding strip 14 and whose strand is central conductor is connected by any suitable means to the end outer ribbon 16.
  • FIG. 5 represents the real part R (f) of the input impedance of the antenna 10 illustrated in FIG. 4, in ⁇ , as a function of the frequency.
  • Figure 6 shows the imaginary part X (f) of the impedance of the same antenna 10 illustrated in FIG. 4, in ⁇ , in function of the frequency.
  • FIG. 7 shows the reflection coefficient
  • FIGS. 5 to 7 there is illustrated in solid lines the theoretical curves and in broken lines the actual curves measured on an antenna according to Figure 4.
  • antenna plus plane of mass illustrated in Figure 4 are of the order of ⁇ / 6 to ⁇ / 5 where ⁇ is the working wavelength.
  • the intrinsic gain at the frequency of 1.06 GHz shown in the figures 8 to 10 reflects an almost omnidirectional radiation in the plane orthogonal to ribbons 18, 19, in accordance with the radiation principle of the dipole.
  • antennas planar There are a large number of known antennas, including antennas planar.
  • the present invention enables the realization antennas at very low cost, with great ease of realization.
  • the present invention can find application in a large number domains.
  • the antennas for automobiles antennas for wireless links, millimeter antennas for sectorial distribution, sources of "lentils” antennas and “Dishes”, antennas for wireless telephony, etc.
  • the present invention is not limited to the mode of particular embodiment which has just been described.
  • strips 16, 17 connecting the generator / receiver 20 and respectively the first surface 12 and the second surface 14 are coplanaries of the latter.
  • the schematic embodiment on FIG. 4 only the ribbon 16 connecting the generator / receiver 20 and the first surface 12 is coplanar with the surfaces 12 and 14, the connection between the generator / receiver 20 and the second surface 14 being ensured directly via the mass of a coaxial plug.
  • the surface 12 forming a roof can be split into several coplanar elements, or even be perforated, as indicated in EP-A-667984.

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

La présente invention concerne le domaine des antennes.
Plus précisément encore la présente invention concerne le domaine des antennes fonctionnant sur un mode particulier comprenant :
  • une première surface électriquement conductrice, généralement dénommée « toit capacitif »
  • une deuxième surface électriquement conductrice formant plan de masse, parallèle à la première,
  • un premier fil ou ruban d'alimentation électriquement conducteur qui relie une première borne d'un générateur/récepteur à la première surface et un deuxième fil ou ruban d'alimentation qui relie une seconde borne du générateur/récepteur à la seconde surface, et
  • au moins un fil ou ruban électriquement conducteur qui relie les deux surfaces précitées.
De exemples de telles antennes sont décrits par exemple dans les documents FR-A-2 668 859 et EP-A-667 984.
On a ainsi décrit dans le document FR-A-2 668 859 une antenne du type précité comprenant un seul fil ou ruban reliant les deux surfaces, lequel fil ou ruban est disposé pour être parcouru par un courant à la fréquence de travail et pour être couplé par couplage inductif au fil ou ruban d'alimentation reliant le générateur à la première surface. Il a été montré que cette antenne génère, sous certaines conditions d'agencement des éléments, un rayonnement de type monopole, c'est a dire comprenant un lobe à symétrie de révolution, avec rayonnement maximal parallèlement au plan de masse et rayonnement nul perpendiculairement à l'antenne, polarisation linéaire avec champ électrique dans un plan perpendiculaire à l'antenne et couverture presque hémisphérique sauf dans l'axe.
Le document EP-A-667 984 décrit une variante de cette antenne comprenant plusieurs fils ou rubans parallèles reliant les deux surfaces. Cette disposition permet notamment de faciliter l'adaptation de l'antenne sur le générateur.
Les antennes du type précité ont déjà rendu de grands services.
Le but de la présente invention est cependant de proposer une nouvelle antenne pouvant prendre des dimensions réduites par rapport à la longueur d'onde de travail non seulement dans le plan horizontal comme les antennes décrites dans les documents FR-A-2 668 859 et EP-A-667 984, mais également dans la direction verticale où la hauteur est très faible de l'ordre de λ/200.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à une antenne du type précité, caractérisée par le fait que les deux surfaces et le ou les fil(s) ou ruban(s) de liaison entre celles-ci sont tous coplanaires.
Le cas échéant au moins le fil ou ruban assurant la liaison entre le générateur/récepteur et la première surface est également coplanaire des éléments précités.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaítront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, et sur lesquels
  • la figure 1 représente schématiquement la structure générale d'une antenne conforme à la présente invention,
  • la figure 2 représente le schéma équivalent de cette antenne,
  • la figure 3 représente la réponse de cette antenne en fonction de la fréquence et situe le point de fonctionnement,
  • la figure 4 représente un mode de réalisation particulier de la présente invention,
  • la figure 5 représente l'évolution de la partie réelle de l'impédance d'entrée, en fonction de la fréquence, relevée sur une antenne conforme au mode de réalisation illustré sur la figure 4,
  • la figure 6 représente l'évolution de la partie imaginaire de l'impédance d'entrée, en fonction de la fréquence, relevée sur une antenne conforme au mode de réalisation illustré sur la figure 4,
  • la figure 7 représente l'évolution du coefficient de réflexion qui en résulte, en fonction de la fréquence, pour une antenne conforme au mode de réalisation illustré sur la figure 4, (on notera que sur les figures 5, 6 et 7, les valeurs théoriques sont illustrées en traits pleins, tandis que les valeurs mesurées sont illustrées en traits interrompus), et
  • les figures 8, 9 et 10 représentent le gain intrinsèque de l'antenne en dB selon différents plans.
On aperçoit sur la figure 1 annexée, l'architecture générale d'une antenne 10 conforme à la présente invention, comprenant :
  • une première surface 12 électriquement conductrice, généralement dénommée « toit capacitif »
  • une deuxième surface 14 électriquement conductrice formant plan de masse, parallèle à la première,
  • un premier fil ou ruban d'alimentation 16 électriquement conducteur qui relie une première borne d'un générateur/récepteur 20 à la première surface 12 et un deuxième fil ou ruban d'alimentation 17 qui relie une seconde borne du générateur/récepteur 20 à la seconde surface 14, et
  • au moins deux fils ou rubans électriquement conducteurs 18, 19 qui relient les deux surfaces précitées 12 et 14,
les deux surfaces 12, 14 et les fils ou rubans de liaison 16, 17, 18 et 19 assurant la liaison entre ces surfaces 12, 14 et le générateur/récepteur 20 d'une part et entre ces surfaces 12, 14 d'autre part, étant tous coplanaires selon la caractéristique essentielle de la présente invention.
La première surface 12 peut prendre une géométrie quelconque. Cette géométrie et la grandeur de cette surface 12 sont cependant caractéristique du fonctionnement de l'antenne.
La deuxième surface 14 formant plan de masse, entoure partiellement ou complètement la première surface 12. Selon la représentation schématique donnée sur la figure 1, le plan de masse 14 a la forme d'un anneau ouvert qui entoure quasi totalement la surface 12. L'ouverture 15 ménagée dans le plan de masse 14 sert de passage au ruban 16.
Selon la représentation donnée sur la figure 1 annexée, il est prévu deux rubans 18 et 19 reliant entre elles les surfaces 12 et 14. Comme indiqué dans le document EP-A-667 984 dans ce cas les rubans 18 et 19 sont de préférence symétriques par rapport au ruban d'alimentation 16, et par exemple parallèles à celui-ci.
En variante cependant on peut prévoir un seul ruban pour assurer la liaison entre les surfaces 12 et 14. On décrira un mode de réalisation comprenant ainsi un seul ruban d'alimentation pour relier entre elles les surfaces 12 et 14, en regard de la figure 4.
Selon encore d'autres variantes, l'antenne conforme à l'invention peut comprendre plus de deux rubans 18, 19 pour assurer la liaison entre les surfaces 12 et 14.
Une telle antenne peut être obtenue par différents processus de fabrication.
A titre d'exemples non limitatifs, cette antenne 10 peut être découpée dans un plan conducteur, une plaque métallique de préférence, par exemple par gravure de la métallisation d'un circuit imprimé simple face, ou encore par sérigraphie sur un support électriquement isolant, dépôt sur un tel support électriquement isolant, ou réalisation à partir d'un clinquant métallique de géométrie adaptée.
Les antennes conformes à la présente invention peuvent fonctionner à toutes les fréquences.
Les dimensions de l'antenne dans le plan métallique sont de l'ordre de λ/6 à λ/5 où λ représente la longueur d'onde de travail.
L'homme de l'art comprendra que l'épaisseur de l'antenne est quant à elle, extrêmement petite. Cette épaisseur correspond à l'épaisseur des éléments 12 à 19 et du support de ceux-ci.
L'antenne est adaptée à l'impédance du générateur 20 (en général de 50 Ω) sur la bande de fréquence de travail pour obtenir un T.O.S. acceptable, de préférence compris entre 1,5 et 2.
On a illustré sur la figure 2 le schéma équivalent de cette antenne.
Ce schéma équivalent comprend une cellule comportant une capacité Cfond, une self Lfond et une résistance Rfond, connectées entre elles en parallèle et correspondant au mode fondamental, une autre cellule comportant une capacité Ctoit et une self Lmasse connectées entre elles en parallèle et une self de liaison Lalim assurant une liaison série entre les deux cellules précitées, la self Lalim étant couplée avec la self Limasse par une mutuelle inductance M.
Ctoit représente la capacité entre les deux surfaces 12 et 14 mesurable en régime statique.
Lmasse représente l'inductance liée au(x) ruban(s) 18, 19.
Lalim représente l'inductance liée au ruban d'alimentation 16.
La mutuelle inductance M est le résultat de l'interaction des rubans 16, 18 et 19 entre eux.
La courbe de réponse de cette antenne modélisée, en fonction de la fréquence, partie réelle R(f) et partie imaginaire X(f), est illustrée sur la figure 3.
On a référencé sur cette figure 3, d'une part l'évolution de la réponse sur le mode fondamental et d'autre part l'évolution de la réponse au niveau de la résonance parallèle liée au principe de fonctionnement original de telles antennes. Cette dernière se traduit par un pic de résonance pour la partie réelle R(f) et par une oscillation pour la partie imaginaire X(f).
Ce pic de résonance de l'impédance d'entrée de l'antenne est la conséquence de l'effet capacitif des deux plaques 12 et 14 et des effets d'induction selfique et mutuelle des rubans 16, 18 et 19. L'homme de l'art saura évaluer ces éléments en faisant l'approximation de l'état quasi-statique.
La bande de fonctionnement de l'antenne se situe autour des fréquences d'annulation de la partie imaginaire X(f) de l'impédance d'entrée et correspond à une partie réelle R(f) autour de celle du générateur 20.
L'essentiel du rayonnement émis par l'antenne provient du ou des ruban(s) 18, 19 et correspond à un rayonnement de type dipolaire quasi omnidirectionnel dans le plan perpendiculaire aux rubans et dont la polarisation dans ce plan est parallèle aux rubans. C'est le rayonnement classique d'un dipôle électrique dans un plan qui lui est perpendiculaire. Ce dipôle serait parallèle aux fils 16 et 18.
Comme on l'a suggéré précédemment un substrat diélectrique peut être ajouté sur et/ou sous le plan métallique défini par les éléments 12 à 19, pour solidifier la structure, pour diminuer les dimensions de l'antenne par rapport à la longueur d'onde de fonctionnement, pour générer un rayonnement dans le diélectrique, etc...
Par ailleurs un réflecteur de proximité peut être associé à l'antenne pour conformer le rayonnement, par exemple pour concentrer le rayonnement dans une direction voulue.
On va maintenant décrire le mode de réalisation particulier illustré sur la figure 4.
L'antenne 10 illustrée sur cette figure 4 est formée par découpe dans une feuille métallique d'une épaisseur de 0,4 mm.
Elle comprend un toit 12 de géométrie carrée de 25 mm x 25 mm, soit de l'ordre de λ/12 x λ/12.
Le plan de masse 14 est formé d'un ruban d'une largeur de 6 mm, soit de l'ordre de λ/50, et de géométrie carrée qui entoure quasi totalement le toit 12.
Ainsi le plan de masse 14 est formé de quatre tronçons rectilignes de ruban, perpendiculaires et parallèles entre eux deux à deux, possèdant typiquement chacun une longueur extérieure de 65 mm, soit de l'ordre de λ/5, et une largeur de 6 mm, soit de l'ordre de λ/50.
Le toit 12 est de préférence centré sur le plan de masse 14 et a ses côtés parallèles aux tronçons du ruban formant ce plan de masse 14. Ainsi la distance séparant le bord interne du plan de masse 14 et le bord externe du toit 12, est de l'ordre de 14 mm.
L'un des tronçons précités formant le plan de masse 14 possède une découpe transversale 15 d'une largeur de l'ordre de 5 à 8 mm.
Cette découpe 15 est formée de préférence à environ 37 mm d'une extrémité de ce tronçon et environ 23 mm de l'autre extrémité du même tronçon de plan de masse.
Un ruban de masse rectiligne 18 d'une largeur de 8mm et d'une longueur de l'ordre de 14 mm relie le bord interne du tronçon 14 possédant la découpe 15 et le toit 12. Ce ruban de masse 18 s'étend ainsi perpendiculairement au tronçon 14 et au bord du toit 12. Ce ruban de masse 18 se raccorde de préférence sur le plus long élément du ruban 14 possédant la découpe 15 et se raccorde de préférence sur le toit à une distance de l'ordre de 4 mm de l'un des angles de celui-ci.
Le ruban d'alimentation 16 est formé d'un ruban rectiligne, centré sur la découpe 15, d'une largeur de l'ordre 3 mm et qui se raccorde perpendiculairement sur un côté du toit 12, de préférence à une distance d'un angle de celui-ci de l'ordre de 4 mm.
On voit sur la figure 4 que le tronçon de ruban de masse 14 possédant la découpe 15 est muni d'un connecteur 30 dont le blindage externe est raccordé électriquement au ruban de masse 14 et dont le brin conducteur central est raccordé par tout moyen approprié à l'extrémité extérieure du ruban d'alimentation 16.
La figure 5 représente la partie réelle R(f) de l'impédance d'entrée de l'antenne 10 illustrée sur la figure 4, en Ω, en fonction de la fréquence.
La figure 6 représente la partie imaginaire X(f) de l'impédance d'entrée de la même antenne 10 illustrée sur la figure 4, en Ω, en fonction de la fréquence.
Et la figure 7 représente le coefficient de réflexion |S11| en résultant.
Plus précisément sur les figures 5 à 7 on a illustré en traits continus les courbes théoriques et en traits interrompus les courbes réelles mesurées sur une antenne conforme à la figure 4.
Le coefficient de réflexion |S11| théorique est minimal (- 28 dB) à 1,057 GHz et le coefficient de réflexion |S11| réel mesuré est minimal (- 21,3 dB) à 1,07 GHz.
Les dimensions hors tout du dispositif 10: antenne plus plan de masse, illustrée sur la figure 4, sont de l'ordre de λ/6 à λ/5 où λ est la longueur d'onde de travail.
Le gain intrinsèque à la fréquence de 1,06 GHz illustré sur les figures 8 à 10 traduit un rayonnement quasi omnidirectionnel dans le plan orthogonal aux rubans 18, 19, conformément au principe de rayonnement du dipôle.
La figure 8 représente le gain en fonction de l'angle  entre la direction d'observation et une perpendiculaire au plan métallique, dans le plan du ruban 16 (soit ϕ = 0°).
La figure 9 représente le gain en fonction de l'angle  entre la direction d'observation et une perpendiculaire au plan métallique, dans un plan perpendiculaire au ruban 16 (soit ϕ = 90°).
La figure 10 représente le gain dans le plan de l'antenne ( = 90°) en fonction de l'azimuth ϕ d'observation dans ce plan.
Il existe un grand nombre d'antennes connues, y compris d'antennes planaires.
A titre d'exemples non limitatifs on peut citer :
  • 1) les structures résonantes planaires type « microrubans » composées d'éléments empilés avec au moins deux niveaux de métallisation par exemple un plan de masse, un substrat diélectrique qui peut être de l'air et un élément rayonnant métallique; appartiennent à cette famille par exemple
    • les antennes « patch » rayonnantes basées sur le principe des cavités résonantes à fuites générant des bandes de fonctionnement étroites (dont la dimension est au moins de l'ordre de λg/2, λg représentant la longueur d'onde dans le diélectrique) et
    • les antennes « fil-plaque » microruban, telles que décrites dans le document EP-A-667 984 de même structure que les antennes patch précédentes mais qui travaillent sur un principe différent et qui permettent une adaptation à des fréquences voisines de λ/8, et
  • 2) les structures « planaires » qui ne comportent qu'un élément plan métallique qui constitue l'antenne, associé généralement à un substrat diélectrique pour rigidifier l'ensemble: ces antennes ne nécessitent à priori pas de plan de masse, mais sont la plupart du temps disposées parallèlement à un tel plan pour permettre une alimentation correcte.
    • Appartiennent à cette seconde famille par exemple :
    • les dipôles électriques et magnétiques résonants dans leur version imprimée sur substrat , qui ne diffèrent des antennes « patch » que par le mode de résonance qui est celui d'une plaque métallique et non d'une cavité,
    • les antennes à fentes résonantes, et
    • les structures planaires à ondes progressives constituées de tronçons de lignes microruban ou coplanaires adaptées aux extrémités, la caractéristique principale de ces antennes est leur grande dimension par rapport à la longueur d'onde pour obtenir un bon rendement.
    Ainsi les inventeurs ne connaissent pas d'antenne existante répondant à la structure conforme à la présente invention précédemment définie et présentant notamment les avantages suivants :
    • dimension d'antenne petite par rapport à la longueur d'onde, soit de l'ordre de λ/6 à λ/5, plan de masse compris,
    • antenne planaire et ne possédant qu'une très faible épaisseur,
    • large bande de fréquences par rapport aux antennes résonantes classiques,
    • rayonnement dipolaire dans l'espace,
    • association facile de plans de masse et de substrats.
    On notera également que la présente invention permet la réalisation d'antennes à très faible coût, avec une grande facilité de réalisation.
    La présente invention peut trouver application dans un grand nombre de domaines. On citera à titre d'exemples non limitatifs les antennes pour automobiles, les antennes pour liaison sans fil, les antennes millimétriques pour distribution sectorielle, les sources d'antennes « lentilles » et « paraboles », les antennes pour téléphonie sans fils, etc...
    Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit. Avantageusement, pour certaines applications où le rayonnement est souhaité directif dans le plan ϕ = 0 et non plus omnidirectionnel, on peut adjoindre à l'antenne un plan réflecteur qui lui est parallèle et situé à une distance de l'ordre de λ/20.
    Selon le mode de réalisation schématisé sur la figure 1, les deux rubans 16, 17 assurant la liaison entre le générateur/récepteur 20 et respectivement la première surface 12 et la deuxième surface 14, sont coplanaires de ces dernières. Selon le mode de réalisation schématisé sur la figure 4, seul le ruban 16 assurant la liaison entre le générateur/récepteur 20 et la première surface 12 est coplanaire des surfaces 12 et 14, la liaison entre le générateur/récepteur 20 et la deuxième surface 14 étant assurée directement par l'intermédiaire de la masse d'une prise coaxiale. En variante cependant, on peut envisager que ni le ruban 16, ni le ruban 17 ne soit coplanaire des surfaces 12 et 14. Pour cela, on peut par exemple prévoir une alimentation desdites surfaces 12, 14, par le dessus.
    Selon encore une autre variante, la surface 12 formant toit peut être scindée en plusieurs éléments coplanaires, ou même être ajourée, comme indiqué dans le document EP-A-667984.

    Claims (15)

    1. Antenne du type comprenant:
      une première surface (12) électriquement conductrice,
      une deuxième surface (14) électriquement conductrice formant plan de masse, parallèle à la première,
      un premier fil ou ruban d'alimentation électriquement conducteur (16) qui relie une première borne d'un générateur/récepteur (20) à la première surface (12) et un deuxième fil ou ruban d'alimentation (17) qui relie une seconde borne du générateur/récepteur (20) à la deuxième surface (14), et
      au moins un fil ou ruban électriquement conducteur (18, 19) qui relie les deux surfaces précitées (12, 14),
      caractérisée par le fait que les deux surfaces (12, 14) et le ou les fil(s) ou ruban(s) (18, 19) de liaison entre celles-ci sont tous coplanaires.
    2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'au moins le fil ou ruban (16) assurant la liaison entre le générateur/récepteur (20) et la première surface (12) est également coplanaire des surfaces (12, 14).
    3. Antenne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que le fil ou ruban (17) assurant la liaison entre le générateur/récepteur (20) et la deuxième surface (14) est également coplanaire des surfaces (12, 14).
    4. Antenne selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisée par le fait que la deuxième surface (14) formant plan de masse, entoure au moins partiellement la première surface (12).
    5. Antenne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la deuxième surface formant plan de masse (14) a la forme d'un anneau ouvert qui entoure quasi totalement la première surface (12).
    6. Antenne selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que l'ouverture (15) ménagée dans le plan de masse (14) sert de passage au fil ou ruban (16) assurant la liaison entre le générateur/récepteur (20) et la première surface (12).
    7. Antenne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins deux fils ou rubans (18, 19) reliant entre elles les première et deuxième surfaces (12, 14).
    8. Antenne selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée par découpe dans un plan conducteur, une plaque métallique de préférence, par exemple par gravure de la métallisation d'un circuit imprimé simple face, ou encore par sérigraphie sur un support électriquement isolant, dépôt sur un tel support électriquement isolant, ou réalisation à partir d'un clinquant métallique de géométrie adaptée.
    9. Antenne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que ses dimensions dans le plan des surfaces (12, 14) sont de l'ordre de λ/6 à λ/5 où λ représente la longueur d'onde de travail.
    10. Antenne selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait qu'elle comprend un substrat diélectrique sur et/ou sous le plan des première et deuxième surfaces (12, 14).
    11. Antenne selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un réflecteur de proximité associé pour conformer le rayonnement, par exemple pour concentrer le rayonnement dans une direction voulue.
    12. Antenne selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée par le fait qu'elle comprend une première surface (12) de géométrie carrée et un plan de masse (14) formé de quatre tronçons rectilignes de ruban, perpendiculaires et parallèles entre eux deux à deux, qui entoure quasi totalement la première surface (12), l'un des tronçons précités formant le plan de masse (14) possédant une découpe transversale (15) pour le passage d'un ruban (16) assurant la liaison entre le générateur/récepteur (20) et la première surface (12).
    13. Antenne selon la revendication 12, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un ruban de masse rectiligne (18) qui relie le bord interne du tronçon (14) possédant la découpe (15) et la première surface (12) et s'étend perpendiculairement aux bords de ceux-ci.
    14. Antenne selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisée par le fait qu'elle comprend une première surface (12) de géométrie carrée dont les côtés ont une longueur de l'ordre de λ/12 et un plan de masse (14) formé de quatre tronçons rectilignes de ruban, perpendiculaires et parallèles entre eux deux à deux, d'une longueur de l'ordre de λ/5 et d'une largeur de l'ordre de λ/50, qui entoure quasi totalement la première surface (12).
    15. Antenne selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée par le fait qu'elle comprend un connecteur (30) dont le blindage externe est raccordé électriquement au plan de masse (14) et dont le brin conducteur central est raccordé au ruban (16) assurant la liaison entre le générateur/récepteur (20) et la première surface (12).
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