EP1430566B1 - Antenne a large bande ou multi-bandes - Google Patents

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EP1430566B1
EP1430566B1 EP02781378.1A EP02781378A EP1430566B1 EP 1430566 B1 EP1430566 B1 EP 1430566B1 EP 02781378 A EP02781378 A EP 02781378A EP 1430566 B1 EP1430566 B1 EP 1430566B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reflector
plane
defective
pfb
constituting
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02781378.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1430566A1 (fr
Inventor
Bernard Jean Yves Jecko
Cyril Cheype
Cédric SERIER
Marc Thevenot
Thierry Monediere
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
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1430566A1 publication Critical patent/EP1430566A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1430566B1 publication Critical patent/EP1430566B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • 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
    • H01Q19/06—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 using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/062—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 using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements

Definitions

  • Broadband or multi-band antenna Broadband or multi-band antenna.
  • the invention relates to a broadband or multi-band antenna for microwaves, implemented from photonic bandgap materials, referred to as BIP materials.
  • Antennas of this type essentially comprise a reflector plane, a power supply or radiating element in transmission / reception, placed in the vicinity of the reflector plane, and an assembly of at least two dielectric materials superimposed on the reflective plane and the transmit / receive power socket.
  • the dielectric materials used are differentiated by their permittivity or their permeability, the assembly thus formed constituting a BIP material.
  • a BIP material is a material which has the property of filtering (absorbing) certain frequency ranges, that is to say of prohibiting any transmission in the above-mentioned frequency ranges.
  • the material is, in these conditions, qualified BIP material, Photonic Forbidden Band.
  • the BIP material is generally constituted, as represented in figure 1b , a periodic arrangement of dielectrics of permittivity and / or variable permeability.
  • a break in this geometric and / or radio frequency periodicity a break that is also called a defect, obtained by deleting a "central" element, makes it possible to generate an absorption fault and therefore the creation of a band of transmission in the forbidden band of the BIP material.
  • the BIP material is, under these conditions, designated BIP material failing.
  • Such a type of antenna gives satisfaction.
  • the bandwidth allowed by such an antenna type is relatively narrow and does not exceed 4 to 5% of the center frequency, for a 6dB attenuation.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks and limitations of antennas BIP material in the absence of the prior art.
  • an object of the present invention is the implementation of a broadband antenna, of the default BIP material type, having a substantially improved bandwidth or divided into multiple bandwidths.
  • Another object of the present invention is, furthermore, the implementation of a broadband antenna, having a simple structure, in the absence of addition of dispersive or absorbent element by breaking the regularity or by making the more complex implementation.
  • the broadband antenna, object of the present invention is remarkable in that it comprises at least one plane, reflector component, and at least one transmission / reception power supply placed in the vicinity of the reflector component plane.
  • an assembly of defective BIP material elements disposed substantially superimposed on the reflective component plane and the power outlet is provided.
  • Each defective BIP material element forming the assembly is substantially plane and parallel to the reflector component plane and at least one of the dielectric permittivity, magnetic permeability and / or thickness characteristics in the direction perpendicular to the reflector component plane of the reflector. these elements is substantially different from one defective BIP material element to another, so that the assembly formed by the reflector component plane and the assembly of defective BIP material elements forms a resonant leak cavity.
  • the broadband antenna object of the present invention, finds application, in particular, in the realization of microwave antennas used in the field of mobile radio, optical telecommunications in the field of the visible or invisible spectrum.
  • the broadband antenna object of the present invention comprises at least one plane constituting a reflector, denoted R, this plane being able to be constituted by a metal plate for example.
  • the radiating element ER may be constituted by a radiating dipole, a radiating slot, a probe or a radiating patch, for example. While in the embodiment as shown in figure 2a a single radiating element ER is shown, it is indicated that the broadband antenna object of the present invention may comprise a plurality of radiating elements ER not shown in the drawing.
  • the broadband antenna or multi-band object of the invention comprises, disposed in superposition on the plane constituting the reflector R and this or these radiating elements ER, an assembly of BIP material elements to default.
  • assembly of BIP material elements at fault is meant a plurality of elements constituted by blades or structures of dielectric material for example, denoted LD, these elements, forming groups or patterns, being stacked in the direction perpendicular to the plane reflector R and each separated by another dielectric material, for example, by an air knife, alumina or the like.
  • Each blade of dielectric material LD is substantially flat, and each element of BIP material at fault is parallel to the plane constituting the reflector R.
  • at least one of the characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and / or thickness, denoted e, in the direction perpendicular to the plane constituting the reflector R is substantially different, from a BIP material element to a defect at the other.
  • each blade of dielectric material LD may have a dielectric permittivity value, a magnetic permeability value or a different thickness e, from one element of BIP material to the other, under the conditions which will be explained below. in the description.
  • the figure 2b represents a sectional view along the section plane P of the figure 2a of the broadband antenna, object of the invention, shown in the aforementioned figure.
  • the wavelength of the guided radio signal is designated by ⁇ ' g when the propagation medium is constituted by the material, such as a dielectric material, of each of the blades LD respectively by ⁇ g the length of the wave of the radio signal guided by the intervals separating the LD blades and the BIP material elements in default, that is to say in a non-limiting embodiment by the air or alumina blades separating the LD blades represented in figure 2a and in figure 2b .
  • the notation ⁇ g also denotes the wavelength of the guided radio signal propagating between the reflector plane R and the first blade of dielectric material LD placed vis-à-vis the latter.
  • the reflective plane R is at the 0 dimension in the Oz direction, the LD blades being superimposed successively in the aforementioned direction and the cutting plane P is parallel to the Ox, Oz plane.
  • the Oy direction is orthogonal to the aforementioned Ox plane, Oz.
  • a particular nonlimiting embodiment of the broadband antenna object of the present invention will now be described in connection with the figure 2b in a particularly simple and simplified case where the assembly of BIP material elements to default and the blades of LD material are constituted by blades of the same dielectric material for example, which, under these conditions, have dielectric permittivity characteristics respectively substantially identical magnetic permeability of a blade of dielectric material to another and a member of BIP material to default to the other.
  • each blade of dielectric material LD advantageously has a thickness constituting a non-decreasing function by discrete values of the distance of the dielectric material strip considered in the plane constituting the reflector R.
  • each dielectric material blade forming the assembly is spaced from a neighboring dielectric blade of the same distance equal to ⁇ g / 4 where ⁇ g denotes the guided wavelength associated with the material separating each blade of dielectric material LD.
  • ⁇ g denotes the guided wavelength associated with the air or alumina separating each blade of dielectric material LD.
  • the first blade of dielectric material LD facing the plane constituting the reflector R and close to this plane is placed at a distance of the latter equal to ⁇ g / 2, ⁇ g similarly designating the length of Guided wave associated with the material separating the first layer of dielectric material LD from the reflector component plane R.
  • ⁇ g thus denotes the guided wavelength of the radio signal when the latter is propagated in the air or alumina in the non-limiting example of implementation corresponding to the Figure 2a or 2b .
  • a plurality of successive dielectric material blades LD have the same thickness, this thickness being substantially equal to a fraction of the guided wavelength associated with this dielectric material to form a group of successive blades of dielectric material.
  • the resonant cavity thus appears to be constituted by a plurality of groups of successive dielectric material blades, each formed by a BIP material element, the different groups being mutually coupled by their defect zone to form the resulting leak-resonant cavity.
  • ⁇ ' g denotes the wavelength of the guided radio signal propagating in each blade of dielectric material LD.
  • the thickness e i of the sheets of dielectric material LD constituting each group G i of sheets of dielectric material is in geometrical progression of ratio q in the direction of superposition of the groups G i successive.
  • the number of superposed groupings is equal to 2, so as not to overload the drawing, and the reason for the geometric progression is also taken equal to 2.
  • the assembly of the BIP material elements in default can be formed by a periodic repetitive structure of the characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and thickness of the blades of material in one, two or three directions, a perpendicular direction and one or two directions parallel to the plane constituting the reflector, as will be described hereinafter in the description.
  • the superposition of the groups G i constitutes a repetition of patterns of magnetic permeability characteristics, dielectric permittivity and thickness e i different, this repetition can be periodic.
  • the structure of the broadband or multiband antenna according to the subject of the present invention is implemented from the preliminary remark that the amplitude of the electric field in the vicinity of the plane constituting the reflector R is substantially zero because of the principle of metallic reflection of the electric fields in the vicinity of the surface of a metal reflector .
  • the structure of the broadband or multi-band antenna is obtained by removing the plane constituting the reflector R and replacing the latter by another assembly of BIP material elements symmetrically absent, the blades of dielectric material constituting the other assembly of BIP material elements symmetrical defect, because of the aforementioned symmetry, being denoted LD s on the figure 3a .
  • the symmetry is, of course, with respect to the radiating element ER or with respect to all the radiating elements ER in transmission / reception and with respect to the median plane materializing the location of the suppressed reflective constituent plane R.
  • the groups of the other assembly of blades of dielectric material LD s are designated G 1s , respectively G 2s with reference to the figure 2b .
  • the figure 3b represents a diagram of the transmission coefficients expressed in dB as a function of the frequency for a broadband antenna according to the object of the present invention as represented in FIG. Figure 2a, 2b or 3a , curve B, in comparison with an antenna of the prior art as described in the French patent application previously mentioned in the description, curve A.
  • the bandwidth when the broadband antenna structure conforms to the of the present invention is implemented, is at least twice as large as the bandwidth corresponding to the same frequency and for an attenuation value of 6dB, when a conventional type of antenna structure is put in place. implemented.
  • the figure 4 finally shows the waveforms obtained during the implementation of a broadband antenna according to the subject of the present invention for example in the case of the figure 3a the aforesaid waveforms being represented by the magnitude of the electric field
  • the broadband or multiband antenna structure described in accordance with the subject of the present invention in the present description is not limited to the embodiment described in connection with the Figures 2a, 2b and 3a for example. Indeed, while these structures have a single pattern repetition direction, as shown in FIG. figures 2b or 3a for example, in the direction Oz, it is of course possible to provide two repetition directions and even three repetition directions in the directions Oy and Ox of the reference mark represented in FIG. figure 2b , 3a and 4 for example.
  • the default BIP material elements constituting the superimposed groups or patterns may comprise blades or metal elements or magnetic material for example.
  • the orthonormal reference is designated Oxyz, Ozxy, Oyzx to take account of the realization of repetitive patterns in one, in two or in three directions.
  • the assembly of BIP material elements to default is configured to have a group repetition structure G i whose permeability characteristics magnetic, magnetic permittivity and / or thickness are substantially discontinuous.
  • G i whose permeability characteristics magnetic, magnetic permittivity and / or thickness are substantially discontinuous.
  • the antenna structure according to the subject of the present invention makes it possible to implement an antenna array.
  • the antenna array obtained comprises an antenna according to the subject of the invention as described above in the description in which a plurality of transmission / reception elements ER j; k are distributed periodically in the vicinity of the reflector plane R Radiant elements ER j; k may be identical.
  • the size of the network and the number J, K of radiating elements in the two distribution directions of the latter are chosen according to the application or use of the network.
  • Such networks are applicable to point-to-point and point-to-point telecommunications.
  • a new broadband or multi-band antenna structure has thus been described, which has particularly interesting properties in terms of bandwidth while retaining the radiation and bulk properties of the antenna structure of the art. previous, as mentioned above.
  • the broadband or multi-band antenna structure of the present invention forms a leakage cavity whose operating frequency is mainly fixed by the overlay dimension of the arrangement of BIP material elements in default. .
  • the results obtained showed the demonstration of a doubling of the bandwidth with respect to the device of the prior art previously described.
  • the broadband or multi-band antenna structure according to the subject of the present invention makes it possible to lift one of the limits of use of the BIP materials for the production of radiating devices.

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Description

    Antenne à large bande ou multi-bandes.
  • L'invention est relative à une antenne à large bande ou multi-bandes, pour micro-ondes, mise en oeuvre à partir de matériaux à bande interdite photonique, désignés matériaux BIP.
  • L'utilisation des matériaux BIP pour la mise en oeuvre d'antennes pour micro-ondes a déjà été proposée, notamment dans la demande de brevet US 5 739 796 A .
  • Les antennes de ce type, en référence à la figure 1a relative à l'art antérieur, comportent essentiellement un plan réflecteur, une prise d'alimentation ou élément rayonnant en émission/réception, placée au voisinage du plan réflecteur, et un assemblage d'au moins deux matériaux diélectriques superposé au plan réflecteur et à la prise d'alimentation en émission/réception. Les matériaux diélectriques utilisés se différencient par leur permittivité ou leur perméabilité, l'assemblage ainsi formé constituant un matériau BIP.
  • En référence à la figure 1b, on rappelle qu'un matériau BIP est un matériau qui possède la propriété de filtrer (absorber) certaines gammes de fréquences, c'est-à-dire d'interdire toute transmission dans les gammes de fréquences précitées. Le matériau est, dans ces conditions, qualifié matériau BIP, à Bande Interdite Photonique.
  • Le matériau BIP est généralement constitué, ainsi que représenté en figure 1b, d'un arrangement périodique de diélectriques de permittivité et/ou de perméabilité variable.
  • L'introduction d'une rupture dans cette périodicité géométrique et/ou radioélectrique, rupture encore appelée défaut, obtenu par suppression d'un élément "central", permet d'engendrer un défaut d'absorption et donc la création d'une bande de transmission dans la bande interdite du matériau BIP. Le matériau BIP est, dans ces conditions, désigné matériau BIP à défaut.
  • Pour une description plus détaillée d'un tel type d'antenne, on pourra utilement se reporter à la demande de brevet français 99 14521/2 801 428 mise à la disposition du public le 25/05/2001.
  • Un tel type d'antenne donne satisfaction.
  • Toutefois, en raison de la structure même de celui-ci, la bande passante autorisée par un tel type d'antenne est relativement étroite et n'excède pas 4 à 5% de la fréquence centrale, pour une atténuation de 6dB.
  • La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients et limitations précités des antennes à matériau BIP à défaut de l'art antérieur.
  • En particulier, un objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une antenne à large bande, du type à matériau BIP à défaut, présentant une bande passante sensiblement améliorée ou divisée en bandes passantes multiples.
  • Un autre objet de la présente invention est, en outre, la mise en oeuvre d'une antenne à large bande, présentant une structure simple, en l'absence d'adjonction d'élément dispersif ou absorbant en rompant la régularité ou en rendant la mise en oeuvre plus complexe.
  • L'antenne à large bande, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'elle comporte au moins un plan, constituant réflecteur, et au moins une prise d'alimentation en émission/réception placée au voisinage de ce plan constituant réflecteur. En outre, un assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut disposé sensiblement en superposition au plan constituant réflecteur et à la prise d'alimentation est prévu. Chaque élément de matériau BIP à défaut formant l'assemblage est sensiblement plan et parallèle au plan constituant réflecteur et l'une au moins des caractéristiques de permittivité diélectrique, de perméabilité magnétique et/ou d'épaisseur dans la direction perpendiculaire au plan constituant réflecteur de ces éléments est sensiblement différente d'un élément de matériau BIP à défaut à l'autre, de sorte que l'ensemble formé par le plan constituant réflecteur et l'assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut forme une cavité résonnante à fuites.
  • L'antenne à large bande, objet de la présente invention, trouve application, notamment, dans la réalisation d'antennes hyperfréquences utilisables dans le domaine de la radiotéléphonie mobile, des télécommunications par voie optique dans le domaine du spectre visible ou invisible.
  • La structure et le mode opératoire de l'antenne à large bande ou multi-bandes, objet de la présente invention, seront mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après, dans lesquels, outre les figures 1a et 1b relatives à l'art antérieur :
    • la figure 2a représente, à titre illustratif, une vue en perspective d'une antenne à large bande ou multi-bandes conforme à l'objet de la présente invention ;
    • la figure 2b représente une vue en coupe, selon le plan de coupe P de l'antenne à large bande ou multi-bandes, objet de l'invention, représentée en figure 2a ;
    • la figure 3a représente, à titre illustratif, une vue en coupe, selon le même plan de coupe P représenté en figure 2a, d'une antenne équivalente à celle représentée en figure 2a ou 2b ;
    • la figure 3b représente un diagramme comparatif des coefficients de transmission en fonction de la fréquence d'une antenne de l'art antérieur illustrée par la demande de brevet français 2 801 428 précitée, courbe A, respectivement d'une antenne conforme à l'objet de la présente invention telle que représentée en figure 2a, 2b ou 3a, courbe B ;
    • la figure 4 représente, à titre illustratif, un diagramme des formes d'ondes engendrées dans la cavité résonnante à fuites constitutive de l'antenne à large bande ou multi-bandes, objet de la présente invention dans ses deux modes de mise en oeuvre, selon les figures 2a, 2b et 3a ;
    • la figure 5 représente un réseau d'antennes mis en oeuvre à partir d'une antenne selon l'invention.
  • Une description plus détaillée d'une antenne à large bande ou multi-bandes, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec les figures 2a-2b et les figures suivantes.
  • En référence à la figure 2a, on indique que l'antenne à large bande, objet de la présente invention, comporte au moins un plan constituant un réflecteur, noté R, ce plan pouvant être constitué par une plaque métallique par exemple.
  • En outre, au voisinage du plan réflecteur R, est prévu au moins un élément rayonnant en émission/réception noté ER. On indique, à titre d'exemple non limitatif, que l'élément rayonnant ER peut être constitué par un dipôle rayonnant, une fente rayonnante, une sonde ou un patch rayonnant par exemple. Alors que dans le mode de réalisation tel que représenté en figure 2a un seul élément rayonnant ER est représenté, on indique que l'antenne à large bande, objet de la présente invention, peut comporter une pluralité d'éléments rayonnants ER non représentés au dessin.
  • En outre, ainsi que représenté en figure 2a, l'antenne à large bande ou multi-bandes, objet de l'invention, comporte, disposé en superposition au plan constituant le réflecteur R et à cet ou à ces éléments rayonnants ER, un assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut. Par assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut, on entend une pluralité d'éléments constitués par des lames ou structures de matériau diélectrique par exemple, notées LD, ces éléments, formant des groupements ou motifs, étant empilés dans la direction perpendiculaire au plan réflecteur R et séparés, chacun, par un autre matériau diélectrique, par exemple, par une lame d'air, de l'alumine ou autre.
  • Chaque lame de matériau diélectrique LD est sensiblement plane, et chaque élément de matériau BIP à défaut est parallèle au plan constituant le réflecteur R. En outre, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'antenne à large bande conforme à l'objet de la présente invention, l'une au moins des caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et/ou d'épaisseur, notée e, dans la direction perpendiculaire au plan constituant le réflecteur R est sensiblement différente, d'un élément de matériau BIP à défaut à l'autre.
  • Dans ces conditions, l'ensemble formé par le plan constituant le réflecteur R et l'assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut forme une cavité résonnante à fuites dans les conditions qui seront explicitées ci-après dans la description.
  • En particulier, en référence à la figure 2a et à la figure 2b, on indique que chaque lame de matériau diélectrique LD peut présenter une valeur de permittivité diélectrique, de perméabilité magnétique ou une épaisseur e différente, d'un élément de matériau BIP à défaut à l'autre, dans les conditions qui seront explicitées ci-après dans la description.
  • La figure 2b représente une vue en coupe selon le plan de coupe P de la figure 2a de l'antenne à large bande, objet de l'invention, représentée sur la figure précitée.
  • Dans ces conditions, on désigne par λ'g la longueur d'onde du signal radioélectrique guidé lorsque le milieu de propagation est constitué par le matériau, tel qu'un matériau diélectrique, de chacune des lames LD respectivement par λg la longueur d'onde du signal radioélectrique guidé par les intervalles séparant les lames LD et les éléments de matériau BIP à défaut, c'est-à-dire dans un mode de réalisation non limitatif par les lames d'air ou d'alumine séparant les lames LD représentées en figure 2a et en figure 2b.
  • Dans ces conditions, la notation λg désigne également la longueur d'onde du signal radioélectrique guidé se propageant entre le plan formant réflecteur R et la première lame de matériau diélectrique LD placée en vis-à-vis de ce dernier.
  • Sur la figure 2b, on a en particulier représenté un repère orthonormé permettant d'assurer un repérage de l'ensemble des éléments constitutifs de l'antenne à large bande objet de la présente invention.
  • Dans ces conditions et par définition, le plan réflecteur R est à la cote 0 dans la direction Oz, les lames LD étant superposées successivement dans la direction précitée et le plan de coupe P est parallèle au plan Ox, Oz. La direction Oy est orthogonale au plan Ox, Oz précité.
  • Un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'antenne à large bande objet de la présente invention sera maintenant décrit en liaison avec la figure 2b dans un cas particulièrement simple et simplifié où l'assemblage d'éléments en matériau BIP à défaut et les lames en matériau LD sont constitués par des lames en un même matériau diélectrique par exemple, lesquelles, dans ces conditions, présentent des caractéristiques de permittivité diélectrique respectivement de perméabilité magnétique sensiblement identiques d'une lame de matériau diélectrique à l'autre et d'un élément en matériau BIP à défaut à l'autre.
  • Dans ces conditions, en référence à la figure 2b, on indique que chaque lame de matériau diélectrique LD présente avantageusement une épaisseur constituant une fonction non décroissante par valeurs discrètes de la distance de la lame de matériau diélectrique considérée au plan constituant le réflecteur R.
  • Ainsi que représenté sur la figure 2b, chaque lame de matériau diélectrique formant l'assemblage est espacée d'une lame diélectrique voisine d'une même distance égale à λg/4 où λg désigne la longueur d'onde guidée associée au matériau séparant chaque lame de matériau diélectrique LD. Dans le mode de réalisation de la figure 2a, par exemple, λg désigne la longueur d'onde guidée associée à l'air ou à l'alumine séparant chaque lame de matériau diélectrique LD.
  • De la même façon, ainsi que représenté de manière détaillée sur la figure 2b, la première lame de matériau diélectrique LD en vis-à-vis du plan constituant le réflecteur R et voisine de ce plan est placée à une distance de ce dernier égale à λg/2, λg désignant de la même manière la longueur d'onde guidée associée au matériau séparant la première lame de matériau diélectrique LD du plan constituant réflecteur R. De la même façon que précédemment, λg désigne ainsi la longueur d'onde guidée du signal-radioélectrique lorsque ce dernier se propage dans l'air ou l'alumine dans l'exemple de mise en oeuvre non limitatif correspondant à la figure 2a ou 2b.
  • En outre, ainsi qu'il apparaît de manière détaillée à l'observation de la figure 2b, et ce afin de constituer la cavité résonnante à fuites précédemment mentionnée dans la description, on indique qu'une pluralité de lames de matériau diélectrique successives LD présente une même épaisseur, cette épaisseur étant sensiblement égale à une fraction de la longueur d'onde guidée associée à ce matériau diélectrique pour constituer un groupement de lames de matériau diélectrique successives. La cavité résonnante apparaît ainsi constituée par une pluralité de groupements de lames de matériau diélectrique successives formés chacun par un élément de matériau BIP à défaut, les différents groupements étant couplés mutuellement par leur zone de défaut pour constituer la cavité résonnante à fuite résultante.
  • Ainsi, sur la figure 2b, notamment, λ'g désigne la longueur d'onde du signal radioélectrique guidé se propageant dans chaque lame de matériau diélectrique LD.
  • En outre, ainsi qu'on l'observera sur la figure 2b notamment, deux groupements successifs de lames de matériau diélectrique notés respectivement G1 et G2 et superposés dans la direction perpendiculaire au plan constituant le réflecteur R, c'est-à-dire dans la direction Oz, sont constitués par des lames de matériau diélectrique d'épaisseur croissante en fonction du rang de superposition des groupements précités.
  • Sur la figure 2b, on a ainsi représenté, de même que sur la figure 2a, les groupements de lames G1 et G2, chaque groupement, à titre d'exemple non limitatif, étant constitué par deux lames parallèles de même épaisseur, respectivement e1 et e2.
  • Dans le cas du groupement de lames de matériau diélectrique G1, celui-ci est constitué par des lames de même épaisseur e1= λ'g/4, alors que, dans le cas du groupement de lames du matériau diélectrique G2, chaque lame constitutive du groupement G2 est constitué par une lame de même matériau diélectrique d'épaisseur e2= λ'g/2.
  • Enfin, et dans un mode de réalisation préférentiel, on indique que l'épaisseur ei des lames de matériau diélectrique LD constitutives de chaque groupement Gi de lames de matériau diélectrique est en progression géométrique de raison q dans la direction de superposition des groupements Gi successifs.
  • Dans le mode de réalisation non limitatif de la figure 2b, le nombre de groupements superposés est égal à 2, afin de ne pas surcharger le dessin, et la raison de la progression géométrique est également prise égale à 2. Ces valeurs ne sont pas limitatives.
  • En outre, et de manière non limitative, on indique que l'assemblage des éléments de matériau BIP à défaut peut être formé par une structure répétitive périodique des caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur des lames de matériau dans une, deux ou trois directions, une direction perpendiculaire et une ou deux directions parallèles au plan constituant le réflecteur, ainsi qu'il sera décrit ci-après dans la description.
  • Ainsi, on comprend que la superposition des groupements Gi constitue une répétition de motifs de caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur ei différentes, cette répétition pouvant être périodique.
  • Une description plus détaillée d'une antenne de structure différente de celle représentée en figure 2a et 2b satisfaisant aux critères d'antenne à large bande ou multi-bandes, conformément à l'objet de la présente invention, mais présentant radioélectriquement un mode opératoire équivalent, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 3a.
  • La structure de l'antenne à large bande ou multi-bandes conforme à l'objet de la présente invention, telle que représentée en figure 3a, est mise en oeuvre à partir de la remarque préliminaire selon laquelle l'amplitude du champ électrique au voisinage du plan constituant le réflecteur R est sensiblement nulle en raison du principe de réflexion métallique des champs électriques au voisinage de la surface d'un réflecteur métallique.
  • En conséquence, ainsi que représenté en figure 3a, la structure de l'antenne à large bande ou multi-bandes, conforme à l'objet de la présente invention, est obtenue en supprimant le plan constituant le réflecteur R et en remplaçant ce dernier par un autre assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut symétrique, les lames de matériau diélectrique constitutives de l'autre assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut symétrique, en raison de la symétrie précitée, étant notées LDs sur la figure 3a. La symétrie s'entend, bien entendu, par rapport à l'élément rayonnant ER ou par rapport à l'ensemble des éléments rayonnants ER en émission/réception et par rapport au plan médian matérialisant l'emplacement du plan constituant réflecteur supprimé R.
  • Pour cette raison, et en raison de la symétrie par rapport à l'emplacement précité, les groupements de l'autre assemblage de lames de matériau diélectrique LDs sont désignés G1s, respectivement G2s en référence à la figure 2b.
  • La figure 3b représente un diagramme des coefficients de transmission exprimés en dB en fonction de la fréquence pour une antenne à large bande conforme à l'objet de la présente invention telle que représentée en figure 2a, 2b ou 3a, courbe B, en comparaison d'une antenne de l'art antérieur telle que - décrite dans la demande de brevet français précédemment citée dans la description, courbe A.
  • A partir de la comparaison des courbes précitées, on constate un accroissement important de la bande passante lorsque la structure d'antenne conforme à l'objet de la présente invention est mise en oeuvre.
  • Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, toutes choses égales par ailleurs, pour une atténuation de 6dB par rapport à la fréquence centrale à 14 Ghz, on constate que la bande passante, lorsque la structure d'antenne à large bande conforme à l'objet de la présente invention est mise en oeuvre, est au moins deux fois plus importante que la largeur de bande correspondante à la même fréquence et pour une valeur d'atténuation de 6dB, lorsqu'une structure d'antenne de type classique est mise en oeuvre.
  • La figure 4 montre enfin les formes d'ondes obtenues lors de la mise en oeuvre d'une antenne à large bande conforme à l'objet de la présente invention par exemple dans le cas de la figure 3a, les formes d'ondes précitées étant représentées par l'amplitude du champ électrique | E | respectivement la valeur de la partie réelle de ce champ E dans les différentes zones entre lames de matériau diélectrique constitutives de la structure précitée.
  • On comprend bien entendu, en raison de la condition selon laquelle à la cote z=0 l'amplitude du champ électrique est sensiblement nulle,que la forme d'onde correspondant à la mise en oeuvre de l'antenne à large bande ou multi-bandes objet de la présente invention telle que représentée en figure 2a ou 2b, correspond bien entendu à la partie supérieure de la figure 4 pour laquelle la cote z est supérieure à 0.
  • On constate ainsi que la structure d'antenne à large bande ou multi-bandes, conforme à l'objet de la présente invention, présente une symétrie d'un point de vue géométrique mais une antisymétrie au point de vue de la répartition du champ électrique par rapport à la cote z=0.
  • D'une manière générale, on indique que la structure d'antenne à large bande ou multi-bandes décrite conformément à l'objet de la présente invention dans la présente description, n'est pas limitée au mode de réalisation décrit en liaison avec les figures 2a, 2b et 3a par exemple. En effet, alors que ces structures présentent une direction de répétition de motif unique, telle que représentée en figures 2b ou 3a par exemple, dans la direction Oz, il est bien entendu possible de prévoir deux directions de répétition et même trois directions de répétition dans les directions Oy et Ox du repère représenté en figure 2b, 3a et 4 par exemple.
  • Enfin, il est possible de remplacer les lames d'air séparant les lames de matériau diélectrique LD par des lames diélectriques de nature différente ou, le cas échéant, de remplacer les lames de matériau par des matériaux présentant des motifs répétitifs également suivant les directions x ou y, outre la direction z représentée en figure 2a, 2b, 3a et 4.
  • De même, les éléments de matériau BIP à défaut constituant les groupements ou motifs superposés peuvent comporter des lames ou éléments métalliques ou en matériau magnétique par exemple.
  • Pour cette raison, dans les figures précitées, le repère orthonormé est désigné Oxyz, Ozxy, Oyzx pour tenir compte de la réalisation des motifs répétitifs dans l'une, dans deux ou dans les trois directions.
  • En ce qui concerne la mise en oeuvre de motifs répétitifs dans une, dans deux ou dans trois directions ou selon une combinaison de structures de périodicité unidirectionnelle, bidirectionnelle ou tridirectionnelle vis à vis du plan réflecteur, on pourra utilement se reporter à la demande de brevet français précitée 2 801 428 , en particulier aux figures 3, 4 et 5 respectivement de celle-ci. L'introduction d'un défaut pour chacune des structures correspondantes précitées consiste alors à supprimer en zone centrale, une lame, une rangée et deux rangées respectivement.
  • En outre, pour réaliser une antenne multi-bandes conforme à l'objet de la présente invention, l'assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut est configuré de manière à présenter une structure de répétition de groupements Gi dont les caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité magnétique et/ou d'épaisseur sont sensiblement discontinues. L'introduction d'une telle discontinuité permet d'engendrer par couplage mutuel de la zone de défaut des éléments de matériau BIP à défaut une pluralité de bandes passantes disjointes.
  • Enfin, la structure d'antenne conforme à l'objet de la présente invention permet de mettre en oeuvre un réseau d'antennes. Ainsi que représenté en figure 5, le réseau d'antennes obtenu comporte une antenne conforme à l'objet de l'invention telle que décrite précédemment dans la description dans laquelle une pluralité d'éléments en émission/réception ERj;k sont répartis périodiquement au voisinage du plan réflecteur R. Les éléments rayonnants ERj;k peuvent être identiques. Le dimensionnement du réseau et le nombre J,K d'éléments rayonnants dans les deux directions de répartition de ces derniers sont choisis en fonction de l'application ou de l'utilisation du réseau. De tels réseaux trouvent application aux télécommunications point à point et point multipoints.
  • On a ainsi décrit une nouvelle structure d'antenne à large bande ou multi-bandes, laquelle possède des propriétés particulièrement intéressantes en termes de bande passante tout en conservant les propriétés de rayonnement et d'encombrement de la structure d'antenne de l'art antérieur, telle que mentionnée précédemment.
  • En particulier, la structure d'antenne à large bande ou multi-bandes objet de la présente invention forme une cavité à fuites dont la fréquence de fonctionnement est principalement fixée par la dimension de superposition de l'arrangement d'éléments de matériau BIP à défaut. Les résultats obtenus ont montré la mise en évidence d'un doublement de la bande passante par rapport au dispositif de l'art antérieur précédemment décrit.
  • La structure d'antenne à large bande ou multi-bandes conforme à l'objet de la présente invention permet de lever une des limites d'utilisation des matériaux BIP pour la réalisation de dispositifs rayonnants.

Claims (14)

  1. Antenne à large bande ou multi-bandes, comportant un plan, constituant réflecteur (R), et, au voisinage dudit plan constituant réflecteur (R), au moins un élément rayonnant (ER) en émission/réception,
    caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, disposé sensiblement en superposition audit plan constituant réflecteur (R) et à cet élément rayonnant (ER), un assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut, chaque élément de matériau BIP à défaut sensiblement plan étant parallèle audit plan constituant réflecteur (R) et dont l'une au moins des caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et/ou d'épaisseur (e) dans la direction perpendiculaire (Oy) audit plan constituant réflecteur (R) est sensiblement différente d'un élément de matériau BIP à défaut à l'autre, l'ensemble formé par le plan constituant réflecteur (R) et l'assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut formant une cavité résonnante à fuites.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit assemblage est formé d'éléments de matériau BIP à défaut, chaque élément étant une structure périodique par ses caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur (e) dans une direction perpendiculaire (Oy) audit plan constituant réflecteur (R).
  3. Antenne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit assemblage est formé d'éléments de matériau BIP à défaut, chaque élément étant une structure périodique par ses caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur (e) dans au moins deux directions (Oy, Ox, Oz), une direction perpendiculaire (Oy) et une direction (Ox, Oz) parallèle audit plan constituant réflecteur (R).
  4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit assemblage est formé d'éléments de matériau BIP à défaut, chaque élément étant une structure périodique par ses caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur (e) dans trois directions, une direction (Oy) étant perpendiculaire et deux autres directions (Ox, Oz) étant parallèles audit plan constituant réflecteur (R).
  5. Antenne selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que celle-ci comporte un assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut agencé selon une combinaison de structures de périodicité unidirectionnelle, bidirectionnelle ou tridirectionnelle vis à vis dudit plan réflecteur (R).
  6. Antenne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque élément de matériau BIP à défaut étant constitué par des lames (LD) en un même matériau de caractéristique de permittivité diélectrique respectivement de perméabilité magnétique sensiblement identique, chaque lame (LD) en un même matériau présente une épaisseur (e) fonction non décroissante, par valeurs discrètes, de la distance de la lame (LD) audit plan constituant réflecteur (R).
  7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque lame (LD) en un même matériau formant ledit élément de matériau BIP à défaut est espacée d'une lame (LD) voisine, dans une direction perpendiculaire audit plan réflecteur (R), d'une même distance sensiblement égale à λg/4 où λg désigne la longueur d'onde guidée associée au matériau séparant chaque lame (LD) en un même matériau.
  8. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que la première lame (LD) formant un élément de matériau BIP à défaut voisine dudit plan constituant réflecteur (R) est placée à une distance dudit plan sensiblement égale à λg/2, λg désignant la longueur d'onde guidée associée au matériau séparant ladite première lame dudit plan formant réflecteur (R).
  9. Antenne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'une pluralité de lames (LD) en un même matériau successives présentent, dans une direction perpendiculaire audit plan réflecteur (R), une même épaisseur (e) sensiblement égale à une fraction de la longueur d'onde guidée associée à ce matériau pour constituer un groupement (G1, G2) de lames (LD) en un même matériau successives formant un élément de matériau BIP à défaut, deux groupements successifs de lames (LD) de matériau diélectrique superposés dans la direction perpendiculaire audit plan constituant réflecteur (R) étant constitués par des lames (LD) de matériau diélectrique d'épaisseur croissante, en fonction du rang de superposition desdits groupements (G1, G2).
  10. Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'épaisseur (e1, e2) des lames (LD) en un même matériau constitutives de chaque groupement (G1, G2) de lames (LD) en un même matériau est en progression géométrique de raison q, dans la direction de superposition desdits groupements (G1, G2).
  11. Antenne selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit plan constituant réflecteur (R) est supprimé et remplacé par un autre assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut symétrique dudit assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut par rapport audit au moins un élément rayonnant (ER) en émission/réception et au plan médian, matérialisant l'emplacement dudit plan constituant réflecteur (R) supprimé.
  12. Antenne selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisée en ce que lesdits éléments de matériau BIP à défaut comportent des parties métalliques.
  13. Antenne selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que ledit assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut présente une structure de répétition de groupements (G1, G2) dont les caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et/ou d'épaisseur sont sensiblement discontinues, de façon à engendrer par couplage mutuel des zones de défaut des éléments de matériau BIP à défaut une pluralité de bandes passantes disjointes.
  14. Réseau d'antennes, caractérisé en ce que celui-ci comporte une antenne selon l'une des revendications 1 à 13, ladite antenne comportant une pluralité d'éléments rayonnants (ER) en émission/réception répartis périodiquement au voisinage dudit plan réflecteur (R).
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