EP1475860A1 - Dispositif formant antenne, capteur ou sonde électromagnétique - Google Patents

Dispositif formant antenne, capteur ou sonde électromagnétique Download PDF

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EP1475860A1
EP1475860A1 EP04290709A EP04290709A EP1475860A1 EP 1475860 A1 EP1475860 A1 EP 1475860A1 EP 04290709 A EP04290709 A EP 04290709A EP 04290709 A EP04290709 A EP 04290709A EP 1475860 A1 EP1475860 A1 EP 1475860A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
radiating elements
strands
antennas
module
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04290709A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Patrice Brachat
Christian Sabatier
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.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
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 France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of EP1475860A1 publication Critical patent/EP1475860A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H01Q21/205—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path providing an omnidirectional coverage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • 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
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole

Definitions

  • the present invention relates to the field of antennas, sensors or electromagnetic probes.
  • the present invention applies in particular, but not exclusively, in the field of metrology and systems of mobile telecommunications (3G, 4G).
  • antennas formed of structures elementary, for example in the form of a dipole, suitable for record the electric field in a linear reference polarization (either vertical or horizontal).
  • a linear reference polarization either vertical or horizontal
  • the structures of this known type presents non-isotropic diagrams.
  • the main object of the present invention is now to provide a device having properties superior to those of the devices known prior.
  • the present invention has in particular an auxiliary aim to propose a device with a maximum of decorrelated sensors.
  • a goal is particularly important in the context of telecommunications mobile. Indeed the decorrelation between sensors becomes a parameter criticism which makes it possible to make the diversity of antennas to fight against fainting due to multi-path (phenomenon called "fading" of Raleigh ”). Having as many decorrelated sensors as possible in a minimum of space becomes in fact a considerable asset for increase the transmission speed thanks to a judicious treatment of signals from different sensors.
  • a device comprising at least one module comprising at least two antennas with respective orthogonal polarizations between them, carried on a common support and two separate accesses connected respectively to one of the two antennas, at least one of these first antennas being formed a plurality of radiating elements produced in printed technology and synthesizing, in combination, a loop.
  • Document WO00 / 79649 describes a device for transmitting or reception of signals comprising a radiating element and a compensation adapted to compensate for the cross component of the element beaming.
  • the invention is distinguished at least by 3 aspects of this document.
  • the invention relates to a device comprising two antennas each having their respective access.
  • the compensation element is not connected to a excitation network (see page 5, line 11).
  • FR-2797098 cannot make up for this deficiency.
  • FR-2797098 describes an antenna comprising three plates and a plurality metallization defining two dipoles printed in orthogonal T. Those skilled in the art can in no way envisage bringing these two dipoles together since precisely, according to FR-2797098, they must remain separate.
  • the device in accordance with this invention comprises at least one module 10 composed of two antennas 100, 200 having orthogonal polarizations between them.
  • This antenna 100 is inspired by the means described and illustrated in the document FR-A-2 713 020. It defines radiating elements of the type dipole produced in printed technology.
  • It comprises a substrate of electrically insulating material 20 which carries in the form of metallizations, on one side, a plurality of elements radiating 110 coplanar and on the other face of the supply lines 150 50 ohms respectively associated.
  • the substrate 20 can be formed from any suitable material. he can for example a duroid plate, having a permittivity dielectric on the order of 2.2 and a height or thickness on the order of 0.76 mm.
  • the radiating elements 110 are adapted to synthesize in combination of a loop centered on a Z axis perpendicular to the substrate 20.
  • the radiating elements 110 made up of isolated segments transverse to the Z axis, correspond to the main strands a common fictitious loop centered on this axis and perpendicular to it.
  • the radiating elements 110 are symmetrical with respect to the axis Z.
  • a number of radiating elements is preferably provided 110 multiple of 2.
  • the polarization antenna horizontal 100 is formed of a metallization comprising 4 elements 130 each having the general shape of a T connected to their base at the level of a central common quadrangular block 120.
  • each of the 4 elements 130 transverse to the Z axis, are divided into two lateral strands 133, 134 (of preferably of identical length) by a central coupling slot 135 radial with respect to the Z axis.
  • Each slot 135 preferably has a contour rectangular.
  • the cumulative length of the two strands 133, 134, considered perpendicular to the slot 135, is of the order of magnitude of the operating wavelength.
  • each element 130 also extends radially with respect to the Z axis and respectively perpendicular to one of the sides from block 120.
  • the supply lines 150 are formed of microstrip lines by example of a width of the order of 2.35 mm. They include strands main 152 associated respectively with each pair of elements radiant 133, 134. These main strands 152 are underlying the radiating elements 133, 134 and perpendicular to the slots 135. They are used to supply the radiating elements 133, 134. The strands 152 cut the slots 135 and extend on either side thereof.
  • the main strands 152 which extend transversely to the Z axis are extended by auxiliary strands 154, directed towards the Z axis and substantially radial with respect to the latter.
  • a network of tracks 156 This is connected to a connector, for example of the SMA type, making it possible to connect the antenna 100 to a conventional coaxial cable.
  • the lengths and widths of the radiating strands 133, 134, of the slot 135, and supply lines 152, as well as the relative position of the strands 152 and slots 135 (ie the location of their points of secance and the length in excess respectively), will be easily adapted by those skilled in the art according to the expected characteristics of the antenna.
  • the present invention is not limited to the mode of particular embodiment illustrated in the appended figures.
  • the link of the track network 156 to the aforementioned connector is referenced 160 in the appended figures.
  • this link 160 is eccentric with respect to the axis Z. This places the dipole 200 in the center of the antenna 100. The inventors have determined that this provision does not significantly disturb the antenna diagram 100 since in this area the field electric radiated by the dipoles 110 of the horizontal antenna is very low.
  • the supply of the antenna 100 arrives on the face of the support 20 which carries the radiating elements 110 and it passes through the support 20 to reach network 150 at point 160.
  • the polarization of this antenna 100 is in the plane of the dipoles 110. More precisely the direction of the electric field for each dipole 110 is illustrated under the arrow referenced DiH in FIG. 2.
  • antenna 100 The energy radiation diagram of antenna 100 is shown in Figure 6 for four planes passing through the Z axis. It is dipole and very similar to that of the antenna 200 which is illustrated on the figure 4.
  • This antenna 200 is inspired by the means described and illustrated in document FR-A-2 819 640.
  • the central rod 210 can be surrounded by a sleeve 220 of material electrically conductive, which is electrically isolated from the rod 210.
  • This sleeve 220 can be formed of a simple cylinder of revolution or can be layered. It facilitates the tuning of the antenna impedance.
  • the rod 210 and the sleeve 220 are carried by the aforementioned substrate 20. They preferably project from the face of this substrate 20 which carries the lines feed 150.
  • the antenna 200 may also include a ground plane 222 of electrically conductive material, transverse to the rod 210 and to the Z axis and connected to the sleeve 220.
  • the energy radiation diagram of antenna 200 is shown in Figure 4. It is characterized by a zero radiation in the direction of the axis of symmetry of the structure (which coincides with the Z axis).
  • the basic module 10 illustrated in Figures 1 and 2 attached thus includes two accesses: one shown in 202 centered on the Z axis intended for the dipole of the vertical antenna 200, the other 160 offset from the to the Z axis and intended for the dipole of the horizontal antenna 100.
  • three modules 10 can be placed thus constituted each comprising an antenna 100 with polarization horizontal and an antenna 200 with vertical polarization on faces adjacent and orthogonal two by two (ie non-opposite faces) of a support cube to form a three-axis probe.
  • a ground plan 300 is added a few centimeters from each of the 3 substrates 20, in look at the face of these carrying the radiating elements 110.
  • ground planes 300 serve as fixing means for the 3 modules 10 each comprising a horizontal antenna 100 and a vertical antenna 200. They also serve as a support for the means of connection and associated transitions required.
  • Figures 7 and 8 respectively represent the Wave Ratio Stationary (ROS) of a vertical antenna 200 and an antenna horizontal 100 carried on a common substrate 20 of a module, obtained successively on the two accesses of the module by closing on a load 50 ohms unmeasured access.
  • ROS Wave Ratio Stationary
  • the ROS of the vertical antenna 200 is 1.38 at the frequency of 2012,5MHz.
  • the ROS of the horizontal antenna 100 is 1.13 at the frequency of 2012.5 MHz.
  • the antenna radiation energy diagram 100 to horizontal polarization is illustrated in figure 10.
  • the directivity is 4,08dB.
  • This phenomenon results from the synthesis of the magnetic dipole produced with 4 horizontal electric dipoles.
  • the energy radiation diagram of antenna 200 to vertical polarization is illustrated in Figure 13.
  • the directivity is 2.72 dB.
  • the diagram of antenna 200 has almost perfect symmetry around the Z axis.
  • the present invention provides a multi-sensor system compact with similar radiation patterns while being strongly decorrelated by polarization.
  • the system according to the present invention can operate in identical or different frequency bands for the vertical dipole 200 and the horizontal dipole 100, or between the different modules 10 of the probe.
  • the present invention is not limited to a system comprising 3 modules 10.
  • this invention also allows the realization of a system comprising 6 modules placed along the 6 sides of a cube, the power cables being for example arranged on a vertex or angle of the cube.

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif formant antenne, capteur ou sonde électromagnétique caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module (10) comportant au moins deux antennes (100, 200) à polarisations respectives orthogonales entre elles, portées sur un support commun (20), l'une première (100) au moins de ces antennes étant formée d'une pluralité d'éléments rayonnants réalisés en technologie imprimée et synthétisant, en combinaison, une boucle. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne le domaine des antennes, capteurs ou sondes électromagnétiques.
La présente invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, au domaine de la métrologie et des systèmes de télécommunications mobiles (3G, 4G).
Elle permet d'atteindre des fréquences supérieures au GHz.
De nombreuses structures d'antennes et de capteurs ou sondes électromagnétiques ont déjà été proposées.
On connaít notamment des antennes formées de structures élémentaires, par exemple sous forme d'un dipole, adaptées pour enregistrer le champ électrique dans une polarisation linéaire de référence (soit verticale, soit horizontale). Cependant généralement les structures de ce type connues présentent des diagrammes non isotropes.
Il a également été proposé de regrouper plusieurs antennes élémentaires pour enregistrer simultanément plusieurs polarisations associées à des angles de vue différents. De telles antennes, dites « décorrélées » ont des diagrammes et des polarisations complémentaires.
La présente invention a maintenant pour but principal de proposer un dispositif présentant des propriétés supérieures à celles des dispositifs antérieurs connus.
La présente invention a en particulier pour but auxiliaire de proposer un dispositif présentant un maximum de capteurs décorrélés. Un tel objectif est particulièrement important dans le contexte des télécommunications mobiles. En effet la décorrélation entre capteurs devient un paramètre critique qui permet de faire de la diversité d'antennes pour lutter contre les évanouissements dus aux multi-trajets (phénomène dénommé « le fading de Raleigh »). Le fait de disposer d'un maximum de capteurs décorrélés dans un minimum d'espace devient de fait un atout considérable pour accroítre le débit de la transmission grâce à un traitement judicieux des signaux provenant des différents capteurs.
Le but précité est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif comprenant au moins un module comportant au moins deux antennes à polarisations respectives orthogonales entre elles, portées sur un support commun et deux accès séparés reliés respectivement à l'une des deux antennes, l'une première au moins de ces antennes étant formée d'une pluralité d'éléments rayonnants réalisés en technologie imprimée et synthétisant, en combinaison, une boucle.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la présente invention :
  • la seconde antenne du module comprend un dipole constitué d'une tige métallique à excitation coaxiale,
  • le dipole de la seconde antenne comprend un manchon en matériau électriquement conducteur, qui entoure la tige métallique,
  • le manchon est relié à un plan de sol électriquement conducteur,
  • les éléments rayonnants composant la première antenne présentent une symétrie axiale,
  • la première antenne comprend un multiple de deux éléments rayonnants,
  • le dispositif comprend trois modules disposés selon trois axes respectivement orthogonaux deux à deux,
  • le dispositif comprend 6 capteurs constituant une antenne à 6 accès décorrélés.
A titre de documents antérieurs, le déposant cite WO00/79649, US-4814777 et FR-2797098.
Le document WO00/79649 décrit un dispositif d'émission ou de réception de signaux comprenant un élément rayonnant et un élément de compensation adapté pour compenser la composante croisée de l'élément rayonnant.
L'invention se distingue au moins par 3 aspects de ce document.
En premier lieu, l'invention concerne un dispositif comprenant deux antennes ayant chacune leur accès respectif. Au contraire, il est clair que selon WO00/79649 l'élément de compensation n'est pas connecté à un réseau d'excitation (voir page 5, ligne 11).
En second lieu, rien dans le document WO00/79649 ne suggère une pluralité d'éléments rayonnants synthétisant en combinaison une boucle.
En troisième lieu, le document WO00/79649 concerne exclusivement de la polarisation circulaire alors que l'invention utilise des polarisations linéaires, Verticale et Horizontale.
Rien dans US-4814777 ne suggère une antenne formée par une pluralité d'éléments rayonnants synthétisants en combinaison, une boucle.
Et le document FR-2797098 ne peut palier à cette carence. De fait, FR-2797098 décrit une antenne comprenant trois plaques et une pluralité de métallisation définissant deux dipôles imprimés en T orthogonaux. L'homme de l'art ne peut aucunement envisager de réunir ces deux dipôles puisque précisément, selon FR-2797098, ils doivent rester séparés.
On notera de plus que dans FR-2797098, le rayonnement principal s'effectue dans la direction normale au plan de métallisation alors que dans l'invention, le rayonnement s'effectue dans le plan de la métallisation.
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'exemples non limitatifs et sur lesquels :
  • la figure 1 représente une première vue en plan d'une plaque composant un module conforme à la présente invention,
  • la figure 2 représente une seconde vue en plan, opposée à la première, d'une plaque composant un module conforme à la présente invention,
  • la figure 3 représente une vue schématique en coupe axiale d'un dipole composant une antenne à polarisation verticale du module conforme à la présente invention,
  • la figure 4 représente le diagramme de rayonnement en énergie de cette antenne à polarisation verticale seule dans un plan passant par l'axe de l'antenne,
  • la figure 5 représente une vue schématique partielle en perspective éclatée d'une autre antenne à polarisation horizontale conforme à la présente invention réalisée en technologie imprimée,
  • la figure 6 représente le diagramme de rayonnement en énergie de cette antenne à polarisation horizontale seule dans quatre plans passant par l'axe de l'antenne,
  • la figure 7 représente la variation, en fonction de la fréquence, du Rapport d'Onde Stationnaire de l'antenne à polarisation verticale illustrée sur la figure 3,
  • la figure 8 représente la variation, en fonction de la fréquence, du Rapport d'Onde Stationnaire de l'antenne à polarisation horizontale illustrée sur la figure 5,
  • la figure 9 représente la variation, en fonction de la fréquence, de l'isolation entre ces deux antennes,
  • la figure 10 représente un diagramme de rayonnement en énergie de l'antenne à polarisation horizontale,
  • la figure 11 représente, dans un module conforme à la présente invention, le diagramme de rayonnement en énergie de l'antenne à polarisation horizontale dans quatre plans passant par l'axe de l'antenne, extrait de la figure 10,
  • la figure 12 représente, dans un module conforme à la présente invention, le diagramme de rayonnement en énergie de la même antenne à polarisation horizontale dans un plan orthogonal à l'axe de l'antenne, extrait de la figure 10,
  • la figure 13 représente un diagramme de rayonnement en énergie de l'antenne à polarisation verticale,
  • la figure 14 représente, dans un module conforme à la présente invention, le diagramme de rayonnement en énergie de l'antenne à polarisation verticale dans quatre plans passant par l'axe de l'antenne, extrait de la figure 13,
  • la figure 15 représente, dans un module conforme à la présente invention, le diagramme de rayonnement en énergie de la même antenne à polarisation verticale dans un plan orthogonal à l'axe de l'antenne, extrait de la figure 13, et
  • la figure 16 représente une vue schématique en perspective d'une antenne conforme à un mode de réalisation préférentiel de la présente invention.
Comme indiqué précédemment le dispositif conforme à la présente invention comprend au moins un module 10 composé de deux antennes 100, 200 ayant des polarisations orthogonales entre elles.
Arbitrairement ces deux antennes 100 et 200 seront dénommés antenne à polarisation horizontale 100 et antenne à polarisation verticale 200.
On va maintenant décrire la structure de l'antenne 100 à polarisation horizontale en regard de la figure 5.
Cette antenne 100 est inspirée des moyens décrits et illustrés dans le document FR-A-2 713 020. Elle définit des éléments rayonnants du type dipole réalisés en technologie imprimée.
Elle comprend un substrat en matériau électriquement isolant 20 qui porte sous forme de métallisations, sur une face, une pluralité d'éléments rayonnants 110 coplanaires et sur l'autre face des lignes 150 d'alimentation 50 ohms respectivement associées.
Le substrat 20 peut être formé en tout matériau approprié. Il peut s'agir par exemple d'une plaque de duroid, présentant une permittivité diélectrique de l'ordre de 2,2 et une hauteur ou épaisseur de l'ordre de 0,76 mm.
Les éléments rayonnants 110 sont adaptés pour synthétiser en combinaison une boucle centrée sur un axe Z perpendiculaire au substrat 20. En d'autres termes les éléments rayonnants 110 constitués de segments isolés transversaux à l'axe Z, correspondent aux brins principaux d'une boucle fictive commune centrée sur cet axe et perpendiculaire à celui-ci.
Les éléments rayonnants 110 sont symétriques par rapport à l'axe Z.
Il est de préférence prévu un nombre d'éléments rayonnants 110 multiple de 2.
Comme on le voit notamment sur la figure 2 selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, l'antenne à polarisation horizontale 100 est formée d'une métallisation comprenant 4 éléments 130 ayant chacun la forme générale d'un T reliés à leur base au niveau d'un pavé quadrangulaire commun central 120.
Les têtes ou barres horizontales 132 de chacun des 4 éléments 130, transversales à l'axe Z, sont divisées en deux brins latéraux 133, 134 (de préférence de longueur identique) par une fente de couplage médiane 135 radiale par rapport à l'axe Z. Chaque fente 135 a de préférence un contour rectangulaire.
Typiquement la longueur cumulée des deux brins 133, 134, considérée perpendiculairement à la fente 135, est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de fonctionnement.
Il est ainsi formé 4 paires de brins latéraux 133, 134 disposés selon les côtés d'un carré et synthétisant, comme indiqué précédemment une boucle.
Le pied 136 de chaque élément 130 s'étend également radialement par rapport à l'axe Z et respectivement perpendiculairement à l'un des côtés du pavé 120.
Les lignes d'alimentation 150 sont formées de lignes microruban par exemple d'une largeur de l'ordre de 2,35 mm. Elles comprennent des brins principaux 152 associés respectivement à chaque paire d'éléments rayonnants 133, 134. Ces brins principaux 152 sont sous jacents aux éléments rayonnants 133, 134 et perpendiculaires aux fentes 135. Ils servent à l'alimentation des éléments rayonnants 133, 134. Les brins 152 coupent les fentes 135 et s'étendent de part et d'autre de celles-ci.
Les brins principaux 152 qui s'étendent transversalement à l'axe Z sont prolongés par des brins auxiliaires 154, dirigés vers l'axe Z et sensiblement radiaux par rapport à ce dernier.
Ces derniers sont eux mêmes reliés par un réseau de pistes 156. Celui-ci est relié à un connecteur, par exemple de type SMA, permettant de relier l'antenne 100 à un câble coaxial classique.
Les longueurs et largeurs des brins rayonnants 133, 134, de la fente 135, et des lignes d'alimentation 152, ainsi que la position relative des brins d'alimentation 152 et des fentes 135 (ie la localisation de leurs points de sécance et la longueur en dépassement respectif), seront aisément adaptées par l'homme de l'art en fonction des caractéristiques attendues de l'antenne. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier illustré sur les figures annexées.
La liaison du réseau de pistes 156 au connecteur précité est référencé 160 sur les figures annexées.
On notera que cette liaison 160 est excentrée par rapport à l'axe Z. Ceci permet de placer le dipole 200 au centre de l'antenne 100. Les inventeurs ont déterminé que cette disposition ne perturbe pas notablement le diagramme de l'antenne 100 puisque dans cette zone le champ électrique rayonné par les dipoles 110 de l'antenne horizontale est très faible.
De préférence l'alimentation de l'antenne 100 arrive sur la face du support 20 qui porte les éléments rayonnants 110 et elle traverse le support 20 pour atteindre le réseau 150 au point 160.
La polarisation de cette antenne 100 est dans le plan des dipoles 110. Plus précisément la direction du champ électrique pour chaque dipole 110 est illustrée sous la flèche référencée DiH sur la figure 2.
Le diagramme de rayonnement en énergie de l'antenne 100 est représenté sur la figure 6 pour quatre plans passant par l'axe Z. Il est dipolaire et très similaire à celui de l'antenne 200 lequel est illustré sur la figure 4.
On va maintenant décrire la structure de l'antenne 200 à polarisation verticale en regard de la figure 3.
Cette antenne 200 est inspirée des moyens décrits et illustrés dans le document FR-A-2 819 640.
Elle est formée d'un dipole à base d'une tige métallique 210 associée à une excitation coaxiale.
Comme illustré schématiquement sur la figure 3, la tige centrale 210, centrée sur l'axe Z, peut être entourée d'un manchon 220 en matériau électriquement conducteur, lequel est isolé électriquement de la tige 210. Ce manchon 220 peut être formé d'un simple cylindre de révolution ou peut être étagé. Il facilite la mise au point de l'impédance de l'antenne.
La tige 210 et le manchon 220 sont portés par le substrat précité 20. Ils font de préférence saillie sur la face de ce substrat 20 qui porte les lignes d'alimentation 150.
Le cas échéant l'antenne 200 peut comporter en outre un plan de sol 222 en matériau électriquement conducteur, transversal à la tige 210 et à l'axe Z et relié au manchon 220.
La direction du champ électrique d'une telle antenne 200 est parallèle à l'axe de la tige 210. Elle est illustrée sous la flèche référencée DiV sur la figure 3.
Le diagramme de rayonnement en énergie de l'antenne 200 est représenté sur la figure 4. Il est caractérisé par un nul de rayonnement dans la direction de l'axe de symétrie de la structure (qui coïncide avec l'axe Z).
On notera que les diagrammes de rayonnement de l'antenne 200 sont parfaitement symétriques de révolution autour de l'axe de la tige 210 et de l'axe Z. Pour cette raison on a illustré une seule courbe sur la figure 4.
Le module de base 10 illustré sur les figures 1 et 2 annexées comprend ainsi deux accès : l'un schématisé en 202 centré sur l'axe Z destiné au dipole de l'antenne verticale 200, l'autre 160 excentré par rapport à l'axe Z et destiné au dipole de l'antenne horizontale 100.
Ces deux accès permettent d'enregistrer simultanément le champ électrique suivant les deux polarisations respectivement parallèle aux brins rayonnants 110 (dénommée polarisation horizontale) et parallèle à la tige 210 (dénommée polarisation verticale) avec le même type de diagramme.
Comme on l'a illustré sur la figure 16, on peut placer trois modules 10 ainsi constitués comprenant chacun une antenne 100 à polarisation horizontale et une antenne 200 à polarisation verticale sur des faces adjacentes et orthogonales deux à deux (ie des faces non opposées) d'un cube support pour constituer une sonde trois axes. On obtient ainsi une sonde tri-dimensionnelle à 6 accès.
Plus précisément dans ce contexte de préférence un plan de masse 300 est ajouté à quelques centimètres de chacun des 3 substrats 20, en regard de la face de ceux-ci portant les éléments rayonnants 110.
Ces plans de masse 300 servent de moyens de fixation pour les 3 modules 10 comprenant chacun une antenne horizontale 100 et une antenne verticale 200. Ils servent également de support aux moyens de connexion et aux transitions associées nécessaires.
Les figures 7 et 8 représentent respectivement le Rapport d'Onde Stationnaire (ROS) d'une antenne verticale 200 et d'une antenne horizontale 100 portées sur un substrat commun 20 d'un module, obtenu successivement sur les deux accès du module en fermant sur une charge de 50 ohms l'accès non mesuré.
Le ROS de l'antenne verticale 200 vaut 1,38 à la fréquence de 2012,5MHz.
Le ROS de l'antenne horizontale 100 vaut 1,13 à la fréquence de 2012,5 MHz.
L'isolation entre les deux antennes est illustrée sur la figure 9. Elle vaut 35 dB à la fréquence de 2012,5 MHz.
Le diagramme de rayonnement en énergie de l'antenne 100 à polarisation horizontale est illustré sur la figure 10. La directivité est de 4,08dB.
La figure 11 représente le diagramme dans quatre plans passant par l'axe Z, respectivement pour ϕ = - 45°, ϕ = 0°, ϕ = + 45°, ϕ = + 90°, avec  variable de - 180° à + 180°.
La figure 12 représente le diagramme dans le plan  = 90°, avec ϕ variable de - 180° à + 180°.
Ces diagrammes présentent une bonne symétrie autour de l'axe Z avec un niveau d'ondulation de 3 à 4 dB entre les plans à 0° et 90° et les plans à + 45° et - 45°.
Ce phénomène résulte de la synthèse du dipole magnétique réalisé avec 4 dipoles électriques horizontaux.
Le diagramme de rayonnement en énergie de l'antenne 200 à polarisation verticale est illustré sur la figure 13. La directivité est de 2,72 dB.
La figure 14 représente le diagramme dans quatre plans passant par l'axe Z, respectivement pour ϕ = - 45°, ϕ = 0°, ϕ = + 45°, ϕ = + 90°, avec  variable de - 180° à + 180°.
La figure 15 représente le diagramme dans le plan  = 90°, avec ϕ variable de - 180° à + 180°.
Comme on le voit sur ces figures le diagramme de l'antenne 200 présente une symétrie quasi-parfaite autour de l'axe Z.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.
La présente invention permet de disposer d'un système multi-capteur compact avec des diagrammes de rayonnement similaires tout en étant fortement décorrélés par la polarisation.
Le système conforme à la présente invention peut fonctionner dans des bandes de fréquences identiques ou différentes pour le dipole vertical 200 et le dipole horizontal 100, ou entre les différents modules 10 de la sonde.
Par ailleurs la présente invention n'est pas limitée à un système comprenant 3 modules 10. A titre d'exemple non limitatif la présente invention permet également la réalisation d'un système comprenant 6 modules placés selon les 6 faces d'un cube, les câbles d'alimentation étant par exemple disposés sur un sommet ou angle du cube.

Claims (18)

  1. Dispositif formant antenne, capteur ou sonde électromagnétique caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module (10) comportant au moins deux antennes (100, 200) à polarisations respectives orthogonales entre elles, portées sur un support commun (20) et deux accès séparés (160, 202) reliés respectivement à l'une des deux antennes (100, 200), l'une première (100) au moins de ces antennes étant formée d'une pluralité d'éléments rayonnants (110 ; 133, 134) réalisés en technologie imprimée et synthétisant, en combinaison, une boucle.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la seconde antenne (200) du module comprend un dipole constitué d'une tige métallique (210) à excitation coaxiale.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le dipole de la seconde antenne (200) comprend un manchon en matériau électriquement conducteur (220), qui entoure la tige métallique (210).
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le manchon (220) est relié à un plan de sol électriquement conducteur (222).
  5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les éléments rayonnants (133, 134) composant la première antenne (100) présentent une symétrie axiale.
  6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la première antenne (100) comprend un multiple de deux éléments rayonnants (133, 134).
  7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la première antenne (100) comprend une pluralité d'éléments rayonnants coplanaires (133, 134) sur une première face d'un substrat (20) et des lignes d'alimentation respectivement associées (150) sur une seconde face du substrat (20).
  8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la première antenne (100) comprend une métallisation comprenant un multiple de 2 éléments (130) ayant la forme générale d'un T reliés à leur base au niveau d'un pavé commun (120).
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les têtes (132) de chacun des éléments (130) sont divisées en deux brins latéraux (133, 134) par une fente de couplage médiane (135).
  10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des brins d'alimentation (152) sous jacents aux éléments rayonnants (133, 134).
  11. Dispositif selon les revendications 9 et 10 prises en combinaison, caractérisé par le fait que les brins d'alimentation (152) coupent les fentes (135) et s'étendent de part et d'autre de celles-ci.
  12. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 11, caractérisé par le fait que les brins d'alimentation (152) sont prolongés par des brins auxiliaires (154) dirigés vers l'axe de l'antenne.
  13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'alimentation (160) de la première antenne (100) est excentrée par rapport à l'axe (Z) de l'antenne.
  14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, prise en combinaison avec les revendications 2 et 7, caractérisé par le fait que la tige (210) fait saillie sur la face du substrat (20) qui porte les lignes d'alimentation (150).
  15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il comprend deux accès : l'un (202) centré pour la deuxième antenne (200), l'autre (160) excentré pour la première antenne (100).
  16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'il comprend trois modules (10) disposés selon trois axes respectivement orthogonaux deux à deux.
  17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé par le fait qu'il comprend un plan de masse (300) sous jacent à chaque module (10), qui supporte les moyens de connexion.
  18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend 6 capteurs (100, 200) constituant une antenne à 6 accès décorrélés.
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