EP1475860A1 - Device forming antenna, sensor or electromagnetic probe - Google Patents
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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
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- 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
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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- 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
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- 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
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- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—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.
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des antennes, capteurs ou sondes électromagnétiques.The present invention relates to the field of antennas, sensors or electromagnetic probes.
La présente invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, au domaine de la métrologie et des systèmes de télécommunications mobiles (3G, 4G).The present invention applies in particular, but not exclusively, in the field of metrology and systems of mobile telecommunications (3G, 4G).
Elle permet d'atteindre des fréquences supérieures au GHz.It allows frequencies higher than GHz to be reached.
De nombreuses structures d'antennes et de capteurs ou sondes électromagnétiques ont déjà été proposées.Many antenna structures and sensors or probes electromagnetic have already been proposed.
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.We know in particular 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). However generally the structures of this known type presents non-isotropic diagrams.
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.It was also proposed to group several antennas basic to simultaneously record multiple polarizations associated with different viewing angles. Such antennas, say "Decorrelated" have complementary diagrams and polarizations.
La présente invention a maintenant pour but principal de proposer un dispositif présentant des propriétés supérieures à celles des dispositifs antérieurs connus.The main object of the present invention is now to provide a device having properties superior to those of the devices known prior.
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.The present invention has in particular an auxiliary aim to propose a device with a maximum of decorrelated sensors. Such 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.
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.The above object is achieved in the context of the present invention by to 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.
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.
- the second antenna of the module comprises a dipole consisting of a metal rod with coaxial excitation,
- the dipole of the second antenna comprises a sleeve of electrically conductive material, which surrounds the metal rod,
- the sleeve is connected to an electrically conductive ground plane,
- the radiating elements composing the first antenna have an axial symmetry,
- the first antenna comprises a multiple of two radiating elements,
- the device comprises three modules arranged along three axes respectively orthogonal two by two,
- the device comprises 6 sensors constituting an antenna with 6 uncorrelated accesses.
A titre de documents antérieurs, le déposant cite WO00/79649, US-4814777 et FR-2797098.As prior documents, the applicant cites WO00 / 79649, US-4814777 and 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.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.
L'invention se distingue au moins par 3 aspects de ce document.The invention is distinguished at least by 3 aspects of this 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).Firstly, the invention relates to a device comprising two
antennas each having their respective access. On the contrary, it is clear that
according to WO00 / 79649 the compensation element is not connected to a
excitation network (see
En second lieu, rien dans le document WO00/79649 ne suggère une pluralité d'éléments rayonnants synthétisant en combinaison une boucle. Second, nothing in WO00 / 79649 suggests a plurality of radiant elements synthesizing a loop in combination.
En troisième lieu, le document WO00/79649 concerne exclusivement de la polarisation circulaire alors que l'invention utilise des polarisations linéaires, Verticale et Horizontale.Third, document WO00 / 79649 relates exclusively of circular polarization while the invention uses polarizations linear, Vertical and Horizontal.
Rien dans US-4814777 ne suggère une antenne formée par une pluralité d'éléments rayonnants synthétisants en combinaison, une boucle.Nothing in US-4814777 suggests an antenna formed by a plurality of radiant synthesizing elements in combination, a loop.
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.And document FR-2797098 cannot make up for this deficiency. Fact, 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.
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.It will also be noted that in FR-2797098, the main radiation takes place in the direction normal to the metallization plane while in the invention, the radiation takes place in the plane of metallization.
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.
- FIG. 1 represents a first plan view of a plate making up a module according to the present invention,
- FIG. 2 represents a second plan view, opposite the first, of a plate making up a module according to the present invention,
- FIG. 3 represents a schematic view in axial section of a dipole making up a vertically polarized antenna of the module according to the present invention,
- FIG. 4 represents the energy radiation diagram of this antenna with vertical polarization alone in a plane passing through the axis of the antenna,
- FIG. 5 represents a partial diagrammatic view in exploded perspective of another antenna with horizontal polarization according to the present invention produced in printed technology,
- FIG. 6 represents the energy radiation diagram of this antenna with horizontal polarization alone in four planes passing through the axis of the antenna,
- FIG. 7 represents the variation, as a function of frequency, of the Standing Wave Ratio of the vertical polarization antenna illustrated in FIG. 3,
- FIG. 8 represents the variation, as a function of frequency, of the Stationary Wave Ratio of the horizontally polarized antenna illustrated in FIG. 5,
- FIG. 9 represents the variation, as a function of the frequency, of the insulation between these two antennas,
- FIG. 10 represents a diagram of energy radiation from the horizontally polarized antenna,
- FIG. 11 represents, in a module in accordance with the present invention, the energy radiation diagram of the horizontally polarized antenna in four planes passing through the axis of the antenna, extracted from FIG. 10,
- FIG. 12 represents, in a module in accordance with the present invention, the energy radiation diagram of the same antenna with horizontal polarization in a plane orthogonal to the axis of the antenna, extracted from FIG. 10,
- FIG. 13 represents a diagram of energy radiation from the vertically polarized antenna,
- FIG. 14 represents, in a module in accordance with the present invention, the energy radiation diagram of the vertically polarized antenna in four planes passing through the axis of the antenna, extracted from FIG. 13,
- FIG. 15 represents, in a module in accordance with the present invention, the energy radiation diagram of the same antenna with vertical polarization in a plane orthogonal to the axis of the antenna, extracted from FIG. 13, and
- FIG. 16 represents a schematic perspective view of an antenna according to a preferred embodiment of the present 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. As indicated previously, the device in accordance with this
invention comprises at least one
Arbitrairement ces deux antennes 100 et 200 seront dénommés
antenne à polarisation horizontale 100 et antenne à polarisation verticale
200.Arbitrarily these two
On va maintenant décrire la structure de l'antenne 100 à polarisation
horizontale en regard de la figure 5.We will now describe the structure of the
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.This
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.It comprises a substrate of electrically insulating
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.The
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.The radiating
Les éléments rayonnants 110 sont symétriques par rapport à l'axe Z.The radiating
Il est de préférence prévu un nombre d'éléments rayonnants 110 multiple de 2.A number of radiating elements is preferably provided 110 multiple of 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.As can be seen in particular in FIG. 2 according to a mode of
particular embodiment of the present invention, the polarization antenna
horizontal 100 is formed of a metallization comprising 4
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.The heads or
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.Typically the cumulative length of the two
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.There are thus formed 4 pairs of
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.The
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.The
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.The
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.These are themselves linked by a network of
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.The lengths and widths of the radiating
La liaison du réseau de pistes 156 au connecteur précité est
référencé 160 sur les figures annexées. The link of the
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.It will be noted that this
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.Preferably the supply of the
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.The polarization of this
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.The energy radiation diagram of
On va maintenant décrire la structure de l'antenne 200 à polarisation
verticale en regard de la figure 3.We will now describe the structure of the
Cette antenne 200 est inspirée des moyens décrits et illustrés dans
le document FR-A-2 819 640.This
Elle est formée d'un dipole à base d'une tige métallique 210 associée
à une excitation coaxiale.It is formed by a dipole based on a
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.As illustrated schematically in FIG. 3, the
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.The
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. If necessary, the
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.The direction of the electric field of such an
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).The energy radiation diagram of
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.Note that the radiation patterns of
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.The
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.These two accesses allow the field to be saved simultaneously electric according to the two polarizations respectively parallel to the strands radiant 110 (called horizontal polarization) and parallel to the rod 210 (called vertical polarization) with the same type of diagram.
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.As illustrated in FIG. 16, three
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.More precisely in this context preferably a
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.These ground planes 300 serve as fixing means for the 3
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.Figures 7 and 8 respectively represent the Wave Ratio
Stationary (ROS) of a
Le ROS de l'antenne verticale 200 vaut 1,38 à la fréquence de
2012,5MHz.The ROS of the
Le ROS de l'antenne horizontale 100 vaut 1,13 à la fréquence de
2012,5 MHz.The ROS of the
L'isolation entre les deux antennes est illustrée sur la figure 9. Elle vaut 35 dB à la fréquence de 2012,5 MHz.The insulation between the two antennas is illustrated in Figure 9. It is 35 dB at the frequency of 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.The antenna radiation energy diagram 100 to horizontal polarization is illustrated in figure 10. The directivity is 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°.Figure 11 shows the diagram in four planes passing through the Z axis, respectively for ϕ = - 45 °, ϕ = 0 °, ϕ = + 45 °, ϕ = + 90 °, with variable from - 180 ° to + 180 °.
La figure 12 représente le diagramme dans le plan = 90°, avec ϕ variable de - 180° à + 180°.Figure 12 shows the diagram in the plane = 90 °, with ϕ variable from - 180 ° to + 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°.These diagrams have good symmetry around the Z axis with a ripple level of 3 to 4 dB between the 0 ° and 90 ° planes and the plans at + 45 ° and - 45 °.
Ce phénomène résulte de la synthèse du dipole magnétique réalisé avec 4 dipoles électriques horizontaux.This phenomenon results from the synthesis of the magnetic dipole produced with 4 horizontal electric dipoles.
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.The energy radiation diagram of
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°.Figure 14 shows the diagram in four planes passing through the Z axis, respectively for ϕ = - 45 °, ϕ = 0 °, ϕ = + 45 °, ϕ = + 90 °, with variable from - 180 ° to + 180 °.
La figure 15 représente le diagramme dans le plan = 90°, avec ϕ variable de - 180° à + 180°.Figure 15 shows the diagram in the plane = 90 °, with ϕ variable from - 180 ° to + 180 °.
Comme on le voit sur ces figures le diagramme de l'antenne 200
présente une symétrie quasi-parfaite autour de l'axe Z. As can be seen in these figures, the diagram of
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.Of course, the present invention is not limited to the mode of particular embodiment which has just been described, but extends to all variants conform to his spirit.
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.The present invention provides a multi-sensor system compact with similar radiation patterns while being strongly decorrelated by polarization.
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.The system according to the present invention can operate in
identical or different frequency bands for the
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.Furthermore, the present invention is not limited to a system
comprising 3
Claims (18)
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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