EP1690317B1 - Antenne en reseau multi-bande a double polarisation - Google Patents

Antenne en reseau multi-bande a double polarisation Download PDF

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EP1690317B1
EP1690317B1 EP04805601A EP04805601A EP1690317B1 EP 1690317 B1 EP1690317 B1 EP 1690317B1 EP 04805601 A EP04805601 A EP 04805601A EP 04805601 A EP04805601 A EP 04805601A EP 1690317 B1 EP1690317 B1 EP 1690317B1
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EP
European Patent Office
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row
array antenna
antenna according
radiating elements
radiating element
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EP1690317B8 (fr
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Mostafa Jelloul
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Itas Itas International Telecommunications And Ser
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ITAS ITAS International Telecommunications and Services
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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
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • 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
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • 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
    • H01Q5/42—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more imbricated arrays

Definitions

  • the present invention relates to multi-band network antennas used in particular in base stations of cellular radio networks.
  • Second-generation systems such as GSM900, GSM1800 and DCS 1800
  • new third-generation systems such as UMTS systems.
  • cellular networks compatible with second generation systems and new third generation systems are required.
  • operators typically migrate existing cellular networks that were intended only for second-generation systems to networks that are compatible with both second-generation and third-generation systems.
  • GSM and / or DCS multi-band antennas
  • GSM / UMTS and tri-band antennas.
  • GSM / DCS / UMTS band e.g. GSM / DCS / UMTS band.
  • These antennas are constituted from a network antenna comprising several sets of radiating elements each operating in a distinct frequency band.
  • US 6,211,841 proposes such a multi-band network antenna.
  • the network antenna comprises a first set of radiating elements operating in a first central wavelength frequency band ⁇ 1, a second set of radiating elements operating in a second central wavelength frequency band ⁇ 2 and a plan of mass.
  • the first set of radiating elements is arranged in two columns spaced from each other by a distance less than ⁇ 1.
  • the radiating elements of the first and the second set are intercalated, and the radiating elements of the second set are distant from each other by less than ⁇ , the ratio ⁇ 2 on ⁇ 1 being between 0.25 and 0.75.
  • the second set of radiating elements is arranged in two columns spaced from each other by a distance less than ⁇ 2, which are interposed between the two columns of the first set of radiating elements.
  • WO 02/084790 also proposes a network antenna capable of operating simultaneously in two different frequency bands, in double polarization.
  • the two bands are respectively centered around a low frequency f1 and a high frequency f2, with a ratio f2 / f1 less than 1.5.
  • the array antenna has a first row of bipolar antenna elements aligned along a first vertical axis and operating at the high frequency f2.
  • the array antenna further comprises a second row of bipolar antenna elements aligned along a second vertical axis, and operating at the low frequency f1.
  • the pitch between the elements of the second row is the same as that of the first row and the second vertical axis is substantially parallel to the first axis.
  • the elements of the first row are offset from the elements of the second row, in the vertical direction and the two rows are spaced from each other.
  • US-A1-2002 / 0140618 discloses an antenna according to the preamble of claim 1.
  • the invention improves the situation.
  • a third row of radiating elements is further mounted on the ground plane, parallel to the first and second rows, the third row being capable of operating in a third frequency band and arranged so that the second row is interposed at an equal distance between the first row and the third row, while each elementary cell further comprises two radiating elements of the third row, the radiating element of the second row being arranged to see the two adjacent radiating elements from the third row symmetrically and at a right angle.
  • Each radiating element of the third row may comprise two crossed dipoles arranged to operate in broadband and in double polarization.
  • the figure 1C represents a "side-by-side" configuration of a multi-band network antenna, in particular a tri-band network, see for example US-A1-2002 / 0140618.
  • the multi-band network antenna 1 comprises three rows of independent single-band radiating elements 10, 20 and 30 arranged side-by-side, parallel, and oriented in the direction of the longitudinal axis AA ', which is generally vertical to the ground.
  • the first row of radiating elements 10 operates in a first frequency band, in particular in the DCS frequency band ([1710 MHz, 1880 MHz]).
  • the third row of radiating elements 30 operates in a third frequency band, particularly in the UMTS frequency band ([1920 MHz, 2170 MHz]).
  • the second row of radiating elements 20 operates in a second frequency band, generally lower than the first and the third frequency band, in particular in the GSM frequency band ([870 MHz, 960 MHz]). It is interposed between the first and the third row.
  • These three rows are arranged on the same conductive ground plane or reflector 4.
  • the figure 1 A represents a configuration in "nested rows" in which the first row 10 'and the third row 30' are mixed: in each of these rows, a DCS radiating element of the first frequency band is followed by a UTMS radiating element of the third frequency band.
  • the second row 20 'of GSM radiating elements of the second frequency band is interposed between the first and the third row.
  • This configuration has the disadvantage of requiring a reduced spacing between a radiating element of the first row 10'A and the element opposite the third row 30'A and between a radiating element of the first row 10 ' A and the radiating element of the same nearest frequency band in the third row 30'B.
  • This reduced spacing must indeed be typically less than 0.33 ⁇ , where ⁇ is the wavelength in the first or in the third frequency band, and therefore practically does not allow the interposition of bipolarized radiating elements, such as crossed dipoles of the half-wave type.
  • the Figure 1B represents a configuration in "superimposed rows” in which the three rows are superimposed in a longitudinal direction AA 'so that UMTS radiators of the third row 30 "and GSM radiators of the second row 20" are superimposed on a first part 100, for example the element 30 "A and the element 20" B, and DCS radiating elements of the first row 10 "and GSM radiating elements of the second row 20" are superimposed on a second part 200, for example the element 10 "A and the element 20” A.
  • This configuration has the disadvantage of requiring an antenna height which is too great, especially for a tri-band antenna for which the number of DCS and UMTS radiating elements required is greater than the number of GSM radiating elements.
  • the antenna height would typically be around 2600 mm, which is the upper limit generally tolerated by mobile telecommunications operators.
  • the antenna height would increase to 3600mm.
  • the configuration in “side-by-side rows” of the figure 1C is preferable to “nested rows” or “stacked rows” configurations because it is not subject to the reduced spacing constraint between the radiating elements nor to the large antenna height constraint. It offers the possibility of easily modulating the number of radiating elements according to the need for antenna directivity in each of the frequency bands, independently of the other frequency bands. In addition, it offers the decisive advantage of allowing the independent misalignment of each beam formed in the vertical plane by each of the networks (or rows) composing the multi-band antenna.
  • This beam offset (or "tilt” in English) of a given network is indeed obtained by an electrical means which consists in creating a constant phase shift between the successive radiating elements of this network, thus avoiding a mechanical inclination of a set of the multi-band antenna.
  • the multi-band network antenna according to the invention is based on a configuration in "side-by-side rows".
  • squint effects are often observed in the horizontal plane (transverse plane to the reflector) associated with the horizontal plane. lack of symmetry in the network structure. This phenomenon is manifested by unsymmetrical horizontal radiation patterns.
  • conventional networked multi-band antennas which have a "side-by-side” configuration, it is also possible to encounter a strong mutual coupling problem between the orthogonal polarization channels of the same row of a multi-antenna. band, said intra-band coupling and / or between the different rows of a multi-band antenna, said inter-band coupling.
  • decoupling are commonly of the order of 20dB and generally less than 25dB, while in many applications, especially in the Telecommunications with mobiles, it is required to have at least 30dB.
  • the invention proposes to improve the decoupling between the orthogonal polarization channels of the first row (DCS), of the second row (GSM) and of the third row (UMTS), as well as the symmetry of the radiation patterns of the antenna.
  • the multi-band network antenna according to the invention comprises a set of elementary cells, aligned in the direction of the longitudinal axis AA ', and corresponding to a chosen arrangement of the three rows of radiating elements 10, 20 and 30 of the figure 1C .
  • the respective axes of the first, second and third rows are parallel to the longitudinal axis AA '.
  • the Figure 2A is a top view of an elementary cell 5 of the network antenna 1, according to a first embodiment of the invention.
  • Each elementary cell of a multi-band network antenna according to the invention comprises a radiating element of the second row 20C and two radiating elements 10A and 10B of the first row.
  • the radiating element of the second row 20C thus sees the radiating elements 10A and 10B of the first row symmetrically and at a right angle.
  • the radiating elements of the first row 10 and the second row 20 are wideband dual polarized dipoles.
  • Each elementary cell of a multi-band network antenna according to the invention further comprises two radiating elements 30A and 30B of the third row.
  • the radiating element of the second row 20C also sees the radiating elements 30A and 30B of the third row symmetrically and at a right angle.
  • the first row of radiating elements 10 operates in a first frequency band, in particular in the DCS frequency band ([1710 MHz, 1880MHz])
  • the third row of radiating elements 30 operates in a third frequency band, notably in the UMTS frequency band ([1920MHz, 2170MHz])
  • the second row of radiating elements 20 operates in a second frequency band , generally lower than the first and the third frequency band, especially in the GSM frequency band ([870 MHz, 960 MHz]).
  • the frequency band of the first row 10 may be substantially greater than the frequency band of the second row 20.
  • the frequency band of the third row 30 may be substantially greater than the frequency band of the second row 20.
  • the ratio between the center frequency of the frequency band of the first row 10 and the center frequency of the frequency band of the second row 20 is substantially between 1.5 and 2.5.
  • the ratio between the center frequency of the third row frequency band 30 and the center frequency of the second row frequency band 20 may be substantially between 1.5 and 2.5.
  • the Figure 2A shows a "virtual" square outline 9 dotted, delimiting the elementary cell 5.
  • S1, S2, S3 and S4 are arranged the two radiating elements 10A and 10B of the first row and the two radiating elements of the third row 30A and 30B.
  • the radiating element of the second row 20C is arranged in the center of the virtual square.
  • Each radiating element of the third row also comprises two crossed dipoles arranged to operate in broadband and double polarization.
  • the second row 20 is interposed equidistant from the first row 10 and the third row 30.
  • the radiating elements of the first row and the elements of the third row may be of the same type and in particular identical.
  • each of the radiating elements of the first, second and third rows 10A, 10B, 30A, 30B and 20C is of the conventional half wave crossover dipole type disposed above the reflector at a height of the order of a quarter wave.
  • the radiating element comprises two radiating dipoles 6 and 7 each constituted by two strands of collinear conductors 6a-6b and 7a-7b.
  • the two strands 6a-6b (respectively 7a-7b) of each pair are aligned on the same alignment axis ⁇ ( ⁇ ') and the alignment axes of the two pairs of strands intersect at right angles at a crossing point 0.
  • the alignment axes of the two pairs of strands correspond to the two orthogonal polarization paths offset by an angle of ⁇ 45 ° with respect to the longitudinal axis AA '.
  • the radiating element further comprises a conventional device for feeding the dipoles 6 and 7 of the balun type.
  • the radiating element of the second row 20C has physical dimensions greater than those of the radiating elements of the first row 10A and 10B. These dimensions are related to the wavelength in the operating frequency band of the second row 20.
  • the radiating elements of the third row 30A and 30B have dimensions substantially equal to those of the radiating elements of the first row 10A and 10B .
  • each radiating element is arranged so that the respective alignment axes ⁇ ( ⁇ ') of the two pairs of strands are oriented by 45 ° with respect to the longitudinal axis AA'.
  • the strands of the central radiating element of the second row 20C may extend above the other radiating elements of the cell 10A, 10B, 30A and 30B.
  • the pitch P 1 between two adjacent radiating elements of the first row 10, for example between the elements 10A and 10B, is substantially the same as the pitch P3 between two adjacent radiating elements of the third row 30, for example between the elements 30A and 30B.
  • the arrangement of the first row 10 (DCS) and the third row 30 (UMTS) with respect to the second central row 20 (GSM), as well as the spacing transverse Q between the first row and the third row 10 and 30 have a great influence on the decoupling between these two rows of radiating elements on the one hand and between the two orthogonal polarizations of the same row on the other hand, in particular between the orthogonal polarizations of the radiating elements of the second row 20.
  • the spacing Q is preferably of the order of one wavelength in the operating frequency bands of the two lateral rows 10 and 30 (rows DCS and UMTS), in order to promote the decoupling between these two rows.
  • the Q spacing may be 155mm if we consider the average wavelength of the full band [1710MHz, 2170MHz].
  • the spacing Q between the first row (DCS) and the third row (UMTS) may be substantially equal to the pitch P1 between two adjacent radiating elements of the first row 10, which may itself be equal to the pitch P3 between two adjacent radiating elements of the third row 30.
  • the elementary cell represented on the Figure 2A in fact has a symmetry with respect to the GSM radiating element of the second row 20C.
  • the two diagonals of the virtual square 9 at the center of which is disposed the GSM radiating element indeed coincide with the two alignment axes ⁇ and ⁇ 'pairs of orthogonal strands 6 and 7 (orthogonal polarizations) of the GSM radiating element. It is the same with the two axes of alignment of the orthogonal polarizations of the DCS elements of the first row 10A, 10B and UMTS of the third row 30A, 30B.
  • This symmetry of the elementary cell makes it possible to obtain a decoupling between the two orthogonal polarizations of the GSM radiating element of the second row which corresponds practically to the decoupling that the GSM radiating element would have if it were isolated.
  • Decoupling greater than 30dB can be observed in the GSM frequency band.
  • a decoupling greater than 30 dB can be observed between the two orthogonal polarizations of the radiating elements of the first row in the DCS band
  • a decoupling greater than 29 dB can be observed between the two orthogonal polarizations of the radiating elements of the third row. in the UMTS band.
  • the decoupling between the DCS radiators of the first row and UMTS of the third row may be greater than 28 dB in the DCS band and greater than 30 dB in the UMTS band, all polarizations combined (parallel and orthogonal polarization channels).
  • the half-power widths of the horizontal radiation patterns are observed around 90 ° in the GSM band and around 65 ° in the DCS and UMTS bands.
  • the ratio between the pitch P2 between two adjacent radiating elements of the second GSM row and the pitch P1 between two adjacent radiating elements of the first row DCS is substantially between 1.5 and 2.5, especially when the band of frequency of the second row is substantially lower than that of the first and third row.
  • the pitch P2 between the radiating elements GSM of the second row 20 is substantially twice the pitch P1 between two adjacent elements DCS of the first row 10, by way of non-limiting example.
  • the pitch P2 may be chosen in particular between 260mm and 310mm.
  • pitch P2 may be chosen equal to 310mm, and pitch P1 and P3 to 155mm.
  • the half-power aperture of the radiation patterns in the plane that is transverse to the reflector and perpendicular to the longitudinal axis AA 'of the array antenna (hereinafter referred to as " horizontal plane "), is around 65 °.
  • the Applicant has observed that the surface and the shape of the radiating strands of the DCS elements of the first row and the UMTS radiators of the third row have an effect on the directivity of the radiation patterns of the central GSM element of the second row, and in particular on the half-power width of the diagrams in the horizontal plane. Therefore, the DCS and UMTS radiating elements can be chosen according to the desired opening of the radiation patterns of the GSM central element in the horizontal plane.
  • the figure 3 is a top view of two successive elementary cells 51 and 52 of the multi-band network antenna, according to a second embodiment of the invention.
  • the DCS radiating elements of the first row 10 are identical to the UMTS radiating elements of the third row 30.
  • the GSM radiating elements of the second row 20 are again of the half-wave cross dipole type as in FIG. Figure 2A .
  • Each cell 51 comprises a radiating element 20C (respectively 20E) of the second row 20 (GSM) arranged in the center of a virtual square with vertices of which two radiating elements 10A and 10B (respectively 10C and 10D) are placed. of the first row 10 (DCS) and two radiating elements 30A and 30B (respectively 30C and 30D) of the third row (UMTS).
  • GSM second row 20
  • the pitch P1 of the first row 10 is substantially equal to the pitch P3 of the third row 30 and to the spacing Q between the first and third rows.
  • the pitch P2 of the second row 20 is substantially twice the pitch P1 of the first row.
  • the figure 7 represents a radiating element of the first or third row. Such a radiating element has been proposed in the French patent application N ° 0206852 .
  • the figure 7 shows a dashed virtual square outline 71, whose side length is "a".
  • the radiating element shown comprises four metal radiating plates 2a, 2b, 2c, 2d, of square shape, whose side length is "c". These four plates are juxtaposed in the same plane inside the virtual square 71.
  • the square plates 2a and 2c have a common diagonal, that is to say located substantially on the same alignment axis ⁇ 3 ; likewise, the plates 2b and 2d have a common diagonal, that is to say situated substantially on the same alignment axis ⁇ 4 .
  • the term "diagonal" is used here with reference to the square in which each plate is inscribed.
  • alignment axes ⁇ 3 , ⁇ 4 which are diagonals common to the two pairs of respective plates, intersect at right angles to a cross point "O" located between the plates of each pair or dipole.
  • the alignment axes ⁇ 3 , ⁇ 4 also form the diagonals of the dashed virtual square 71.
  • the two orthogonal pairs of plates thus generate two orthogonal electric fields to one another.
  • the pair 2a, 2c generates an electric field parallel to the axis ⁇ 3 and the pair 2b, 2d generates an electric field parallel to the axis ⁇ 4 .
  • the polarization planes are at an angle of +/- 45 ° with respect to the longitudinal axis VV 'of the figure 7 which passes in the gap between the plates 2a, 2b on the one hand, and 2c, 2d on the other hand.
  • the plates 2a, 2b, 2c, 2d may be recessed, and each comprise a hole 79, substantially of the same shape, for example a circular hole centered at the point of intersection of the diagonals of the square defined by each plate. This helps to lighten their weight.
  • the four outer corners of the plates 2a, 2b, 2c, 2d located at the ends of the two alignment axes ⁇ 3 and ⁇ 4 can also be cut along sectional planes perpendicular to the alignment axes; this cut is substantially identical on the four corners to maintain the geometric symmetry of the two polarization paths.
  • Such radiating elements used in the first row and in the third row of the figure 3 are arranged so that the alignment axes ⁇ 3 and ⁇ 4 form an angle of 45 ° with respect to the longitudinal axis AA '.
  • the strands of the central radiating element of the second row 20C may further extend above the other radiating elements of the cell 10A, 10B, 30A and 30B (respectively 10C, 10D, 30C and 30D).
  • the half-power aperture of the GSM radiating element diagrams of the second row in the horizontal plane is around 65 ° throughout the GSM frequency band (from 870 MHz to 960 MHz).
  • the diagrams of the DCS radiators of the first row and UMTS radiators of the third row 30 also have a half-power aperture around 65 ° in the plane. horizontal and in their respective frequency bands.
  • the figure 4 represents a cell 53 according to a third embodiment of the invention.
  • the DCS radiators of the first row 10 and the UMTS radiators of the third row 30 are of the same type as in FIG. figure 3 .
  • the cell 53 comprises a radiating element 20C of the second row 20 (GSM), arranged at the center of a virtual square 9 at the vertices of which are placed two radiating elements 10A and 10B of the first row 10 and two radiating elements 30A and 30B of the third row 30.
  • GSM second row 20
  • the pitch P1 of the first row 10 is substantially equal to the pitch P3 of the third row 30 and to the spacing Q between the first and third rows.
  • the figure 8 is a top view of the central radiating element 20C of the second row.
  • the figure 8 shows a dashed virtual square outline 71 'whose side length is "a".
  • the radiating element shown comprises four metal radiating plates 2a ', 2b', 2c ', 2d', of the same geometric shape and of the same dimensions. These four plates are juxtaposed in the same plane inside the virtual square 71 '.
  • the plates 2a 'and 2c' have a common diagonal, that is to say located substantially on the same alignment axis ⁇ 3 '; likewise, the plates 2b 'and 2d' have a common diagonal, ie located substantially on the same alignment axis ⁇ 4 .
  • alignment axes ⁇ 3 ' ', ⁇ 4 ' which are diagonals common to both pairs of plates, intersect at a right angle at a crossing point O' located between the plates of each pair or dipole.
  • the alignment axes ⁇ 3 ', ⁇ 4 ' also form the diagonals of the dashed virtual square 71 '.
  • Each plate comprises a deep recess inward from the outer corners which are located on the alignment axes ⁇ 3 ' ', ⁇ 4 '. So each plate has a shape general triangle with a recess from the base of the triangle so that the radiating element has a general shape of cross, whose branches have substantially a length c '.
  • the two pairs of plates thus generate two electric fields orthogonal to each other.
  • the pair 2a ', 2c' generates an electric field parallel to the axis ⁇ 3 'and the pair 2b', 2d 'generates an electric field parallel to the axis ⁇ 4 '.
  • the polarization planes are at an angle of +/- 45 ° with respect to the longitudinal axis VV 'of the figure 8 which passes in the gap between the plates 2a ', 2b' on the one hand, and 2c ', 2d' on the other hand.
  • the plates 2a ', 2b', 2c ', 2d' can be recessed, and each comprise a perforation 79 ', substantially of the same shape, to lighten their weight.
  • This radiating element used in the second row 20 of the figure 4 , is arranged in the network so that its alignment axes ⁇ 3 ' , ⁇ 4 ' which define the polarization planes form an angle of +/- 45 ° with respect to the longitudinal axis AA 'of the network.
  • the radiating element of the figure 8 can also be used in the first row 10 as DCS radiating element and / or in the third row 30 as UMTS radiating element.
  • transverse metal partitions 8 may be provided. They include in particular elementary transverse partitions 80 between two adjacent elements of the first row, for example between the element 10A and 10B, and between two adjacent elements of the third row, for example between the element 30A and 30B. They are placed substantially equidistant from adjacent elements they separate.
  • longitudinal metal partitions 90 may also be provided, in each elementary cell, between an element of the first row and the element opposite the third row, for example between the elements 10A and 30A, and between the elements 10B and 30B. They are placed substantially equidistant from the elements they separate and therefore along the axis of the second row 20.
  • the figure 5 is a cross-sectional view of cell 53 of the figure 4 along the BB 'axis.
  • the elementary transverse partitions 80 have a height H4 less than the height Z1 of the radiating elements 10B of the first row (DCS) and the height Z2 of the radiating elements 30B of the third row (UMTS).
  • the longitudinal partitions 90 have a height H3 less than the height Z1 of the radiating elements 10B of the first row (DCS) and the height Z2 of the radiating elements 30B of the third row (UMTS).
  • the height Z1 of the radiating elements 10B of the first row (DCS) and the height Z2 of the radiating elements 30B of the third row (UMTS) may be of the order of a quarter of a wave in the highest frequency band.
  • the height Z3 of the radiating elements (GSM) of the second row may be substantially greater than the height Z1 of the radiating elements 10B of the first row (DCS) and the height Z2 of the radiating elements 30B of the third row (UMTS).
  • the reflector 4 further comprises walls 41 and 42 on these edges. These walls may have a height H1 and H2 substantially less than the height of the radiating elements of the first and third row.
  • the height H4 of the elementary transverse partitions 80 may be between about 18 mm and about 25 mm
  • the height Z1 of the radiating elements 10B of the first row (DCS) may be equal to the height Z2 of the radiating elements 30B of the third row (UMTS) and be of the order of 37 mm.
  • the longitudinal partitions 90 may have a height H3 of between about 18 mm and about 25 mm.
  • the height Z3 of the radiating elements of the second row may be between 55 and 82 mm.
  • the longitudinal partitions 90 make it possible to further improve the decoupling between the UMTS network (third row) and the DCS network (first row), in particular in the DCS frequency band.
  • the elementary transverse partitions 80 make it possible to further improve the decoupling between the two orthogonal polarizations of the same network, for example the UMTS network (third row) or the DCS network (first row).
  • the longitudinal partitions 90 also make it possible to better mirror the radiation patterns in the plane of the reflector, on either side of the main axis of radiation, which is perpendicular to the plane of the reflector.
  • each radiating element of the first and third rows 10A, 10B, 30A and 30B is thus surrounded by walls which comprise two elementary transverse partitions 80, a longitudinal partition 90 and a portion of the wall 41 or 42 of the reflector.
  • These walls form a square having a side equal to half the pitch P 1 of the first row, the pitch P1 being in particular equal to the pitch P3 of the third row.
  • the partitions 80 and 90 may or may not be in contact with each other, except at the level of the central radiating element 20C of the second row and they may or may not be in contact with the walls of the reflector, without the operation of the antenna substantially modified.
  • the transverse partitions 8 may comprise main metal partitions 800 arranged between two adjacent elementary cells of the array antenna, for example between the cells 51 and 52 of the antenna. figure 3 .
  • These main partitions 800 may extend over the entire width of the reflector 4. They may be provided, for example, to mechanically stiffen the reflector, if necessary, or to improve polarization decoupling between the adjacent radiating elements of the second row ( GSM).
  • Such main partitions 800 may have a regular polygonal shape, as shown in the Figures 10 and 11 .
  • each main transverse partition 800 may comprise a central portion 801 and two peripheral portions 802 and 803 of lower height than the central portion 801.
  • the width Le of the central portion 801 may be of the order of a quarter wave in the GSM band, for example 80mm.
  • the height Zc of the central portion 801 may be substantially less than the height of the central element GSM, but substantially greater than the height of the walls of the reflector 4. For example, it may be equal to 50mm.
  • the height Zp of the edges of the peripheral portions 802 and 803 may be substantially equal to the height of the walls of the reflector.
  • the figure 6 is a top view of a tri-band network antenna 1 according to the invention.
  • the first row 10 comprises 9 DCS radiating elements
  • the third row 30 comprises 9 UMTS radiating elements
  • the second row 20 comprises 9 GSM radiating elements.
  • the elementary cell 5 is of the type represented on the figure 3 , and the network comprises transverse partitions 8 and longitudinal partitions 90.
  • the transverse partitions 8 comprise the elementary partitions 80 and the main partitions 800.
  • the width of the reflector which is generally of the order of the wavelength in the lowest frequency band (GSM), may be about 260mm.
  • the length of the reflector which is proportional to the number of radiating elements used and the pitch of the rows, in particular of the GSM array, may be of the order of 2600 mm.
  • the half-power aperture of the horizontal radiation patterns is substantially of the order of 65 ° in the three GSM, DCS, UMTS frequency bands.
  • the gains with respect to the isotropic are substantially of the order of 17dBi in the GSM band and of the order of 18dBi in the DCS and UMTS frequency bands.
  • the fact of using radiating elements of the same type and substantially identical in the first row (DCS) and the third row (UMTS) has the advantage of providing horizontal radiation diagrams in the symmetrical GSM band on either side of the main axis of radiation of the antenna.
  • the particular structure of the radiating elements of the first row (DCS) and the third row (UMTS), described with reference to the figure 7 allows these two rows to operate indifferently in one or other of the two DCS and UMTS frequency bands or, in other words, to operate in an expanded band (DCS-UMTS) covering both the band DCS and the UMTS band.
  • the tri-band antenna thus has 6 accesses, including 2 GSM accesses, one for each polarization (+ 45 ° / -45 °), 2 DCS-UMTS accesses and 2 other DCS-UMTS accesses.
  • the invention further provides a dual-band network antenna, for example operating in GSM / UMTS or GSM / DCS.
  • Each elementary cell of a bi-band network comprises a radiating element of the second row and two radiating elements of the first row.
  • the radiating element of the second row sees the radiating elements of the first row substantially symmetrically and at a right angle.
  • the radiating elements of the first row and the second row are broadband and double polarization dipoles of the dipole type described above.
  • the first row may comprise UMTS radiating elements and the second row may comprise GSM radiating elements for a GSM / UMTS antenna.
  • the first row may comprise DCS radiating elements and the second row may comprise GSM radiating elements for a GSM / DCS antenna.
  • the Applicant has also observed that the architecture of the tri-band network antenna described above makes it possible to obtain such a dual-band antenna. It observed that all the radio properties of the antenna, the decoupling between the accesses, the radiation patterns, the adaptation of the impedances, etc. are substantially conserved when the radiating elements of the first row DCS (for a dual-band GSM / UMTS network) or the third row UMTS (for a dual-band GSM / UMTS network) are disconnected but physically present, that is, ie not powered.
  • the figure 9 is a top view of an elementary cell 54 of such a dual-band antenna not in accordance with the invention, in particular a dual-band antenna GSM / DCS (or GSM / UMTS or GSM / DCS-UMTS in enlarged band).
  • the third row (UMTS network) of the tri-band antenna according to the invention is replaced by a row of plates 300 of substantially identical shape to the radiating elements of the third row 30 described above.
  • the first row 10 has DCS radiating elements and the second row 20 has GSM radiating elements.
  • each elementary cell 54 comprises two radiating elements DCS, 10A and 10B, two plates, 300A and 300B, and a GSM element, 20C.
  • the support of the plates 300A and 300B can be simply a metal or insulating column fixed to the geometric center of the plates and to the reflector, the height of the plates relative to the reflector remaining the same as the height of the radiating elements replaced.
  • a dual-band antenna thus constituted has 2 GSM accesses and two UMTS or DCS or DCS-UMTS accesses (broadband).
  • the multi-band antennas according to the invention have the advantage of providing the same quality of service as second-generation single-band antennas.
  • the multi-band antennas in accordance with the invention make it possible, in particular, to have a radiation along two strongly decoupled orthogonal polarizations in each frequency band, inclined by +/- 45 ° with respect to the longitudinal direction, thus favoring the reception of the signals by polarization diversity.
  • the mobile signals received at an antenna are altered by a multipath propagation phenomenon.
  • Their reception following two strongly decoupled orthogonal polarizations makes it possible to have two statistically decorrelated signals whose additive processing by a diversity receiver makes it possible to significantly improve the signal-to-noise ratio on reception, which is the main measure of the quality of the communications.
  • the inclination of the beam ("tilt") of one of the networks composing the multi-band antenna can be achieved by an electrical phase shift means, which consists in creating a constant phase shift between the successive radiating elements of this network. , thus avoiding a mechanical inclination of the antenna as a whole.
  • an electrical phase shift means is proposed for example in the French patent application No. 0307483 .
  • the multi-band antennas according to the invention also have the advantage of providing good isolation between the orthogonal accesses of the same frequency band and between the inter-band access, which limits the interference between the high power signals. transmitted by one of the accesses and signals of very low power received by another access of the antenna, interference harmful to the quality of the communications.
  • an antenna according to the invention integrates two or three elementary antennas operating in two or three different communication systems (for example GSM / DCS / UMTS or GSM / DCS). The number of antennas required is thus minimized for a given base station. Different operators can also share the same antenna and consequently the number of sites of implantation of such stations is also reduced.
  • FIGS 12 and 13 are top views of an alternative embodiment of the radiating element of the second row 20C.
  • the Applicant has found that such a radiating element has properties that improve the overall performance of the network antenna according to the invention.
  • the figure 12 shows a radiating element inscribed in a square represented by a dashed line 71.
  • the radiating element represented has two dipoles D1 and D2
  • Each dipole D1 and D2 comprises a pair of coplanar conductive plates, of the same geometry respectively ⁇ D11, D12 ⁇ and ⁇ D21, D22 ⁇
  • Each plate D11, D12, D21 and D22 has an axis of symmetry
  • the two plates D11 and D12 of the dipole D1 are positioned with their axes of symmetry substantially aligned along the same alignment axis ⁇ .
  • the two plates D21 and D22 of the dipole D2 are positioned with their axes of symmetry substantially aligned along the same alignment axis ⁇ '.
  • the alignment axes ⁇ and ⁇ 'of the dipoles D1 and D2 intersect at right angles at a point of crossing between the four plates of the radiating element, as shown in Figures 12 and 13 the alignment axes ⁇ and ⁇ 'substantially coincide with the diagonals of the square 71 "and the crossing point O" substantially coincides with the center of the square 71 ".
  • Each plate of a dipole for example D11, comprises two lateral branches p11 and p11 'arranged so as to form a V, substantially open at 90 °, the tip of which is situated in the vicinity of the point of intersection 0 "of the element
  • the lateral branch p11 extends in particular along the axis VV 'whereas the lateral branch p11' is substantially perpendicular to the axis VV '
  • Each plate of a dipole further comprises an intermediate branch designated hereinafter by "strand”, for example b11, which extends between the two lateral branches, along the axis of alignment of the dipole, for example ⁇ .
  • the plate D12 has two lateral branches p12 and p12 'and a strand b21
  • the plate D22 has two lateral branches p12 and p12' and a strand b21
  • the plate D22 has two lateral branches p22 and p22 'and a strand b22 .
  • each plate for example the branches p11 and p11 'of the plate D11, can be hollowed out. Thus, they may have perforations 79 "to reduce their weight.In the embodiment of the figure 12 the perforations of the two branches intersect at the corresponding alignment axis ⁇ or ⁇ '.
  • the two pairs of dipoles D1 and D2 thus generate two orthogonal electric fields one to the other.
  • the pair D11, D12 generates an electric field parallel to the axis ⁇ and the pair D21, D22 generates an electric field parallel to the axis ⁇ '.
  • the polarization planes are at an angle of +/- 45 ° with respect to the longitudinal axis VV 'of the Figures 12 and 13 which passes in the gap between the plates D11 and D21 on the one hand, and D 12 and D22 on the other hand.
  • the radiating element of Figures 12 and 13 when used in the second row 20 (GSM) of the figure 4 , is arranged in the network so that its alignment axes ⁇ and ⁇ 'which define the polarization planes form an angle of +/- 45 ° with respect to the longitudinal axis AA' of the network.
  • the radiating element of Figures 12 and 13 allows for a low dispersion of the half-power aperture of the horizontal diagrams, as a function of frequency, in the UMTS and DCS bands. It also generates a relatively small strabismus in its GSM frequency band and improves the symmetry of the horizontal diagrams with respect to the main axis, in the UMTS and DCS frequency bands and for electrical inclination angles of the beam. overall antenna approximately between 0 ° and 10 ° to the ground.
  • the radiating element of the figure 13 is a variant of the radiating element of the figure 12 .
  • each lateral branch of a plate for example the lateral branch p11 of the plate D11, comprises a recess 79 "(1) disjoint from the recess 79" (2) of the other lateral branch p11 'of the same plate.
  • the end of the recess 79 "(1) and the end of the recess 79" (2), in the connection zone of the lateral branches, are separated from each other by at least a distance equal to the width d of strand b11 of the plate. This separation forms a conductive connection which makes it possible to reinforce the mechanical strength of the strands.
  • the general structure of the radiating element of the figure 13 then corresponds substantially to the superposition of the radiating strands of the radiating element of the figure 8 and the radiating element of the Figure 2B .
  • the radiating elements of the Figure 2B , of the figure 8 , of the figure 12 and some figure 13 can be fed or excited at their center in a similar way to create the two orthogonal polarizations in the two diagonal directions of the radiating elements.
  • the power supply may comprise electrical connections 60, as shown on the figure 7 and a balun which also serves as a support leg for the radiating element, as shown in FIG. figure 5 .
  • Such a feeding device is described for example in the French patent application FR 2,840,455 , filed in the name of the Applicant.
  • the radiating elements of the Figure 2B , of the figure 8 , of the figure 12 and some figure 13 considered in isolation have close radio properties, namely an opening of substantially equal diagrams (around 65 °), a low cross-polarization rate, a strong decoupling of the two orthogonal polarization channels in a wide frequency band, and a good impedance matching in a wide frequency band.
  • the radiating elements of the figure 12 and some figure 13 when used in the central row of the tri-band network according to the invention, provide more satisfactory performance than the radiating elements of the Figure 2B and some figure 8 .
  • the radiating element of Figure 2B "disturbs" the radiation of the UMTS and DCS rows slightly. This seems to be due to the fact that the radiating strands of such an element are oriented at 45 ° with respect to the axis of the UMTS and DCS rows, as shown in FIG. figure 3 .
  • the radiation patterns have, at least in certain situations, undesirable asymmetry phenomena in the horizontal plane and in the GSM frequency band, for large angles of inclination of the beam radiated by the antenna.
  • the radiating element of figure 8 generates radiation diagrams that exhibit relatively low asymmetry phenomena in the horizontal plane, in its GSM frequency band.
  • curve C1 corresponds to the radiation pattern in the horizontal plane for the + 45 ° polarization path and curve C2 corresponds to the radiation pattern in the horizontal plane for the polarization path - 45 °.
  • the dissymmetry phenomena may include a "tracking" phenomenon which results in a difference in the power levels transmitted (or received) by the antenna, in two directions of the horizontal plane, symmetrical with respect to the main axis of radiation XX '.
  • the phenomena of dissymmetry may further include a phenomenon of "strabismus" ("squint" in English). Strabismus appears when the maximum radiation is not in the main axis. It results in the difference in azimuth S between the maximum power point of the radiation pattern and the main axis XX '.
  • the main plane of polarization of the antenna comprises the plane containing the electric field E, said "plane E”, and the plane containing the magnetic field H, said "plane H".
  • the plane E and the plane H are orthogonal.
  • one of the main plane of polarization contains the axis ⁇ while the other plane contains the axis ⁇ '.
  • the main polarization planes are therefore inclined + 45 ° and -45 ° relative to the vertical plane containing the axis AA '.
  • the phenomena of dissymmetry can therefore be observed in the horizontal plane or in the vertical plane containing the axis AA '.
  • asymmetry phenomena are generally more troublesome in the horizontal plane than in the vertical plane.
  • the radiation pattern C1 of the + 45 ° polarization channel is generally symmetrical with the C2 radiation pattern of the -45 ° polarization path with respect to the main axis.
  • the tracking T1 on the radiation pattern C1 of the + 45 ° polarization channel, for a given direction is generally substantially equal to the tracking T2 on the C2 radiation pattern of the other polarization channel at -45 °, for the symmetrical direction.
  • the difference in power level, between a point A1 of the radiation pattern C1 of one of the polarization channels and a point A2 of the radiation pattern C2 of the other polarization path, both located in the same direction. direction is generally also referred to as a "pursuit" phenomenon.
  • Some radiating elements have, according to their structure, a phenomenon of "pursuit” more marked than others, in the frequency band where they operate.
  • the asymmetry phenomena in the GSM band depend on the type of GSM radiating element used in the central row.
  • the dissymmetry phenomena result from the general structure of the antenna itself, and in particular from the network configuration. It has been observed that it is possible to mitigate these dissymmetry phenomena by using the radiating elements of the figure 12 or from figure 13 in the central row of the network.
  • the radiating elements of Figures 12 and 13 can also be used as DCS radiators in the first row 10 and as UMTS radiators in the third row 30. For this, these radiating elements must be sized to operate in the corresponding frequency band (DCS and / or UMTS).
  • the radiating elements of Figures 12 and 13 are used in the three rows 10, 20 and 30. It has been found that such an embodiment provides satisfactory performance.
  • the invention is not limited to the embodiments described above. It encompasses all the embodiments that may be envisaged by those skilled in the art.
  • the radiating elements of the third row are not limited to the types of crossed-wave broadband and double-polarization dipoles described.

Description

  • La présente invention concerne les antennes en réseau multi-bandes utilisables notamment dans des stations de base des réseaux de radiocommunication cellulaires.
  • Les systèmes de communications mobiles existants comprennent d'une part des systèmes de deuxième génération tels que les systèmes GSM900, GSM1800 et DCS 1800 et d'autre part de nouveaux systèmes de troisième génération tels que les systèmes UMTS. Pour pouvoir exploiter ces nouveaux systèmes de troisième génération, des réseaux cellulaires compatibles avec les systèmes de deuxième génération et avec les nouveaux systèmes de troisième génération sont requis. Pour cela, les opérateurs réalisent généralement la migration des réseaux cellulaires existants qui étaient prévus uniquement pour les systèmes de deuxième génération vers des réseaux compatibles à la fois avec les systèmes de deuxième génération et avec les systèmes de troisième génération.
  • Les fournisseurs d'antennes de station de base doivent alors remplacer les antennes de deuxième génération existantes, par exemple GSM et/ou DCS, par des antennes multi-bandes de nouvelle génération, par exemple des antennes bi-bandes GSM/UMTS et tri-bande GSM/DCS/UMTS.
  • Ces antennes sont constituées à partir d'une antenne en réseau comprenant plusieurs ensembles d'éléments rayonnants fonctionnant chacun dans une bande de fréquences distincte.
  • US 6,211,841 propose une telle antenne en réseau multi-bande. L'antenne en réseau comporte un premier ensemble d'éléments rayonnants fonctionnant dans une première bande de fréquences de longueur d'onde centrale λ1, un deuxième ensemble d'éléments rayonnants fonctionnant dans une deuxième bande de fréquences de longueur d'onde centrale λ2 et un plan de masse. Le premier ensemble d'éléments rayonnants est agencé en deux colonnes espacées l'une de l'autre d'une distance inférieure à λ1. Les éléments rayonnants du premier et du deuxième ensemble sont intercalés, et les éléments rayonnants du deuxième ensemble sont distants entre eux de moins de λ, le rapport λ2 sur λ1 étant compris entre 0.25 et 0.75. Le deuxième ensemble d'éléments rayonnants est agencé en deux colonnes espacées l'une de l'autre d'une distance inférieure à λ2, qui sont interposées entre les deux colonnes du premier ensemble d'éléments rayonnants.
  • WO 02/084790 propose également une antenne en réseau capable de fonctionner simultanément dans deux bandes de fréquences différentes, en double polarisation. Les deux bandes sont centrées respectivement autour d'une fréquence basse f1 et d'une fréquence haute f2, avec un rapport f2/f1 inférieur à 1,5. L'antenne en réseau comporte une première rangée d'éléments d'antenne bipolaires alignés suivant un premier axe vertical, et fonctionnant à la haute fréquence f2. L'antenne en réseau comporte en outre une deuxième rangée d'éléments d'antenne bipolaires alignés suivant un deuxième axe vertical, et fonctionnant à la basse fréquence f1. Le pas entre les éléments de la deuxième rangée est le même que celui de la première rangée et le deuxième axe vertical est pratiquement parallèle au premier axe. Les éléments de la première rangée sont décalés par rapport aux éléments de la deuxième rangée, suivant la direction verticale et les deux rangées sont espacées l'une de l'autre.
  • US-A1-2002/0140618 divulgue une antenne selon le préambule de la revendication 1.
  • Pour que de telles antennes en réseau fonctionnent en tri-bande, il est nécessaire de leur ajouter des duplexeurs permettant de séparer les différentes bandes de fréquences. En outre, le découplage entre les différentes polarisations d'une même bande de fréquences ou de bandes de fréquences différentes n'est pas optimisé.
  • L'invention vient améliorer la situation.
  • A cet effet, l'invention propose une antenne en réseau, comprenant un plan de masse, ou réflecteur, sur lequel est monté au moins:
    • une première rangée d'éléments rayonnants capable de fonctionner dans une première bande de fréquences et
    • une deuxième rangée d'éléments rayonnants, adjacente et parallèle à la première rangée, et capable de fonctionner dans une deuxième bande de fréquences, la première rangée et la deuxième rangées étant agencées pour former un ensemble de cellules élémentaires. Avantageusement, chaque cellule élémentaire comprend un élément rayonnant de la deuxième rangée et deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée, l'élément rayonnant de la deuxième rangée étant agencé pour voir les deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée symétriquement et sous un angle droit, tandis que chaque élément rayonnant de la première et de la deuxième rangée comprend deux dipôles croisés agencés pour fonctionner en large bande et en double polarisation.
  • Selon l'invention, une troisième rangée d'éléments rayonnants est en outre montée sur le plan de masse, parallèlement à la première et à la deuxième rangée, la troisième rangée étant capable de fonctionner dans une troisième bande de fréquences et disposée de sorte que la deuxième rangée soit interposée à égale distance entre la première rangée et la troisième rangée, tandis que chaque cellule élémentaire comprend en outre deux éléments rayonnants de la troisième rangée, l'élément rayonnant de la deuxième rangée étant agencé pour voir les deux éléments rayonnants adjacents de la troisième rangée symétriquement et sous un angle droit.
  • Chaque élément rayonnant de la troisième rangée peut comprendre deux dipôles croisés agencés pour fonctionner en large bande et en double polarisation.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels:
    • les figures 1A à 1C représentent diverses configurations d'antennes en réseau multi-bande,
    • la figure 2A est une vue schématique de dessus d'une cellule élémentaire de l'antenne en réseau selon un premier mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 2B est une vue schématique de dessus d'un élément rayonnant propre à être utilisé dans la première, dans la deuxième et dans la troisième rangée, selon le premier mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 3 est une vue schématique de dessus de deux cellules élémentaires adjacentes de l'antenne en réseau selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 4 est une vue schématique de dessus d'une cellule élémentaire de l'antenne en réseau selon un troisième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une cellule élémentaire conforme à l'invention,
    • la figure 6 est une vue schématique de dessus de l'ensemble de l'antenne en réseau selon le deuxième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 7 est une vue schématique de dessus d'un élément rayonnant propre à être utilisé dans la première rangée et dans la troisième rangée, selon le deuxième ou le troisième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 8 est une vue schématique de dessus d'un élément rayonnant propre à être utilisé dans la deuxième rangée, selon le troisième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 9 est une vue schématique de dessus d'une cellule élémentaire d'une antenne en réseau bi-bande, non-conforme à l'invention,
    • les figures 10 et 11 sont des vues schématiques de face d'exemples de cloisons transversales principales,
    • la figure 12 est une vue schématique de dessus d'un élément rayonnant propre à être utilisé dans la deuxième rangée, selon une autre forme de réalisation de l'invention,
    • la figure 13 est une variante de réalisation de l'élément rayonnant de la figure 2,
    • la figure 14 est une représentation schématique des diagrammes de rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne à polarisations linéaires doubles et orthogonales, et
    • la figure 15 représente une variante de réalisation d'une cellule élémentaire d'une antenne en réseau conforme à l'invention.
  • Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant.
  • La figure 1C représente une configuration en « rangées côte à côte » d'une antenne en réseau multi-bande, en particulier d'un réseau tri-band, voir par exemple US-A1-2002/ 0140618.
  • L'antenne en réseau multi-bande 1 comporte trois rangées d'éléments rayonnants mono-bandes indépendantes 10, 20 et 30 disposées côte-à-côte, parallèles, et orientées suivant la direction de l'axe longitudinal AA', qui est généralement vertical par rapport au sol. La première rangée d'éléments rayonnants 10 fonctionne dans une première bande de fréquences, en particulier dans la bande de fréquences DCS ([1710MHz, 1880MHz]). La troisième rangée d'éléments rayonnants 30 fonctionne dans une troisième bande de fréquences, en particulier dans la bande de fréquences UMTS ([1920MHz, 2170MHz]). La deuxième rangée d'éléments rayonnants 20 fonctionne dans une deuxième bande de fréquences, généralement plus basse que la première et la troisième bande de fréquences, en particulier dans la bande de fréquences GSM ([870MHz, 960MHz]). Elle est interposée entre la première et la troisième rangée.
  • Ces trois rangées sont agencées sur un même plan de masse conducteur ou réflecteur 4.
  • La figure 1 A représente une configuration en "rangées imbriquées" dans laquelle la première rangée 10' et la troisième rangée 30' sont mixtes: dans chacune de ces rangées, un élément rayonnant DCS de la première bande de fréquences est suivi d'un élément rayonnant UTMS de la troisième bande de fréquences. La deuxième rangée 20' d'éléments rayonnant GSM de la deuxième bande de fréquences est interposée entre la première et la troisième rangée. Cette configuration présente l'inconvénient de nécessiter un espacement réduit entre un élément rayonnant de la première rangée 10'A et l'élément en vis-à-vis de la troisième rangée 30'A et entre un élément rayonnant de la première rangée 10'A et l'élément rayonnant de la même bande de fréquences le plus proche dans la troisième rangée 30'B. Cet espacement réduit doit être en effet typiquement inférieur à 0.33λ, où λ est la longueur d'onde dans la première ou dans la troisième bande de fréquences, et ne permet donc pratiquement pas d'interposer des éléments rayonnants bipolarisés, comme par exemple des dipôles croisés de type demi-ondes.
  • La figure 1B représente une configuration en "rangées superposées" dans laquelle les trois rangées sont superposées suivant une direction longitudinale AA' de sorte que des éléments rayonnants UMTS de la troisième rangée 30" et des éléments rayonnants GSM de la deuxième rangée 20" soient superposés sur une première partie 100, par exemple l'élément 30"A et l'élément 20"B, et que des éléments rayonnants DCS de la première rangée 10" et des éléments rayonnants GSM de la deuxième rangée 20" soient superposés sur une deuxième partie 200, par exemple l'élément 10"A et l'élément 20"A. Cette configuration présente l'inconvénient de nécessiter une hauteur d'antenne trop importante, notamment pour une antenne tri-bande pour laquelle le nombre d'éléments rayonnants DCS et UMTS requis est supérieur au nombre d'éléments rayonnants GSM. Par exemple pour une antenne tri-bande ayant 9 éléments GSM, 9 éléments DCS et 9 éléments UMTS, la hauteur de l'antenne serait typiquement autour de 2600 mm, qui est la limite supérieure généralement tolérée par les opérateurs de télécommunications mobiles. En revanche si le nombre d'éléments UMTS et DCS doit passer à 12 pour une plus grande directivité dans ces bandes de fréquences, la hauteur de l'antenne passerait à 3600mm.
  • Ainsi la configuration en "rangées côte-à-côte" de la figure 1C est préférable aux configurations en "rangées imbriquées" ou en "rangées superposées" car elle n'est soumise ni à la contrainte d'espacement réduit entre les éléments rayonnants, ni à la contrainte de hauteur d'antenne importante. Elle offre la possibilité de moduler facilement le nombre d'éléments rayonnants en fonction du besoin en directivité d'antenne dans chacune des bandes de fréquence, indépendamment des autres bandes de fréquence. En outre elle offre l'avantage décisif de permettre le dépointage indépendant de chaque faisceau formé dans le plan vertical par chacun des réseaux (ou rangées) composant l'antenne multi-bande. Ce dépointage de faisceau (ou " tilt" en anglais) d'un réseau donné est en effet obtenu par un moyen électrique qui consiste à créer un déphasage constant entre les éléments rayonnants successifs de ce réseau, évitant ainsi une inclinaison mécanique d'ensemble de l'antenne multi-bande.
  • L'antenne en réseau multi-bande conforme à l'invention est basée sur une configuration en "rangées côte-à-côte". Toutefois, dans des réalisations classiques basées sur cette configuration en "rangées côte-à-côte", on observe souvent un phénomène de strabisme ("Squint effect") des diagrammes de rayonnement dans le plan horizontal (plan transversal au réflecteur) lié à l'absence de symétrie de la structure des réseaux. Ce phénomène se manifeste par des diagrammes de rayonnement horizontaux non symétriques. Par ailleurs, dans des antennes multi-bande en réseau classiques qui ont une configuration en « rangées côte à côte », on peut également rencontrer un problème de couplage mutuel fort entre les voies orthogonales de polarisation d'une même rangée d'une antenne multi-bande, dit couplage intra-bande et/ou entre les différentes rangées d'une antenne multi-bande, dit couplage inter-bande.
  • Ces découplages sont couramment de l'ordre de 20dB et généralement inférieurs à 25dB, alors que dans beaucoup d'applications, notamment dans les Télécommunications avec les mobiles, il est requis d'avoir au moins 30dB.
  • L'invention propose d'améliorer le découplage entre les voies orthogonales de polarisation de la première rangée (DCS), de la deuxième rangée (GSM) et de la troisième rangée (UMTS), ainsi que la symétrie des diagrammes de rayonnement de l'antenne.
  • L'antenne en réseau multi-bande conforme à l'invention comporte un ensemble de cellules élémentaires, alignées suivant la direction de l'axe longitudinal AA', et correspondant à un agencement choisi des trois rangées d'éléments rayonnants 10, 20 et 30 de la figure 1C. Les axes respectifs de la première, deuxième et troisième rangée sont parallèles à l'axe longitudinal AA'.
  • La figure 2A est une vue de dessus d'une cellule élémentaire 5 de l'antenne en réseau 1, selon un premier mode de réalisation de l'invention. Chaque cellule élémentaire d'une antenne en réseau multi-bande conforme à l'invention comprend un élément rayonnant de la deuxième rangée 20C et deux éléments rayonnants 10A et 10B de la première rangée. L'élément rayonnant de la deuxième rangée 20C voit ainsi les éléments rayonnants 10A et 10B de la première rangée symétriquement et sous un angle droit. Les éléments rayonnants de la première rangée 10 et de la deuxième rangée 20 sont des dipôles croisés à large bande et à double polarisation.
  • Chaque cellule élémentaire d'une antenne en réseau multi-bande conforme à l'invention comprend en outre deux éléments rayonnants 30A et 30B de la troisième rangée. L'élément rayonnant de la deuxième rangée 20C voit également les éléments rayonnants 30A et 30B de la troisième rangée symétriquement et sous un angle droit.
  • La suite de la description sera faite tout d'abord en référence à une antenne en réseau tri-bande.
  • Comme indiqué ci-dessus, la première rangée d'éléments rayonnants 10 fonctionne dans une première bande de fréquences, notamment dans la bande de fréquences DCS ([1710MHz, 1880MHz]), la troisième rangée d'éléments rayonnants 30 fonctionne dans une troisième bande de fréquences, notamment dans la bande de fréquences UMTS ([1920MHz, 2170MHz]) et la deuxième rangée d'éléments rayonnants 20 fonctionne dans une deuxième bande de fréquences, généralement plus basse que la première et la troisième bande de fréquences, notamment dans la bande de fréquences GSM ([870MHz, 960MHz]).
  • La bande de fréquences de la première rangée 10 peut être sensiblement supérieure à la bande de fréquences de la deuxième rangée 20.
  • La bande de fréquences de la troisième rangée 30 peut être sensiblement supérieure à la bande de fréquences de la deuxième rangée 20.
  • En particulier, le rapport entre la fréquence centrale de la bande de fréquences de la première rangée 10 et la fréquence centrale de la bande de fréquence de la deuxième rangée 20 est sensiblement compris entre 1,5 et 2,5.
  • De même, le rapport entre la fréquence centrale de la bande de fréquences de la troisième rangée 30 et la fréquence centrale de la bande de fréquences de la deuxième rangée 20 peut être sensiblement compris entre 1,5 et 2,5.
  • Dans la suite de la description, il sera fait référence aux bandes de fréquences DCS, UTMS et GSM, à titre d'exemple non limitatif.
  • La figure 2A fait apparaître un contour carré "virtuel" 9 en pointillés, délimitant la cellule élémentaire 5. Aux sommets du carré virtuel S1, S2, S3 et S4 sont disposés les deux éléments rayonnants 10A et 10B de la première rangée et les deux éléments rayonnants de la troisième rangée 30A et 30B. Par ailleurs, l'élément rayonnant de la deuxième rangée 20C est agencé au centre du carré virtuel. Chaque élément rayonnant de la troisième rangée comprend également deux dipôles croisés agencés pour fonctionner en large bande et en double polarisation.
  • La deuxième rangée 20 est interposée à égale distance de la première rangée 10 et de la troisième rangée 30.
  • Les éléments rayonnants de la première rangée et les éléments de la troisième rangée peuvent être du même type et en particulier identiques.
  • Dans l'exemple de la figure 2A, chacun des éléments rayonnants de la première, deuxième et troisième rangée 10A, 10B, 30A, 30B et 20C est du type dipôle croisé demi-onde classique disposé au-dessus du réflecteur à une hauteur de l'ordre du quart d'onde. Un tel élément rayonnant à double polarisation est représenté sur la figure 2B. L'élément rayonnant comprend deux dipôles rayonnants 6 et 7 constitués chacun par deux brins de conducteurs colinéaires 6a-6b et 7a-7b. Les deux brins 6a-6b (respectivement 7a-7b) de chaque paire sont alignés sur un même axe d'alignement Δ (Δ') et les axes d'alignement des deux paires de brins se coupent à angle droit en un point de croisement 0. Les axes d'alignement des deux paires de brins correspondent aux deux voies orthogonales de polarisation décalées d'un angle de ± 45° par rapport à l'axe longitudinal AA'. L'élément rayonnant comprend en outre un dispositif classique d'alimentation des dipôles 6 et 7 du type symétriseur.
  • Dans la cellule représentée sur la figure 2A, l'élément rayonnant de la deuxième rangée 20C a des dimensions physiques supérieures à celles des éléments rayonnants de la première rangée 10A et 10B. Ces dimensions sont liées à la longueur d'onde dans la bande de fréquences de fonctionnement de la deuxième rangée 20. Les éléments rayonnants de la troisième rangée 30A et 30B ont des dimensions sensiblement égales à celles des éléments rayonnants de la première rangée 10A et 10B. De plus, chaque élément rayonnant est disposé de sorte que les axes d'alignement Δ (Δ') respectifs des deux paires de brins soient orientés de 45° par rapport à l'axe longitudinal AA'. En outre, les brins de l'élément rayonnant central de la deuxième rangée 20C peuvent se prolonger au-dessus des autres éléments rayonnants de la cellule 10A, 10B, 30A et 30B.
  • En particulier, le pas P 1 entre deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée 10, par exemple entre les éléments 10A et 10B, est sensiblement le même que le pas P3 entre deux éléments rayonnants adjacents de la troisième rangée 30, par exemple entre les éléments 30A et 30B.
  • Par ailleurs, la disposition de la première rangée 10 (DCS) et de la troisième rangée 30 (UMTS) par rapport à la deuxième rangée centrale 20 (GSM), ainsi que l'espacement transversal Q entre la première rangée et la troisième rangée 10 et 30 ont une grande influence sur le découplage entre ces deux rangées d'éléments rayonnants d'une part et entre les deux polarisations orthogonales d'une même rangée d'autre part, en particulier entre les polarisations orthogonales des éléments rayonnants de la deuxième rangée 20.
  • L'espacement Q est de préférence de l'ordre d'une longueur d'onde dans les bandes de fréquences de fonctionnement des deux rangées latérales 10 et 30 (rangées DCS et UMTS), afin de favoriser le découplage entre ces deux rangées. Par exemple, l'espacement Q peut être de 155mm si l'on considère la longueur d'onde moyenne de la bande complète [1710MHz, 2170MHz].
  • En particulier, l'espacement Q entre la première rangée (DCS) et la troisième rangée (UMTS), peut être sensiblement égal au pas P1 entre deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée 10, qui peut être lui-même égal au pas P3 entre deux éléments rayonnants adjacents de la troisième rangée 30.
  • Cette disposition symétrique, de même que la proximité des éléments rayonnants DCS de la première rangée 10 et/ou UMTS de la troisième rangée 30 par rapport aux éléments GSM de la deuxième rangée 20 les plus proches ont pour effet d'améliorer significativement le découplage entre les deux polarisations orthogonales d'une même rangée.
  • La cellule élémentaire représentée sur la figure 2A, présente en effet une symétrie par rapport à l'élément rayonnant GSM de la deuxième rangée 20C. Les deux diagonales du carré virtuel 9 au centre duquel est disposé l'élément rayonnant GSM coïncident en effet avec les deux axes d'alignement Δ et Δ' des paires de brins orthogonaux 6 et 7 (polarisations orthogonales) de l'élément rayonnant GSM. Il en est de même avec les deux axes d'alignement des polarisations orthogonales des éléments DCS de la première rangée 10A, 10B et des UMTS de la troisième rangée 30A, 30B.
  • Le fait que le pas P1 de la première rangée 10 (réseau DCS) soit sensiblement égal au pas P3 de la troisième rangée 30 (réseau UMTS) mais aussi à l'espacement transversal Q, améliore encore la symétrie.
  • Cette symétrie de la cellule élémentaire permet d'obtenir un découplage entre les deux polarisations orthogonales de l'élément rayonnant GSM de la deuxième rangée qui correspond pratiquement au découplage qu'aurait l'élément rayonnant GSM s'il était isolé. Un découplage supérieur à 30dB peut être observé dans la bande de fréquences GSM. De même un découplage supérieur à 30dB peut être observé entre les deux polarisations orthogonales des éléments rayonnants de la première rangée 10 dans la bande DCS, et un découplage supérieur à 29dB peut être observé entre les deux polarisations orthogonales des éléments rayonnants de la troisième rangée 30 dans la bande UMTS. En outre le découplage entre les éléments rayonnants DCS de la première rangée et UMTS de la troisième rangée peut être supérieur à 28dB dans la bande DCS et supérieur à 30dB dans la bande UMTS, toutes polarisations confondues (voies de polarisation parallèles et orthogonales). En outre pour la structure de la figure 2A, les largeurs à mi-puissance des diagrammes de rayonnement horizontaux sont observées autour de 90° dans la bande GSM et autour de 65 ° dans les bandes DCS et UMTS.
  • En complément, le rapport entre le pas P2 entre deux éléments rayonnants adjacents de la deuxième rangée GSM et le pas P1 entre deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée DCS est sensiblement compris entre 1,5 et 2,5, notamment lorsque la bande de fréquence de la deuxième rangée est sensiblement inférieure à celle de la première et de la troisième rangée. Dans la suite de la description, on considérera que le pas P2 entre les éléments rayonnants GSM de la deuxième rangée 20 est sensiblement le double du pas P1 entre deux éléments adjacents DCS de la première rangée 10, à titre d'exemple non limitatif.
  • Le pas P2 peut être notamment choisi entre 260mm et 310mm. Par exemple, le pas P2 peut être choisi égal à 310mm, et les pas P1 et P3 à 155 mm.
  • Par ailleurs, il est souvent requis que l'ouverture à mi-puissance des diagrammes de rayonnement, dans le plan qui est transverse au réflecteur et perpendiculaire à l'axe longitudinal AA' de l'antenne en réseau (désigné ci-après par "plan horizontal"), se situe autour de 65°. La Demanderesse a observé que la surface et la forme des brins rayonnants des éléments DCS de la première rangée et des éléments rayonnants UMTS de la troisième rangée ont un effet sur la directivité des diagrammes de rayonnement de l'élément central GSM de la deuxième rangée, et en particulier sur la largeur à mi-puissance des diagrammes dans le plan horizontal. Par conséquent, les éléments rayonnants DCS et UMTS peuvent être choisis en fonction de l'ouverture désirée des diagrammes de rayonnement de l'élément central GSM dans le plan horizontal.
  • La figure 3 est une vue de dessus de deux cellules élémentaires 51 et 52 successives de l'antenne en réseau multi-bande, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
  • Les éléments rayonnants DCS de la première rangée 10 sont identiques aux éléments rayonnants UMTS de la troisième rangée 30. Les éléments rayonnants GSM de la deuxième rangée 20 sont encore du type dipôle croisé demi-onde comme dans la figure 2A.
  • Chaque cellule 51 (respectivement 52) comporte un élément rayonnant 20C (respectivement 20E) de la deuxième rangée 20 (GSM), disposé au centre d'un carré virtuel aux sommets duquel sont placés deux éléments rayonnants 10A et 10B (respectivement 10C et 10D) de la première rangée 10 (DCS) et deux éléments rayonnants 30A et 30B (respectivement 30C et 30D) de la troisième rangée 30 (UMTS).
  • Le pas P1 de la première rangée 10 est sensiblement égal au pas P3 de la troisième rangée 30 et à l'espacement Q entre la première et la troisième rangée. Le pas P2 de la deuxième rangée 20 est sensiblement le double du pas P1 de la première rangée.
  • La figure 7 représente un élément rayonnant de la première ou de la troisième rangée. Un tel élément rayonnant a été proposé dans la demande de brevet français N° 0206852 .
  • La figure 7 fait apparaître un contour carré virtuel en pointillés 71, dont la longueur du côté est "a". A l'intérieur de ce carré virtuel, l'élément rayonnant représenté comporte quatre plaques rayonnantes métalliques 2a, 2b, 2c, 2d, de forme carrée, dont la longueur du côté est "c". Ces quatre plaques sont juxtaposées dans un même plan à l'intérieur du carré virtuel 71.
  • Les plaques carrées 2a et 2c ont une diagonale commune, c'est-à-dire située sensiblement sur un même axe d'alignement Δ3; de même, les plaques 2b et 2d ont une diagonale commune, c'est-à-dire située sensiblement sur un même axe d'alignement Δ4. Le terme "diagonale" est ici utilisé en référence au carré dans lequel est inscrit chaque plaque.
  • Ces axes d'alignement Δ3, Δ4, qui constituent des diagonales communes aux deux paires de plaques respectives, se coupent à angle droit en un point de croisement "O" situé entre les plaques de chaque paire ou dipôle. Sur la figure 7, les axes d'alignement Δ3, Δ4 forment également les diagonales du carré virtuel en pointillé 71.
  • Les deux paires orthogonales de plaques engendrent ainsi deux champs électriques orthogonaux l'un à l'autre. La paire 2a,2c engendre un champ électrique parallèle à l'axe Δ3 et la paire 2b,2d engendre un champ électrique parallèle à l'axe Δ4. Les plans de polarisation font un angle de +/- 45° par rapport à l'axe longitudinal VV' de la figure 7, qui passe dans l'intervalle entre les plaques 2a, 2b d'une part, et 2c, 2d d'autre part.
  • En particulier, les plaques 2a, 2b, 2c, 2d peuvent être évidées, et comporter chacune un trou 79, sensiblement de la même forme, par exemple un trou circulaire centré au point de croisement des diagonales du carré que définit chaque plaque. Ceci permet d'alléger leur poids.
  • De plus, les quatre coins extérieurs des plaques 2a, 2b, 2c, 2d situés aux extrémités des deux axes d'alignement Δ3 et Δ4, peuvent également être coupés suivant des plans de coupe perpendiculaire aux axes d'alignement; cette coupe est sensiblement identique sur les quatre coins pour conserver la symétrie géométrique des deux voies de polarisation.
  • De tels éléments rayonnants, utilisés dans la première rangée et dans la troisième rangée de la figure 3 sont disposés de sorte que les axes d'alignement Δ3 et Δ4 forment un angle de 45° par rapport à l'axe longitudinal AA'. Les brins de l'élément rayonnant central de la deuxième rangée 20C (respectivement 20E) peuvent en outre se prolonger au-dessus des autres éléments rayonnants de la cellule 10A, 10B, 30A et 30B (respectivement 10C, 10D, 30C et 30D).
  • Pour cette configuration, l'ouverture à mi-puissance des diagrammes des éléments rayonnants GSM de la deuxième rangée 20 dans le plan horizontal se situe autour de 65° dans toute la bande de fréquences GSM (de 870MHz à 960MHz). Les diagrammes des éléments rayonnants DCS de la première rangée et des éléments rayonnants UMTS de la troisième rangée 30 ont également une ouverture à mi-puissance autour de 65° dans le plan horizontal et dans leur bande de fréquences respective.
  • La figure 4 représente une cellule 53 selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
  • Les éléments rayonnants DCS de la première rangée 10 et les éléments rayonnants UMTS de la troisième rangée 30 sont du même type que dans la figure 3.
  • La cellule 53 comporte un élément rayonnant 20C de la deuxième rangée 20 (GSM), disposé au centre d'un carré virtuel 9 aux sommets duquel sont placés deux éléments rayonnants 10A et 10B de la première rangée 10 et deux éléments rayonnants 30A et 30B de la troisième rangée 30.
  • Le pas P1 de la première rangée 10 est sensiblement égal au pas P3 de la troisième rangée 30 et à l'espacement Q entre la première et la troisième rangée.
  • La figure 8 est une vue de dessus de l'élément rayonnant central 20C de la deuxième rangée. La figure 8 fait apparaître un contour carré virtuel en pointillés 71', dont la longueur du côté est "a". A l'intérieur de ce carré virtuel, l'élément rayonnant représenté comporte quatre plaques rayonnantes métalliques 2a', 2b', 2c', 2d', de même forme géométrique et de même dimensions. Ces quatre plaques sont juxtaposées dans un même plan à l'intérieur du carré virtuel 71'.
  • Les plaques 2a' et 2c' ont une diagonale commune, c'est à dire située sensiblement sur un même axe d'alignement Δ3' ; de même, les plaques 2b' et 2d' ont une diagonale commune, c'est à dire située sensiblement sur un même axe d'alignement Δ4.
  • Ces axes d'alignement Δ3'', Δ4', qui constituent des diagonales communes à l'une et l'autre paire de plaques, se coupent à angle droit en un point de croisement O' situé entre les plaques de chaque paire ou dipôle. Sur la figure 8, les axes d'alignement Δ3', Δ4' forment également les diagonales du carré virtuel en pointillé 71'.
  • Chaque plaque comprend un renfoncement profond vers l'intérieur à partir des coins extérieurs qui sont situés sur les axes d'alignement Δ3'', Δ4'. Ainsi chaque plaque a une forme générale de triangle avec un renfoncement à partir de la base du triangle de sorte que l'élément rayonnant a une forme générale de croix, dont les branches ont sensiblement une longueur c'.
  • Les deux paires de plaques engendrent ainsi deux champs électriques orthogonaux l'un à l'autre. La paire 2a',2c' engendre un champ électrique parallèle à l'axe Δ3' et la paire 2b',2d' engendre un champ électrique parallèle à l'axe Δ4'. Les plans de polarisation font un angle de +/- 45° par rapport à l'axe longitudinal VV' de la figure 8, qui passe dans l'intervalle entre les plaques 2a', 2b' d'une part, et 2c', 2d' d'autre part.
  • En particulier, les plaques 2a', 2b', 2c', 2d' peuvent être évidées, et comporter chacune une perforation 79', sensiblement de la même forme, pour alléger leur poids.
  • Cet élément rayonnant, utilisé dans la deuxième rangée 20 de la figure 4, est disposé dans le réseau de sorte que ses axes d'alignement Δ3', Δ4' qui définissent les plans de polarisation forment un angle de +/- 45° par rapport à l'axe longitudinal AA' du réseau.
  • Dans d'autres formes de réalisation conformes à l'invention, l'élément rayonnant de la figure 8 peut également être utilisé dans la première rangée 10 comme élément rayonnant DCS et/ou dans la troisième rangée 30 comme élément rayonnant UMTS.
  • Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, des cloisons métalliques transversales 8 peuvent être prévues. Elles comprennent notamment des cloisons transversales élémentaires 80 entre deux éléments adjacents de la première rangée, par exemple entre l'élément 10A et 10B, et entre deux éléments adjacents de la troisième rangée, par exemple entre l'élément 30A et 30B. Elles sont placées sensiblement à égale distance des éléments adjacents qu'elles séparent.
  • Par ailleurs, des cloisons métalliques longitudinales 90 peuvent également être prévues, dans chaque cellule élémentaire, entre un élément de la première rangée et l'élément en vis-à-vis de la troisième rangée, par exemple entre les éléments 10A et 30A, et entre les éléments 10B et 30B. Elles sont placées sensiblement à égale distance des éléments qu'elles séparent et donc le long de l'axe de la deuxième rangée 20.
  • La figure 5 est une vue en coupe transversale de la cellule 53 de la figure 4 suivant l'axe BB'. Les cloisons transversales élémentaires 80 ont une hauteur H4 inférieure à la hauteur Z1 des éléments rayonnants 10B de la première rangée (DCS) et à la hauteur Z2 des éléments rayonnants 30B de la troisième rangée (UMTS). De même, les cloisons longitudinales 90 ont une hauteur H3 inférieure à la hauteur Z1 des éléments rayonnants 10B de la première rangée (DCS) et à la hauteur Z2 des éléments rayonnants 30B de la troisième rangée (UMTS). La hauteur Z1 des éléments rayonnants 10B de la première rangée (DCS) et la hauteur Z2 des éléments rayonnants 30B de la troisième rangée (UMTS) peuvent être de l'ordre du quart d'onde dans la bande de fréquences la plus haute. La hauteur Z3 des éléments rayonnants (GSM) de la deuxième rangée peut être sensiblement supérieure à la hauteur Z1 des éléments rayonnants 10B de la première rangée (DCS) et à la hauteur Z2 des éléments rayonnants 30B de la troisième rangée (UMTS).
  • Le réflecteur 4 comprend en outre des murets 41 et 42 sur ces bords. Ces murets peuvent avoir une hauteur H1 et H2 sensiblement inférieure à la hauteur des éléments rayonnants de la première et de la troisième rangée.
  • En particulier, la hauteur H4 des cloisons transversales élémentaires 80 peut être comprise entre environ 18 mm et environ 25 mm, la hauteur Z1 des éléments rayonnants 10B de la première rangée (DCS) peut être égale à la hauteur Z2 des éléments rayonnants 30B de la troisième rangée (UMTS) et être de l'ordre de 37 mm. Les cloisons longitudinales 90 peuvent avoir une hauteur H3 comprise entre environ 18 mm et environ 25 mm. La hauteur Z3 des éléments rayonnants de la deuxième rangée peut être comprise entre 55 et 82 mm.
  • Les cloisons longitudinales 90 permettent d'améliorer encore le découplage entre le réseau UMTS (troisième rangée) et le réseau DCS (première rangée), notamment dans la bande de fréquences DCS. Les cloisons transversales élémentaires 80 permettent d'améliorer encore le découplage entre les deux polarisations orthogonales d'un même réseau, par exemple le réseau UMTS (troisième rangée) ou le réseau DCS (première rangée).
  • Les cloisons longitudinales 90 permettent également de mieux symétriser les diagrammes de rayonnement dans le plan du réflecteur, de part et d'autre de l'axe principal de rayonnement, qui est perpendiculaire au plan du réflecteur.
  • Comme représenté sur la figure 4, chaque élément rayonnant de la première et de la troisième rangée 10A, 10B, 30A et 30B est ainsi entouré de murets qui comprennent deux cloisons transversales élémentaires 80, une cloison longitudinale 90 et une portion du muret 41 ou 42 du réflecteur. Ces murets forment un carré ayant un coté égal à la moitié du pas P 1 de la première rangée, le pas P1 étant notamment égal au pas P3 de la troisième rangée.
  • Les cloisons 80 et 90 peuvent être ou non en contact entre elles, excepté au niveau de l'élément rayonnant central 20C de la deuxième rangée et elles peuvent être ou non en contact avec les murets du réflecteur, sans que le fonctionnement de l'antenne ne soit sensiblement modifié.
  • En complément, les cloisons transversales 8 peuvent comprendre des cloisons métalliques principales 800 agencées entre deux cellules élémentaires adjacentes de l'antenne en réseau, par exemple entre les cellules 51 et 52 de la figure 3. Ces cloisons principales 800 peuvent s'étendre sur toute la largeur du réflecteur 4. Elles peuvent être prévues, par exemple, pour rigidifier mécaniquement le réflecteur, si nécessaire, ou encore améliorer le découplage de polarisation entre les éléments rayonnants adjacents de la deuxième rangée (GSM). De telles cloisons principales 800 peuvent avoir une forme polygonale régulière, comme représenté sur les figures 10 et 11. En référence à la figure 11, chaque cloison transversale principale 800 peut comporter une partie centrale 801 et deux parties périphériques 802 et 803 de hauteur inférieure à la partie centrale 801.
  • La largeur Le de la partie centrale 801 peut être de l'ordre du quart d'onde dans la bande GSM, par exemple 80mm. La hauteur Zc de la partie centrale 801 peut être sensiblement inférieure à la hauteur de l'élément central GSM, mais sensiblement supérieure à la hauteur des murets du réflecteur 4. Par exemple, elle peut être égale à 50mm. La hauteur Zp des bords des parties périphériques 802 et 803 peut être sensiblement égale à la hauteur des murets du réflecteur.
  • La figure 6 est une vue de dessus d'une antenne en réseau tri-bande 1 conforme à l'invention. La première rangée 10 comprend 9 éléments rayonnants DCS, la troisième rangée 30 comprend 9 éléments rayonnants UMTS et la deuxième rangée 20 comprend 9 éléments rayonnants GSM.
  • La cellule élémentaire 5 est du type de celle représentée sur la figure 3, et le réseau comporte des cloisons transversales 8 et des cloisons longitudinales 90. Les cloisons transversales 8 comprennent les cloisons élémentaires 80 et les cloisons principales 800.
  • La largeur du réflecteur, qui est généralement de l'ordre de la longueur d'onde dans la bande de fréquences la plus basse (GSM), peut être d'environ 260mm. La longueur du réflecteur, qui est proportionnelle au nombre d'éléments rayonnants utilisés et au pas des rangées, notamment de la rangée GSM, peut être de l'ordre de 2600mm. L'ouverture à mi-puissance des diagrammes de rayonnement horizontaux est sensiblement de l'ordre de 65° dans les trois bandes de fréquences GSM, DCS, UMTS. Les gains par rapport à l'isotrope sont sensiblement de l'ordre de 17dBi dans la bande GSM et de l'ordre de 18dBi dans les bandes de fréquences DCS et UMTS.
  • Le fait d'utiliser des éléments rayonnants de même type et sensiblement identiques dans la première rangée (DCS) et la troisième rangée (UMTS) présente l'avantage de fournir des diagrammes de rayonnement horizontaux dans la bande GSM symétriques de part et d'autre de l'axe principal de rayonnement de l'antenne. La structure particulière des éléments rayonnants de la première rangée (DCS) et de la troisième rangée (UMTS), décrite en référence à la figure 7, permet à ces deux rangées de fonctionner indifféremment dans l'une ou l'autre des deux bandes de fréquences DCS et UMTS ou, en d'autres termes, de fonctionner dans une bande élargie (DCS-UMTS) couvrant à la fois la bande DCS et la bande UMTS. L'antenne tri-bande présente ainsi 6 accès, dont 2 accès GSM, un pour chaque polarisation (+45°/-45°), 2 accès DCS-UMTS et 2 autres accès DCS-UMTS.
  • L'invention propose en outre une antenne en réseau bi-bande, par exemple fonctionnant en GSM/UMTS ou en GSM/DCS.
  • Chaque cellule élémentaire d'un réseau bi-bande conforme à l'invention comprend un élément rayonnant de la deuxième rangée et deux éléments rayonnants de la première rangée. L'élément rayonnant de la deuxième rangée voit les éléments rayonnants de la première rangée sensiblement symétriquement et sous un angle droit. Les éléments rayonnants de la première rangée et de la deuxième rangée sont des dipôles à large bande et à double polarisation du type des dipôles décrits ci-dessus.
  • En particulier, la première rangée peut comporter des éléments rayonnants UMTS et la deuxième rangée peut comporter des éléments rayonnants GSM pour une antenne GSM/UMTS. En variante, La première rangée peut comporter des éléments rayonnants DCS et la deuxième rangée peut comporter des éléments rayonnants GSM pour une antenne GSM/DCS.
  • La Demanderesse a observé par ailleurs que l'architecture de l'antenne en réseau tri-bande décrite ci-dessus permet d'obtenir une telle antenne bi-bande. Elle a observé en effet que toutes les propriétés radioélectriques de l'antenne, le découplage entre les accès, les diagrammes de rayonnement, l'adaptation des impédances, etc. sont sensiblement conservées lorsque les éléments rayonnants de la première rangée DCS (pour un réseau bi-bande GSM/UMTS) ou de la troisième rangée UMTS (pour un réseau bi-bande GSM/UMTS) sont débranchés mais physiquement présents, c'est-à-dire non alimentés. Bien que ces observations ne soient pas complètement expliquées à ce jour, il est permis de penser qu'elles tiennent au faible couplage mutuel entre les éléments rayonnants d'une rangée et ceux d'une autre rangée d'une part et, d'autre part, du fort découplage entre les polarisations orthogonales des éléments rayonnants d'une même rangée, notamment les éléments centraux GSM, obtenu grâce à l'agencement symétrique des cellules élémentaires de l'antenne tri-bande. De ce fait, l'impédance de charge entre les bornes d'alimentation des éléments rayonnants d'un des réseaux de l'antenne tri-bande, par exemple la rangée UMTS, n'a qu'une faible incidence sur les propriétés électriques des deux autres réseaux (les rangées GSM et DCS dans cet exemple) si elle est nulle (élément rayonnant court-circuité à ses bornes), si elle est infiniment grande (élément rayonnant ouvert à ses bornes) ou si elle a une valeur intermédiaire.
  • Elle a de plus observé que ces propriétés électriques peuvent être sensiblement conservées en remplaçant les éléments de la première rangée (pour un réseau bi-bande GSM/UMTS) ou de la troisième rangée (pour un réseau bi-bande GSM/DCS) par des plaques conductrices de forme périphérique sensiblement identique, de même encombrement et de même disposition.
  • La figure 9 est une vue de dessus d'une cellule élémentaire 54 d'une telle antenne bi-bande non-conforme à l'invention, en particulier d'une antenne bi-bande GSM/DCS (ou GSM/UMTS ou GSM/DCS-UMTS en bande élargie). La troisième rangée (réseau UMTS) de l'antenne tri-bande selon l'invention est remplacée par une rangée de plaques 300 de forme sensiblement identique aux éléments rayonnants de la troisième rangée 30 décrite ci-dessus. La première rangée 10 comporte des éléments rayonnants DCS et la deuxième rangée 20 comporte des éléments rayonnants GSM. Ainsi chaque cellule élémentaire 54 comporte deux éléments rayonnants DCS, 10A et 10B, deux plaques, 300A et 300B, et un élément GSM, 20C.
  • Le support des plaques 300A et 300B peut être simplement une colonnette métallique ou isolante fixée au centre géométrique des plaques et au réflecteur, la hauteur des plaques par rapport au réflecteur restant la même que la hauteur des éléments rayonnants remplacés. Une antenne bi-bande ainsi constituée présente 2 accès GSM et deux accès UMTS ou DCS ou DCS-UMTS (bande élargie).
  • Les antennes multi-bandes conformes à l'invention ont l'avantage de fournir la même qualité de service que les antennes mono-bandes de deuxième génération.
  • Les antennes multi-bandes conformes à l'invention permettent notamment d'avoir un rayonnement suivant deux polarisations orthogonales fortement découplées dans chaque bande de fréquences, inclinées de +/- 45° par rapport à la direction longitudinale, favorisant ainsi la réception des signaux en diversité de polarisation. En effet, les signaux mobiles reçus au niveau d'une antenne sont altérés par un phénomène de propagation en multitrajets. Leur réception suivant deux polarisations orthogonales fortement découplées permet de disposer de deux signaux statistiquement décorrélés dont le traitement additif par un récepteur de diversité permet d'améliorer significativement le rapport signal à bruit en réception, qui est la principale mesure de la qualité des communications.
  • Par ailleurs, elles permettent d'obtenir des faisceaux dépointables électriquement de façon continue et indépendante dans chacune des bandes de fréquences, ce qui permet aux opérateurs de télécommunication d'optimiser la couverture radio des réseaux cellulaires dans chacune des bandes de fréquences (GSM, DCS et UMTS). En effet l'inclinaison du faisceau (" tilt ") de l'un des réseaux composant l'antenne multi-bande peut être réalisée par un moyen électrique de déphasage, qui consiste à créer un déphasage constant entre les éléments rayonnants successifs de ce réseau, évitant ainsi une inclinaison mécanique de l'antenne dans son ensemble. Un tel moyen électrique est proposé par exemple dans la demande de brevet français N° 0307483 .
  • Les antennes multi-bandes conformes à l'invention ont en outre l'avantage de fournir une bonne isolation entre les accès orthogonaux de la même bande de fréquences et entre les accès inter-bandes, ce qui limite les interférences entre les signaux de forte puissance transmis par l'un des accès et les signaux de très faible puissance reçus par un autre accès de l'antenne, interférences dommageables à la qualité des communications.
  • Enfin, elles peuvent avoir une hauteur et une largeur semblable à celles des antennes mono-bandes de deuxième génération fonctionnant dans la bande GSM déjà déployées, ce qui minimise l'impact visuel mais également l'impact sur l'environnement. En effet, une antenne conforme à l'invention intègre deux ou trois antennes élémentaires opérant dans deux ou trois systèmes de communication différents (par exemple GSM/ DCS/ UMTS ou GSM/DCS). Le nombre d'antennes nécessaire est ainsi minimisé pour une station de base donnée. Des opérateurs différents peuvent en outre partager la même antenne et par suite le nombre de sites d'implantation de telles stations est également réduit.
  • Les figures 12 et 13 sont des vues de dessus d'une variante de réalisation de l'élément rayonnant de la deuxième rangée 20C. La Demanderesse a trouvé qu'un tel élément rayonnant possède des propriétés qui améliorent les performances générales de l'antenne en réseau conforme à l'invention.
  • La figure 12 fait apparaître un élément rayonnant inscrit dans un carré représenté en pointillés 71". L'élément rayonnant représenté comporte deux dipôles D1 et D2. Chaque dipôle D1 et D2 comporte une paire de plaques conductrices coplanaires, de même géométrie respectivement {D11, D12} et {D21, D22}. Chaque plaque D11, D12, D21 et D22 présente un axe de symétrie. Les deux plaques D11 et D12 du dipôle D1 sont positionnées avec leurs axes de symétrie sensiblement alignés suivant un même axe d'alignement Δ. De même, les deux plaques D21 et D22 du dipôle D2 sont positionnées avec leurs axes de symétrie sensiblement alignés suivant un même axe d'alignement Δ'.
  • Les axes d'alignement Δ et Δ' des dipôles D1 et D2 se coupent à angle droit en un point de croisement O" situé entre les quatre plaques de l'élément rayonnant. Comme montré sur les figures 12 et 13, les axes d'alignement Δ et Δ' coïncident sensiblement avec les diagonales du carré 71" et le point de croisement O" coïncide sensiblement avec le centre du carré 71".
  • Chaque plaque d'un dipôle, par exemple D11, comporte deux branches latérales p11 et p11' agencées de manière à former un V, sensiblement ouvert à 90°, dont la pointe est située au voisinage du point de croisement 0" de l'élément rayonnant. La branche latérale p11 s'étend notamment suivant l'axe VV' tandis que la branche latérale p11' est sensiblement perpendiculaire à l'axe VV'. Chaque plaque d'un dipôle comporte en outre une branche intermédiaire désignée ci-après par "brin", par exemple b11, qui s'étend entre les deux branches latérales, suivant l'axe d'alignement du dipôle, par exemple Δ.
  • De même, la plaque D12 comporte deux branches latérales p12 et p12' et un brin b21, la plaque D22 comporte deux branches latérales p12 et p12' et un brin b21 et la plaque D22 comporte deux branches latérales p22 et p22' et un brin b22.
  • En complément, les branches latérales de chaque plaque, par exemple les branches p11 et p11' de la plaque D11, peuvent être évidées. Ainsi elles peuvent comporter des perforations 79" pour réduire leur poids. Dans la forme de réalisation de la figure 12, les perforations des deux branches se recoupent au niveau de l'axe d'alignement Δ ou Δ' correspondant.
  • Les deux paires de dipôles D1 et D2 engendrent ainsi deux champs électriques orthogonaux l'un à l'autre. La paire D11, D 12 engendre un champ électrique parallèle à l'axe Δ et la paire D21, D22 engendre un champ électrique parallèle à l'axe Δ'. Les plans de polarisation font un angle de +/- 45° par rapport à l'axe longitudinal VV' des figures 12 et 13, qui passe dans l'intervalle entre les plaques D11 et D21 d'une part, et D 12 et D22 d'autre part.
  • L'élément rayonnant des figures 12 et 13, lorsqu'il est utilisé dans la deuxième rangée 20 (GSM) de la figure 4, est disposé dans le réseau de sorte que ses axes d'alignement Δ et Δ' qui définissent les plans de polarisation forment un angle de +/- 45° par rapport à l'axe longitudinal AA' du réseau.
  • L'utilisation d'un tel élément rayonnant dans la deuxième rangée GSM améliore les diagrammes de rayonnement horizontaux de la première rangée DCS et de la troisième rangée UMTS, par rapport aux formes de réalisations qui utilisent l'élément rayonnant de la figure 2B ou de la figure 8.
  • En particulier, l'élément rayonnant des figures 12 et 13 permet d'avoir une dispersion peu élevée de l'ouverture à mi-puissance des diagrammes horizontaux, en fonction de la fréquence, dans les bandes UMTS et DCS. Il génère en outre un strabisme relativement faible dans sa bande de fréquences GSM et permet d'améliorer la symétrie des diagrammes horizontaux par rapport à l'axe principal, dans les bandes de fréquence UMTS et DCS et pour des angles d'inclinaison électrique du faisceau global de l'antenne sensiblement compris entre 0° et 10° vers le sol.
  • L'élément rayonnant de la figure 13 est une variante de l'élément rayonnant de la figure 12. Selon cette variante, chaque branche latérale d'une plaque, par exemple la branche latérale p11 de la plaque D11, comprend un évidement 79"(1) disjoint de l'évidement 79"(2) de l'autre branche latérale p11' de la même plaque. L'extrémité de l'évidement 79"(1) et l'extrémité de l'évidement 79"(2), dans la zone de raccordement des branches latérales, sont séparées l'une de l'autre d'une distance au moins égale à la largeur d du brin b11 de la plaque. Cette séparation forme une liaison conductrice qui permet de renforcer la tenue mécanique des brins. La structure générale de l'élément rayonnant de la figure 13 correspond alors sensiblement à la superposition des brins rayonnants de l'élément rayonnant de la figure 8 et de l'élément rayonnant de la figure 2B.
  • Les éléments rayonnants de la figure 2B, de la figure 8, de la figure 12 et de la figure 13 peuvent être alimentés ou excités en leur centre de façon analogue pour créer les deux polarisations orthogonales dans les deux directions diagonales des éléments rayonnants. L'alimentation peut comprendre des liaisons électriques 60 , comme montré sur la figure 7 et un symétriseur (balun) qui sert également de pied support de l'élément rayonnant, comme montré sur la figure 5. Un tel dispositif d'alimentation est décrit par exemple dans la demande de brevet français FR 2 840 455 , déposée au nom de la Demanderesse.
  • Les éléments rayonnants de la figure 2B, de la figure 8, de la figure 12 et de la figure 13 considérés isolément ont des propriétés radioélectriques proches, à savoir une ouverture des diagrammes sensiblement égales (autour de 65°), un faible taux de polarisation croisée, un fort découplage des deux voies orthogonales de polarisation dans une large bande de fréquence, et une bonne adaptation d'impédance dans une large bande de fréquence.
  • Il a été constaté que les éléments rayonnants de la figure 12 et de la figure 13, lorsqu'ils sont utilisés dans la rangée centrale du réseau tri-bande conforme à l'invention, fournissent des performances plus satisfaisantes que les éléments rayonnants de la figure 2B et de la figure 8.
  • En effet, il est apparu que les éléments rayonnants de la figure 12 et de la figure 13 ne présentent pas certains inconvénients des éléments rayonnants de la figure 2B et de la figure 8.
  • Plus précisément, il a été observé que l'élément rayonnant de la figure 2B "perturbe" faiblement le rayonnement des rangées UMTS et DCS. Cela semble dû au fait que les brins rayonnants d'un tel élément sont orientés à 45° par rapport à l'axe des rangées UMTS et DCS, comme représenté sur la figure 3. De plus, il a été observé que les diagrammes de rayonnement présentent, au moins dans certaines situations, des phénomènes de dissymétrie indésirables dans le plan horizontal et dans la bande de fréquence GSM, pour des angles d'inclinaison importants du faisceau rayonné par l'antenne.
  • Par ailleurs, il a été constaté que l'élément rayonnant de la figure 8 génère des diagrammes de rayonnement qui présentent des phénomènes de dissymétrie relativement faibles dans le plan horizontal, dans sa bande de fréquence GSM.
  • Il est apparu qu'un tel élément rayonnant " perturbe" le rayonnement des rangées DCS et UMTS, ce qui se traduit par une dispersion relativement importante de l'ouverture des diagrammes de rayonnement, dans le plan horizontal, dans les bandes de fréquence DCS et UMTS.
  • Les phénomènes de dissymétrie vont maintenant être décrits schématiquement en référence à la figure 14, qui illustre un exemple de diagrammes de rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne à polarisation linéaire double et orthogonale.
  • Sur la figure 14, la courbe C1 correspond au diagramme de rayonnement dans le plan horizontal pour la voie de polarisation + 45° et la courbe C2 correspond au diagramme de rayonnement dans le plan horizontal pour la voie de polarisation - 45°.
  • Les phénomènes de dissymétrie peuvent comprendre un phénomène de "poursuite" ("tracking" en anglais) qui se traduit par une différence des niveaux de puissance émis (ou reçus) par l'antenne, dans deux directions du plan horizontal, symétriques par rapport à l'axe principal de rayonnement XX'.
  • Par exemple, sur la courbe C1 pour la voie de polarisation +45° :
    • le niveau relatif de puissance est d'environ - 2,2 dB, dans la direction d'azimut - 30°, tandis que le niveau de puissance est de - 0,9dB, dans la direction d'azimut symétrique +30°, ce qui correspond à une "poursuite" T1' de 1,3 dB environ;
    • le niveau de puissance est d'environ - 6,7 dB, dans la direction d'azimut - 60°, tandis que le niveau de puissance est de - 4 dB, dans la direction d'azimut symétrique +60°, ce qui correspond à une "poursuite" T1 de 2,7 dB environ.
  • En particulier, il a été observé que les phénomènes de dissymétrie augmentent avec l'angle d'inclinaison électrique du faisceau de l'antenne.
  • Les phénomènes de dissymétrie peuvent en outre comprendre un phénomène de "strabisme" ("squint" en anglais). Le strabisme apparaît lorsque que le maximum du rayonnement ne se trouve pas dans l'axe principal. Il se traduit par la différence d'azimut S entre le point de puissance maximal du diagramme de rayonnement et l'axe principal XX'.
  • Classiquement, pour une antenne à polarisation linéaire, les phénomènes de dissymétrie évoqués ci-avant ne sont constatés que dans les plans autres que les plans principaux de polarisation de l'antenne. Les plans principaux de polarisation de l'antenne comprennent le plan contenant le champ électrique E, dit "plan E", et le plan contenant le champ magnétique H, dit "plan H". Le plan E et le plan H sont orthogonaux.
  • Par exemple, sur la figure 3, l'un des plans principaux de polarisation contient l'axe Δ tandis que l'autre plan contient l'axe Δ'. Les plans principaux de polarisation sont donc inclinés de +45° et de -45° par rapport au plan vertical contenant l'axe AA'. Les phénomènes de dissymétrie peuvent donc être constatés dans le plan horizontal ou dans le plan vertical contenant l'axe AA'. En particulier, il est apparu que les phénomènes de dissymétrie sont généralement plus gênants dans le plan horizontal que dans le plan vertical.
  • Par ailleurs, il a pu être observé que le diagramme de rayonnement C1 de la voie de polarisation +45° est généralement symétrique au diagramme de rayonnement C2 de la voie de polarisation -45° par rapport à l'axe principal. Dans de telles conditions, la poursuite T1 sur le diagramme de rayonnement C1 de la voie de polarisation +45°, pour une direction donnée, est généralement sensiblement égale à la poursuite T2 sur le diagramme de rayonnement C2 de l'autre voie de polarisation à -45°, pour la direction symétrique.
  • Cela a notamment pour effet que la différence de niveau de puissance entre deux points A1 et A1' du diagramme de rayonnement d'une même voie de polarisation, par exemple C1, situés dans des directions respectives α et α' symétriques par rapport à l'axe principal est sensiblement égale à la différence de niveau de puissance, entre un point A1 du diagramme de rayonnement C1 de l'une des voies de polarisation et un point A2 du diagramme de rayonnement C2 de l'autre voie de polarisation, situés tous deux dans l'une des directions α et α'. Par exemple :
    • dans les directions symétriques +30° et - 30°, la différence de niveau de puissance de la voie de polarisation à + 45° est d'environ 1,3 dB, et
    • dans la direction +30°, la différence de niveau de puissance de la voie de polarisation à + 45° et le niveau de puissance de la voie de polarisation à - 45° est également de 1,3 dB.
  • Par suite, la différence de niveau de puissance, entre un point A1 du diagramme de rayonnement C1 de l'une des voies de polarisation et un point A2 du diagramme de rayonnement C2 de l'autre voie de polarisation, situés tous deux dans une même direction est généralement aussi qualifiée de phénomène de "poursuite".
  • Certains éléments rayonnants présentent, selon leur structure, un phénomène de "poursuite" plus marqué que d'autres, dans la bande de fréquences où ils fonctionnent.
  • Dans la forme de réalisation tri-bande de l'invention, il a été constaté que les phénomènes de dissymétrie dans la bande GSM dépendent du type d'élément rayonnant GSM utilisé dans la rangée centrale. Dans les bandes UMTS et/ou DCS, il semble que les phénomènes de dissymétrie résultent de la structure générale de l'antenne elle-même, et en particulier de la configuration en réseau. Il a été observé qu'il est possible d'atténuer ces phénomènes de dissymétrie en utilisant les éléments rayonnants de la figure 12 ou de la figure 13 dans la rangée centrale du réseau.
  • Les éléments rayonnants des figures 12 et 13 peuvent également être utilisés comme éléments rayonnants DCS dans la première rangée 10 et comme éléments rayonnants UMTS dans la troisième rangée 30. Pour cela, ces éléments rayonnants doivent être dimensionnés pour fonctionner dans la bande de fréquence correspondante (DCS et/ou UMTS). Dans la forme de réalisation de la figure 15 qui représente un exemple de cellule élémentaire 55, les éléments rayonnants des figures 12 et 13 sont utilisés dans les trois rangées 10, 20 et 30. Il a été constaté qu'une telle forme de réalisation fournit des performances satisfaisantes.
  • Certains éléments décrits dans le cadre de la présente invention peuvent avoir un intérêt particulier lorsqu'ils sont considérés séparément. C'est le cas notamment de l'élément rayonnant en forme générale de croix décrit en référence à la figure 8 qui possède des propriétés électriques de large bande en terme d'impédance et de découplage entre les deux polarisations orthogonales et de rayonnement. C'est également le cas des éléments rayonnants des figures 12 et 13, qui possèdent non seulement des propriétés électriques de large bande en terme d'impédance et de découplage entre les deux polarisations orthogonales et de rayonnement mais génèrent aussi un phénomène de "poursuite" acceptable.
  • Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-avant. Elle englobe toutes les variantes de réalisation qui pourront être envisagées par l'homme du métier. En particulier, les éléments rayonnants de la troisième rangée ne sont pas limités aux types de dipôles croisés à large bande et à double polarisation décrits.

Claims (27)

  1. Antenne en réseau, comprenant un plan de masse (4) sur lequel sont montées au moins :
    - une première rangée d'éléments rayonnants (10) capable de fonctionner dans une première bande de fréquences,
    - une deuxième rangée d'éléments rayonnants (20), adjacente et parallèle à la première rangée, et capable de fonctionner dans une deuxième bande de fréquences, la première et la deuxième rangées étant agencées pour former un ensemble de cellules élémentaires (5, 51, 52, 53),
    - une troisième rangée (30) d'éléments rayonnants, parallèlement à la première rangée (10) et à la deuxième rangée (20), la troisième rangée étant capable de fonctionner dans une troisième bande de fréquences et disposée de sorte que la deuxième rangée soit interposée à égale distance entre la première rangée et la troisième rangée, chaque cellule élémentaire (5) comprenant un élément rayonnant de la deuxième rangée (20C), deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée (10A, 10B), et deux éléments rayonnants de la troisième rangée (30A, 30B), où chaque élément rayonnant de la première et de la deuxième rangée comprend deux dipôles croisés agencés pour fonctionner en large bande et en double polarisation,
    caractérisé en ce que l'élément rayonnant de la deuxième rangée est agencé pour voir les deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée symétriquement et sous un angle droit, et en ce que l'élément rayonnant de la deuxième rangée est en outre agencé pour voir les deux éléments rayonnants adjacents de la troisième rangée symétriquement et sous un angle droit.
  2. Antenne en réseau selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant de la troisième rangée comprend deux dipôles croisés agencés pour fonctionner en large bande et en double polarisation.
  3. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le rapport entre le pas entre deux éléments rayonnants adjacents de la deuxième rangée (P2) et le pas entre deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée (P1) est sensiblement compris entre 1,5 et 2,5.
  4. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le pas entre deux éléments rayonnants adjacents de la troisième rangée (P3) est sensiblement égal au pas entre deux éléments rayonnants adjacents de la première rangée (P1).
  5. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'espacement entre la premier rangée et la troisième rangée (Q) est sensiblement égal au pas de la première rangée (P1).
  6. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque dipôle d'un élément rayonnant de la première rangée comprend une paire de plaques conductrices coplanaires (2a, 2b, 2c, 2d), de même géométrie et en forme générale de carré, les deux plaques de chaque paire étant positionnées avec leurs diagonales sensiblement alignées sur un même axe d'alignement pour chaque paire (Δ3, Δ4), les axes d'alignement respectifs des deux paires de plaques se coupant à angle droit en un point de croisement (O) situé entre les plaques de chaque paire, et en ce que les éléments rayonnants de la première rangée sont disposés de sorte que les axes d'alignement respectifs des deux paires de plaques soient orientés à 45° par rapport à l'axe défini par la première rangée.
  7. Antenne en réseau selon la revendication 6, caractérisée en ce que les plaques (2a, 2b, 2c, 2d) d'un élément rayonnant de la première rangée sont intérieurement évidées.
  8. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les éléments rayonnants de la première rangée (10) et de la troisième rangée (30) sont du même type.
  9. Antenne en réseau selon la revendication 8, caractérisée en ce que les éléments rayonnants de la première rangée (10) et de la troisième rangée (30) sont sensiblement identiques.
  10. Antenne en réseau selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque dipôle d'un élément rayonnant de l'une au moins des rangées (10, 20,30) comprend une paire de plaques conductrices coplanaires, de même géométrie, chaque plaque présentant un axe de symétrie et les deux plaques de chaque dipôle étant positionnées avec leurs axes de symétrie sensiblement alignés suivant un même axe d'alignement (Δ, Δ', Δ3', Δ4'), les axes d'alignement des deux dipôles se coupant à angle droit en un point de croisement (O, O', O") situé entre les plaques de chaque paire, et en ce que les éléments rayonnants de ladite rangée sont disposés de sorte que les axes d'alignement respectifs (Δ, Δ') des deux paires de plaques soient sensiblement orientés de 45° par rapport à l'axe défini par la rangée.
  11. Antenne en réseau selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque plaque (2a', 2b', 2c', 2d') d'un dipôle de l'élément rayonnant a une forme générale de triangle et comprend un renfoncement vers l'intérieur à partir de la base du triangle.
  12. Antenne en réseau d'antenne selon la revendication 11, caractérisée en ce que chaque plaque (2a', 2b', 2c', 2d') d'un dipôle de l'élément crayonnant est intérieurement évidée.
  13. Antenne en réseau selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque plaque d'un dipôle de l'élément rayonnant comprend un brin s'étendant à partir du point de croisement (O') suivant l'axe d'alignement du dipôle (Δ, Δ').
  14. Antenne en réseau selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque plaque d'un dipôle de l'élément rayonnant comporte deux branches latérales (p11, p11; p12, p12'; p21, p21'; p22, p22') agencées de manière à former un V, sensiblement ouvert à 90°, dont la pointe est située au voisinage du point de croisement (0") de l'élément rayonnant, et une branche intermédiaire (b11, b12, b21, b22) s'étendant entre les deux branches latérales, suivant l'axe d'alignement du dipôle.
  15. Antenne en réseau selon la revendication 14, caractérisée en ce que chacune des branches latérales (p11, p11'; p12, p12; p21, p21'; p22, p22') d'une plaque de l'élément rayonnant comprend un évidement intérieur (79", 79"(1), 79"(2)).
  16. Antenne en réseau selon la revendication 15, caractérisée en ce que les évidements respectifs (79"(1), 79"(2)) des deux branches latérales de chaque plaque sont disjoints, la distance (d) séparant les évidements respectifs des deux branches latérales étant au moins égale à la largeur de la branche intermédiaire de la plaque, au niveau de la pointe du V formé par lesdites branches latérales.
  17. Antenne en réseau selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant de la première rangée est séparée d'un élément rayonnant adjacent de la même rangée par une cloison transversale élémentaire (80).
  18. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant de la troisième rangée est séparée d'un élément rayonnant adjacent de la même rangée par une cloison transversale élémentaire (80).
  19. Antenne en réseau selon l'une des revendications 17 et 18, caractérisée en ce que chaque cloison transversale élémentaire est placée sensiblement à égale distance des éléments rayonnants qu'elle sépare.
  20. Antenne en réseau selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisée en ce que la hauteur de chaque cloison transversale élémentaire est inférieure à la hauteur des éléments rayonnants qu'elle sépare.
  21. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que chaque élément rayonnant de la première rangée est séparé de l'élément rayonnant en vis-à-vis de la troisième rangée par une cloison longitudinale (90).
  22. Antenne en réseau selon la revendication 21, caractérisé en ce que chaque cloison longitudinale est placée sensiblement à égale distance des éléments rayonnants qu'elle sépare.
  23. Antenne en réseau selon la revendication 22, caractérisé en ce que la hauteur de chaque cloison longitudinale est inférieure à la hauteur de l'élément rayonnant de la première rangée et à la hauteur de l'élément rayonnant en vis-à-vis de la troisième rangée.
  24. Antenne en réseau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande de fréquences de la première rangée (10) est sensiblement supérieure à la bande de fréquences de la deuxième rangée (20).
  25. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que la bande de fréquences de la troisième rangée (30) est sensiblement supérieure à la bande de fréquences de la deuxième rangée (20).
  26. Antenne en réseau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport entre la fréquence centrale de la bande de fréquences de la première rangée (10) et la fréquence centrale de la bande de fréquence de la deuxième rangée (20) est sensiblement compris entre 1,5 et 2,5.
  27. Antenne en réseau selon l'une des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que le rapport entre la fréquence centrale de la bande de fréquences de la troisième rangée (30) et la fréquence centrale de la bandé de fréquences de la deuxième rangée (20) est sensiblement compris entre 1,5 et 2,5.
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