EP2086053B1 - Antenne imprimée presentant un diagramme bi-faisceaux - Google Patents
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- EP2086053B1 EP2086053B1 EP09290072.9A EP09290072A EP2086053B1 EP 2086053 B1 EP2086053 B1 EP 2086053B1 EP 09290072 A EP09290072 A EP 09290072A EP 2086053 B1 EP2086053 B1 EP 2086053B1
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- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
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- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/04—Multimode antennas
Definitions
- the field of the invention is that of telecommunication antennas, and more particularly that of antennas for cellular networks of mobile communication.
- the invention relates more precisely to an antenna made in printed technology, of the type comprising a ground plane, a substrate superimposed on the ground plane and a metal deposit made on the substrate to form a resonant pellet.
- the urban antennas of GSM / DCS / UMTS base stations are designed to absorb the high traffic generated in high-traffic areas: shopping malls, shops, pedestrian streets, etc.
- the use of a directional antenna with a maximum gain in the direction perpendicular to the plane of the antenna is not optimal.
- This type of antenna actually promotes the environment close to the antenna, including the building just in front of the antenna, to the detriment of the areas at the ends of the corridor or the street.
- the object of the invention is notably to propose a printed antenna which presents a bidirectional radiation pattern in the horizontal plane (plane view) able to compensate the losses induced by the path of the signals coming from or towards the mobile terminals at ends of the elongated area to be covered.
- the figure 1 illustrates in this regard the coverage of a confined space E in the form of a corridor or pedestrian street that one seeks to obtain, with two preferred directions of radiation (see arrows F R ) of the antenna A, these privileged directions being offset from the main axis of radiation perpendicular to the direction S of the corridor or the pedestrian street to better cover the ends of the space E.
- the solution recommended by the invention is an antenna made in radiating printed technology according to a two-beam radiation pattern from a single resonant chip operating in a higher electromagnetic mode.
- the pellet is made more precisely by metal deposition on a substrate, which substrate rests on a ground plane.
- the supply of the pellet at an excitation point 2 disposed in the middle of one side of the pellet 1 generates the excitation of two transverse modes and perpendicular to each other, TM02 and TM20.
- the figure 3 represents the distribution of simulated surface currents by CAD software in the 1 pellet of the figure 2
- the figure 4 represents the 3D simulated radiation pattern of the pellet 1 showing the operation of the two radiated modes by the presence of four main lobes.
- the theoretical gain raises it to -1 dBi.
- the pellet 1 thus radiates, on opposite sides of each other, fields in phase opposition, inducing a bi-beam pattern for each plane orthogonal to the plane of the antenna (a two-beam diagram in the vertical plane, a two-beam diagram). -beams in the horizontal plane), that is to say a final four-beam radiation pattern.
- Such a quad-beam diagram is however not desirable, since the two lobes lying in the vertical plane of the antenna are not useful. The energy found in these lobes does not actually provide the desired coverage function, these lobes not being directed in the length of the corridor or the street to cover.
- the original positioning of the power supply allows the antenna according to the invention to operate in a single higher mode, with a distribution of surface currents of the type of that shown in FIG. figure 6 (corresponding to lozenge 3 of the diagram of the figure 5 discussed below), inducing a two-beam radiation pattern of the type shown in the 3D simulation of the figure 7 with, in the same plane orthogonal to the pellet, two lobes remote and symmetrical with respect to the normal to the pellet.
- the pellet is square on the side substantially equal to k * ⁇ s where k is a strictly positive integer and ⁇ s represents the wavelength in the substrate.
- the feeding means comes to excite the pellet at an excitation point 4 disposed 3 ⁇ 4 of one side of the pellet.
- the au excitation of one of the sides of the pellet makes it possible to inhibit the radiation of the undesired transverse mode (for example the TM 20 mode), since it imposes the arrival of a maximum current where the field should cancel each other to allow the radiation of that mode.
- the undesired transverse mode for example the TM 20 mode
- the excitation at% of the side is indifferent on the left or right side of the pellet.
- the tablet 3 of the figure 5 has a theoretical gain of 2 dBi, which is 3 dB higher than the 1 figure 2 because of the focus of energy on two lobes instead of four.
- the supply means feeds the pellet by electromagnetic coupling.
- This coupling is for example achieved by means of a slot made in the ground plane facing the aforementioned excitation point.
- the supply means feeds the tablet by contact.
- the supply means is for example a micro-ribbon line coming into contact with the pellet at the aforementioned excitation point. It can also be a coaxial probe.
- the input impedance of the antenna fed by coaxial probe may have a significant self-inductive behavior. This behavior is represented by an inductance L s in series with the antenna (represented by a resonant circuit RLC) on the diagram of the figure 8 .
- the antenna further comprises capacitive compensation means for attenuating the inductive behavior of the input impedance of the antenna fed by coaxial probe.
- the capacitive compensation means (represented by a capacitance Ce on the figure 9 ) make it possible to compensate for the effect of the inductance L s and consequently to adapt the input impedance of the antenna.
- the capacitive compensation means may form part of the antenna body, for example taking the form of an extension of the half-disk type chip around the excitation point 4.
- the position of the coaxial probe can be positioned midway between the side of the pellet and the edge of the half-disk as shown on the figure 10 .
- the capacitive extension is not limited to a half-disk extension, but can take other geometric shapes. It should be noted that the total area of the extension should be approximately equal to that of the half-disk to produce a similar capacitive effect.
- the antenna according to the invention had a single excitation point for feeding the pellet and the generation of a two-beam diagram in the same plane.
- the invention is however not limited to this case, but also extends to variants in which the antenna has a plurality of excitation points arranged along the chip for each generate a two-beam diagram. in the same plane.
- the square pellet 7 comprises a first and second excitation points 8, 9 arranged on orthogonal sides of the pellet so that the pellet resonates in a first of the higher modes (for example TM20) in a first plane orthogonal to the pellet when it is excited from the first excitation point and in a second of the higher modes (TM02 in the example) in a second plane orthogonal to the pellet and in the foreground when it is excited from the second excitation point.
- a first of the higher modes for example TM20
- TM02 second of the higher modes
- the excitation of the pellet 7 at the point 8 makes it possible to induce a two-beam radiation pattern in the horizontal plane (H plane), while the excitation of the pellet at the point 9 allows to induce a bi-beam radiation pattern in the vertical plane (plane V).
- the supply means may be configured to alternately excite the chip from the first and second excitation points, so that the antenna alternately has a bi-beam pattern in the H plane. (horizontal diagram) and a diagram (called vertical diagram) orthogonal to the horizontal diagram.
- This variant finds particular application for the design of a compact antenna for the detection of movement and speed by effect Doppler in Janus configuration in two axes (where current applications are configured in a single axis).
- the square pellet 10 comprises four excitation points 11-14 each arranged on one side of the pellet according to the invention (here at 3 ⁇ 4 on each side for a square pellet), the supply means being configured to excite the pastille by sequentially feeding the excitation points, such that the pellet has a conical radiation pattern.
- each excitation point 11-14 is delayed by a phase of 90 ° with respect to the previous point.
- Such a variant makes it possible to obtain a conical configuration with a right or left circular polarized wave in the sequential feed direction.
- This variant finds particular application for the design of a very compact satellite reception antenna embedded, especially on the roof of a car as shown on the figure 14 for receiving signals from geostationary satellites.
- a geostationary satellite is at an angle to the ground of 35 ° (average for Europe).
- the invention provides according to a preferred embodiment an optically transparent antenna with a two-beam diagram.
- the substrate of the antenna may be made of glass, or formed of any other optically transparent dielectric material, for example plexiglass.
- optically transparent material a material substantially transparent to visible light, allowing at least about 30% of this light, and preferably more than 60% of the light.
- the ground plane and the resonant pad preferably side ⁇ s are each formed by depositing an optically transparent conductive material on a plastic film, for example on a polyester film.
- the optically transparent conductive material can also be directly deposited by etching processes.
- the optically transparent conductive material is preferably, but not limited to, indium tin oxide (ITO) or silver doped tin oxide (AgHT).
- the ground plane and the resonant pad can be sandwiched between optically transparent dielectric layers, such as glass layers.
- the Figures 15 and 16 are optically transparent antenna patterns given for illustrative purposes.
- the figure 15 represents an optically transparent antenna according to the invention comprising a ground plane M, a substrate S and a resonant pellet P, in which the pellet is fed at an excitation point E arranged in accordance with the invention and fed with by a coaxial probe.
- the figure 16 represents another optically transparent antenna according to the invention comprising a ground plane M, a substrate S and a resonant pellet P, in which the pellet P is fed at an excitation point E via a micro-ribbon line L also made
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Description
- Le domaine de l'invention est celui des antennes de télécommunication, et plus particulièrement celui des antennes pour les réseaux cellulaires de communication mobile.
- L'invention concerne plus précisément une antenne réalisée en technologie imprimée, du type comportant un plan de masse, un substrat superposé au plan de masse et un dépôt métallique réalisé sur le substrat pour y former une pastille résonnante.
- Les antennes urbaines des stations de base GSM/DCS/UMTS ont notamment vocation à absorber le fort trafic engendré dans des lieux de grande affluence : centres commerciaux, boutiques, rues piétonnes, etc.
- Ces antennes sont en outre soumises à des contraintes d'intégration paysagère.
- Dans le cas où la zone à couvrir est allongée, notamment un couloir ou une rue piétonne, l'utilisation d'une antenne directive avec un gain maximal dans la direction perpendiculaire au plan de l'antenne n'est pas optimale. Ce type d'antenne favorise effectivement l'environnement proche de l'antenne, notamment le bâti juste en face de l'antenne, au détriment des zones se trouvant aux extrémités du couloir ou de la rue.
- L'invention vise à pallier à cet inconvénient, et propose à cet effet une antenne imprimée comportant un plan de masse, un substrat superposé au plan de masse, un dépôt métallique réalisé sur le substrat pour y former une pastille résonnante, et un moyen d'alimentation pour exciter la pastille résonnante, caractérisée en ce que la pastille présente des dimensions adaptées pour que la pastille soit susceptible de rayonner dans les deux modes électromagnétiques supérieurs TM02 et TM20, et en ce que le moyen d'alimentation permet d'exciter la pastille au niveau d'un point d'excitation disposé de telle manière que la pastille résonne dans un seul desdits modes électromagnétiques supérieurs, en induisant de la sorte un diagramme de rayonnement bi-faisceaux avec, dans un même plan orthogonal à la pastille, deux lobes principaux dépointés et symétriques par rapport à la normale à la pastille et dans laquelle:
- la pastille est carrée de côté sensiblement égal à k*λS où k est un entier strictement positif et λS représente la longueur d'onde dans le substrat,
- le point d'excitation est sensiblement situé au 3 /4 de l'un des côtés de la pastille.
- Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de cette antenne sont les suivants :
- le moyen d'alimentation alimente la pastille par couplage électromagnétique ;
- une fente de couplage est découpée dans le plan de masse ;
- le moyen d'alimentation alimente la pastille par contact ;
- le moyen d'alimentation est une ligne micro-ruban ;
- le moyen d'alimentation est une sonde coaxiale ;
- l'antenne comporte en outre des moyens de compensation capacitive visant à atténuer le comportement selfique de l'impédance d'entrée de l'antenne alimentée par sonde coaxiale ;
- les moyens de compensation capacitive prennent la forme d'une extension de la pastille autour du point d'excitation ;
- l'extension présente une surface sensiblement égale à celle d'un demi-disque de rayon Re=4*h où h désigne l'épaisseur du substrat ;
- l'extension est un demi-disque ;
- le point d'excitation est positionné à mi-chemin entre le côté de la pastille et le bord du demi-disque ;
- la pastille présente un premier et second points d'excitation sur des côtés orthogonaux de la pastille pour que la pastille puisse résonner dans un premier mode supérieur dans un premier plan orthogonal à la pastille lorsqu'elle est excitée depuis le premier point d'excitation et dans un deuxième mode supérieur dans un second plan orthogonal à la pastille et au premier plan lorsqu'elle est excitée depuis le second point d'excitation, les moyens d'alimentation étant configurés pour exciter alternativement la pastille depuis le premier et depuis le second points d'excitation ;
- la pastille présente quatre points d'excitation disposés chacun sur un côté de la pastille, les moyens d'alimentation étant configurés pour exciter la pastille en alimentant séquentiellement les points d'excitation, la pastille présentant de la sorte un diagramme de rayonnement conique ;
- l'antenne est optiquement transparente à la lumière visible.
- D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la
figure 1 illustre la couverture d'un espace confiné de type rue piétonne par l'antenne selon l'invention ; - les
figures 2 à 4 représentent respectivement une pastille carré excitée au milieu de l'un de ses côtés, sa distribution surfacique de courants et son diagramme de rayonnement ; - les
figures 5 à 7 représentent respectivement une pastille d'une antenne conforme à un mode de réalisation possible de l'invention, sa distribution surfacique de courants et son diagramme de rayonnement ; - la
figure 8 est un schéma illustrant le comportement selfique d'une alimentation de l'antenne par une sonde coaxiale ; - la
figure 9 est un schéma illustrant la mise en oeuvre d'une compensation capacitive au comportement selfique de l'alimentation de l'antenne par une sonde coaxiale ; - la
figure 10 illustre un mode de réalisation possible de la compensation capacitive ; - la
figure 11 représente une pastille à deux points d'excitation disposés le long de la pastille conformément à une mise en oeuvre de l'invention ; - la
figure 12 illustre l'obtention alternée d'un rayonnement bi-faisceaux dans le plan horizontal puis dans le plan vertical avec l'antenne de lafigure 11 ; - la
figure 13 représente une pastille à quatre points d'excitation disposés le long de la pastille conformément à une mise en oeuvre de l'invention ; - la
figure 14 illustre l'obtention d'un diagramme de rayonnement conique en alimentant séquentiellement les points d'excitation de la pastille de lafigure 13 ; - les
figures 15 et 16 sont des exemples d'antennes optiquement transparentes conformes à l'invention. - L'invention a notamment pour objectif de proposer une antenne imprimée qui présente un diagramme de rayonnement bidirectionnel dans le plan horizontal (vue d'avion) apte à compenser les pertes induites par le trajet des signaux en provenance ou vers les terminaux mobiles se trouvant aux extrémités de la zone allongée à couvrir.
- La
figure 1 illustre à cet égard la couverture d'un espace confiné E en forme de couloir ou rue piétonne que l'on cherche à obtenir, avec deux directions privilégiées de rayonnement (cf. flèches FR) de l'antenne A, ces directions privilégiées étant dépointées par rapport à l'axe principal de rayonnement perpendiculaire au sens S du couloir ou de la rue piétonne pour couvrir au mieux les extrémités de l'espace E. - La solution préconisée par l'invention est une antenne réalisée en technologie imprimée rayonnant selon un diagramme de rayonnement bi-faisceaux à partir d'une seule pastille résonnante fonctionnant sur un mode électromagnétique supérieur. La pastille plus précisément réalisée par dépôt métallique sur un substrat, lequel substrat repose sur un plan de masse.
- A cet égard, il est prévu dans le cadre de l'invention d'utiliser une pastille présentant des dimensions adaptées pour que la pastille soit susceptible de résonner dans les deux modes supérieurs TM02 et TM20.
- On a représenté sur la
figure 2 une pastille carrée 1 présentant un côté de dimension égale à la longueur d'onde dans le substrat λs (là où classiquement les dimensions d'une pastille résonnante sont de l'ordre d'une demi-longueur d'onde). - L'alimentation de la pastille au niveau d'un point d'excitation 2 disposé au milieu de l'un des côtés de la pastille 1 engendre l'excitation de deux modes transversaux et perpendiculaires entre eux, TM02 et TM20.
- La
figure 3 représente la distribution des courants de surface simulée par logiciel CAO dans la pastille 1 de lafigure 2 , et lafigure 4 représente le diagramme de rayonnement simulé en 3D de la pastille 1 montrant le fonctionnement des deux modes rayonnés par la présence de quatre lobes principaux. Le gain théorique l'élève à - 1 dBi. - La pastille 1 rayonne ainsi, des deux côtés opposés entre eux, des champs en opposition de phase, induisant un diagramme bi-faisceaux pour chaque plan orthogonal au plan de l'antenne (un diagramme bi-faisceaux dans le plan vertical, un diagramme bi-faisceaux dans le plan horizontal), soit au final un diagramme de rayonnement quadri-faisceaux.
- Un tel diagramme quadri-faisceaux n'est cependant pas souhaitable, dans la mesure où les deux lobes se situant dans le plan vertical de l'antenne ne sont pas utiles. L'énergie se retrouvant dans ces lobes n'assure effectivement pas la fonction de couverture désirée, ces lobes n'étant pas dirigés dans la longueur du couloir ou de la rue à couvrir.
- On propose dans le cadre de l'invention de supprimer l'un des modes électromagnétiques supérieurs, pour réduire le comportement en rayonnement de l'antenne à un seul mode et produire ainsi un diagramme de rayonnement bi-faisceaux. A cet effet, on prévoit dans le cadre de l'invention de déplacer le point d'excitation le long de la pastille jusqu'à ce que l'un des modes TM02 ou TM 20 s'évanouisse.
- Le positionnement original de l'alimentation permet à l'antenne selon l'invention de fonctionner sur un seul mode supérieur, avec une distribution de courants surfaciques du type de celle représentée sur la
figure 6 (correspondant à la pastille 3 du schéma de lafigure 5 discutée ci-après), induisant un diagramme de rayonnement bi-faisceaux du type de celui représenté sur la simulation en 3D de lafigure 7 avec, dans un même plan orthogonal à la pastille, deux lobes dépointés et symétriques par rapport à la normale à la pastille. - Selon un mode de réalisation possible de l'invention, la pastille est carrée de côté sensiblement égal à k*λs où k est un entier strictement positif et λs représente la longueur d'onde dans le substrat.
- Il s'agit par exemple d'une pastille 3 carrée de côté λs, comme cela est représenté sur la
figure 5 . - Dans le cadre de ce mode de réalisation, le moyen d'alimentation vient exciter la pastille au niveau d'un point d'excitation 4 disposé au ¾ de l'un des côtés de la pastille.
- L'excitation au ¾ de l'un des côtés de la pastille permet d'inhiber le rayonnement du mode transversal non-souhaité (par exemple le mode TM20), car elle impose l'arrivée d'un courant maximal là où le champ devrait s'annuler pour permettre le rayonnement dudit mode.
- On relèvera que l'excitation à % du côté est indifférente du côté gauche ou droit de la pastille.
- On retiendra que la pastille 3 de la
figure 5 présente un gain théorique de 2 dBi, en progression de 3 dB par rapport à la pastille 1 de lafigure 2 , du fait de la focalisation de l'énergie sur deux lobes au lieu de quatre. - Le diagramme bi-faisceaux d'une antenne conforme à l'invention présente, dans un même plan orthogonal à la pastille, deux lobes principaux dépointés et symétriques par rapport à la normale à la pastille. L'écart des axes principaux de rayonnement par rapport à la normale à la pastille (représenté par θ sur la
figure 7 ) est notamment tributaire de la constante diélectrique du substrat, selon - εe : constante diélectrique effective du substrat
- λo: longueur d'onde dans le vide
- λs : longueur d'onde dans le substrat, λs = λo /√εe
- A titre d'exemple, pour un substrat type Plexiglas (PPMA), utilisé dans un prototype élaboré par les inventeurs, εe = 2,7. Un angle d'inclinaison des deux lobes de θ = 55 ° est alors obtenu.
- Selon un mode de réalisation possible de l'invention, le moyen d'alimentation alimente la pastille par couplage électromagnétique. Ce couplage est par exemple réalisé par l'intermédiaire d'une fente pratiquée dans le plan de masse en regard du point d'excitation susmentionné.
- Selon un autre mode de réalisation possible de l'invention, le moyen d'alimentation alimente la pastille par contact.
- Le moyen d'alimentation est par exemple une ligne micro-ruban venant contacter la pastille au niveau du point d'excitation susmentionné. Il peut également s'agir d'une sonde coaxiale.
- L'impédance d'entrée de l'antenne alimentée par sonde coaxiale peut présenter un comportement selfique non négligeable. Ce comportement est représenté par une inductance Ls en série avec l'antenne (représentée par un circuit résonnant RLC) sur le schéma de la
figure 8 . - Selon une variante avantageuse de l'invention, l'antenne comporte en outre des moyens de compensation capacitive visant à atténuer le comportement selfique de l'impédance d'entrée de l'antenne alimentée par sonde coaxiale.
- Les moyens de compensation capacitive (représentée par une capacité Ce sur la
figure 9 ) permettent de compenser l'effet de l'inductance Ls et par conséquent d'adapter l'impédance d'entrée de l'antenne. - Comme cela est représenté sur la
figure 9 , les moyens de compensation capacitive peuvent faire partie du corps de l'antenne en prenant par exemple la forme d'une extension 5 de la pastille du type demi-disque autour du point d'excitation 4. - Le rayon Re du demi-disque de l'extension 5 est essentiellement tributaire de la longueur d'onde de la sonde coaxiale traversant l'antenne et par conséquent de l'épaisseur du substrat. On retiendra approximativement Re=4*h où h désigne l'épaisseur du substrat.
- Afin de profiter pleinement de l'effet capacitif de l'extension, la position de la sonde coaxiale peut être positionnée à mi-chemin entre le côté de la pastille et le bord du demi-disque comme cela est représenté sur la
figure 10 . - L'extension capacitive n'est pas limitée à une extension en demi-disque, mais peut prendre d'autres formes géométriques. On retiendra que la surface totale de l'extension doit être approximativement égale à celle du demi-disque pour produire un effet capacitif similaire.
- Dans ce qui précède, l'antenne selon l'invention présentait un seul point d'excitation pour l'alimentation de la pastille et la génération d'un diagramme bi-faisceaux dans un même plan.
- L'invention n'est cependant pas limitée à ce cas de figure, mais s'étend également à des variantes dans lesquelles l'antenne présente une pluralité de points d'excitation disposés le long de la pastille pour chacun engendrer un diagramme bi-faisceaux dans un même plan.
- Dans la variante représentée par le schéma de la
figure 11 , la pastille 7 carrée comporte un premier et second points d'excitation 8, 9 disposés sur des côtés orthogonaux de la pastille pour que la pastille résonne dans un premier des modes supérieurs (par exemple TM20) dans un premier plan orthogonal à la pastille lorsqu'elle est excitée depuis le premier point d'excitation et dans un second des modes supérieur (TM02 dans l'exemple) dans un second plan orthogonal à la pastille et au premier plan lorsqu'elle est excitée depuis le second point d'excitation. Comme représenté sur lafigure 12 , l'excitation de la pastille 7 au niveau du point 8 permet effectivement d'induire un diagramme de rayonnement bi-faisceaux dans le plan horizontal (plan H), tandis que l'excitation de la pastille au niveau du point 9 permet d'induire un diagramme de rayonnement bi-faisceaux dans le plan vertical (plan V). Dans le cadre de cette variante, les moyens d'alimentation peuvent être configurés pour exciter alternativement la pastille depuis le premier et depuis le second des points d'excitation, de sorte que l'antenne présente alternativement un diagramme bi-faisceaux dans le plan H (diagramme horizontal) et un diagramme (dit diagramme vertical) orthogonal au diagramme horizontal. - Cette variante trouve notamment application pour la conception d'une antenne compacte pour la détection de mouvement et de vitesse par effet Doppler en configuration Janus dans deux axes (là où les applications actuelles sont configurées selon un seul axe).
- Selon une autre variante de réalisation illustrée par le schéma de la
figure 13 , la pastille carrée 10 comporte quatre points d'excitation 11-14 disposés chacun sur un côté de la pastille conformément à l'invention (ici aux ¾ de chaque côté pour une pastille carrée), les moyens d'alimentation étant configurés pour exciter la pastille en alimentant séquentiellement les points d'excitation, de telle manière que la pastille présente un diagramme de rayonnement conique. - Comme représenté sur la
figure 13 , l'alimentation de chaque point d'excitation 11-14 est en retard d'une phase de 90° par rapport au point précédent. Une telle variante permet d'obtenir une configuration conique avec une onde polarisée circulaire droite ou gauche selon le sens d'alimentation séquentiel. - Cette variante trouve notamment application pour la conception d'une antenne très compacte de réception satellitaire embarquée, notamment sur le toit d'une voiture tel que cela est représenté sur la
figure 14 pour la réception des signaux en provenance des satellites géostationnaires. En effet, un satellite géostationnaire se trouve à un angle par rapport au sol de 35° (moyenne pour l'Europe). Or, le fait de disposer d'un angle θ = 55° par rapport à la verticale (cas d'un substrat en plexiglas) permet à l'antenne de constituer une solution particulièrement intéressante pour la réception satellite à partir une surface horizontale (telle que le toit d'une voiture). - Comme indiqué en introduction, les antennes urbaines sont également soumises à des contraintes d'intégration paysagère. Afin de répondre à ces contraintes, l'invention prévoit selon un mode de réalisation privilégié une antenne optiquement transparente à diagramme bi-faisceaux.
- A cet effet, le substrat de l'antenne peut être en verre, ou formé de tout autre matériau diélectrique optiquement transparent, par exemple en plexiglas.
- On précise ici que l'on entend par matériau « optiquement transparent », un matériau substantiellement transparent à la lumière visible, laissant passer au moins environ 30% de cette lumière, et de préférence plus de 60% de la lumière.
- Le plan de masse et la pastille résonnante préférentiellement de côté λs sont chacun formés par dépôt d'un matériau conducteur optiquement transparent sur un film plastique, par exemple sur un film en polyester. Le matériau conducteur optiquement transparent peut également être directement déposé par des procédés de gravure. Le matériau conducteur optiquement transparent est de préférence, sans pour autant que cela ne soit limitatif, de l'oxyde d'indium-étain (ITO) ou de l'oxyde d'étain dopé à l'argent (AgHT).
- Par ailleurs, le plan de masse et la pastille résonnante peuvent être pris en sandwich entre des couches diélectriques optiquement transparentes, telles que des couches de verre.
- Les
figures 15 et 16 sont des schémas d'antennes optiquement transparentes données à titre illustratifs. - La
figure 15 représente une antenne optiquement transparente conforme à l'invention comprenant un plan de masse M, un substrat S et une pastille résonnante P, dans laquelle la pastille est alimentée au niveau d'un point d'excitation E disposé conformément à l'invention et alimenté par une sonde coaxiale. - La
figure 16 représente une autre antenne optiquement transparente conforme à l'invention comprenant un plan de masse M, un substrat S et une pastille résonnante P, dans laquelle la pastille P est alimentée au niveau d'un point d'excitation E par l'intermédiaire d'une ligne micro-ruban L également réalisée - Sur ces deux
figures 15 et 16 , le plan de masse M et la pastille P sont pris en sandwich entre deux couches optiquement transparentes V.
Claims (14)
- Antenne imprimée comportant un plan de masse (P), un substrat (S) superposé au plan de masse, un dépôt métallique réalisé sur le substrat pour y former une pastille résonnante (3, 6, 7, 10, P), et un moyen d'alimentation pour exciter la pastille résonnante, caractérisée en ce que la pastille présente des dimensions adaptées pour que la pastille soit susceptible de rayonner dans les deux modes électromagnétiques supérieurs TM02 et TM20, et en ce que le moyen d'alimentation permet d'exciter la pastille au niveau d'un point d'excitation (4, 8, 9, 11-15, E) disposé de telle manière que la pastille résonne dans un seul desdits modes électromagnétiques supérieurs, en induisant de la sorte un diagramme de rayonnement bi-faisceaux avec, dans un même plan orthogonal à la pastille, deux lobes principaux dépointés et symétriques par rapport à la normale à la pastille ;
dans laquelle :- la pastille est carrée de côté sensiblement égal à k*λS où k est un entier strictement positif et λS représente la longueur d'onde dans le substrat,- le point d'excitation est sensiblement situé au ¾ de l'un des côtés de la pastille. - Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le moyen d'alimentation alimente la pastille par couplage.
- Antenne selon la revendication 2, dans laquelle une fente de couplage est découpée dans le plan de masse.
- Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le moyen d'alimentation alimente la pastille par contact.
- Antenne selon la revendication 4, dans laquelle le moyen d'alimentation est une ligne micro-ruban.
- Antenne selon la revendication 4, dans laquelle le moyen d'alimentation est une sonde coaxiale.
- Antenne selon la revendication 6, comprenant en outre des moyens de compensation capacitive (5) visant à atténuer le comportement selfique de l'impédance d'entrée de l'antenne alimentée par sonde coaxiale.
- Antenne selon la revendication 7, dans laquelle les moyens de compensation capacitive (5) prennent la forme d'une extension de la pastille autour du point d'excitation.
- Antenne selon la revendication 8, dans laquelle l'extension (5) présente une surface sensiblement égale à celle d'un demi-disque de rayon Re=4*h où h désigne l'épaisseur du substrat.
- Antenne selon la revendication 9, dans laquelle l'extension est un demi-disque (5).
- Antenne selon la revendication 10, dans laquelle le point d'excitation (4) est positionné à mi-chemin entre le côté de la pastille (6) et le bord du demi-disque (5).
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle la pastille (7) présente un premier (8) et second (9) points d'excitation sur des côtés orthogonaux de la pastille pour que la pastille puisse résonner dans un premier mode supérieur dans un premier plan orthogonal à la pastille lorsqu'elle est excitée depuis le premier point d'excitation et dans un deuxième mode supérieur dans un second plan orthogonal à la pastille et au premier plan lorsqu'elle est excitée depuis le second point d'excitation, les moyens d'alimentation étant configurés pour exciter alternativement la pastille depuis le premier et depuis le second points d'excitation.
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle la pastille (10) présente quatre points d'excitation (11-15) disposés chacun sur un côté de la pastille, les moyens d'alimentation étant configurés pour exciter la pastille en alimentant séquentiellement les points d'excitation, la pastille présentant de la sorte un diagramme de rayonnement conique.
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle est optiquement transparente à la lumière visible.
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