EP2229601B1 - Antenne electromagnetique reconfigurable par electromouillage - Google Patents

Antenne electromagnetique reconfigurable par electromouillage Download PDF

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EP2229601B1
EP2229601B1 EP08854738.5A EP08854738A EP2229601B1 EP 2229601 B1 EP2229601 B1 EP 2229601B1 EP 08854738 A EP08854738 A EP 08854738A EP 2229601 B1 EP2229601 B1 EP 2229601B1
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EP
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fluid substance
elements
antenna
fluid
antenna according
Prior art date
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EP08854738.5A
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EP2229601A2 (fr
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Marc Berenguer
Emmanuel Dreina
Michel Pons
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Orange SA
Original Assignee
Orange SA
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Publication date
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Publication of EP2229601B1 publication Critical patent/EP2229601B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/09—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens wherein the primary active element is coated with or embedded in a dielectric or magnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0485—Dielectric resonator antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface

Definitions

  • the present invention is in the field of electromagnetic antennas. More specifically, the invention relates to a reconfigurable antenna by electrowetting.
  • an electromagnetic antenna is composed of a radiating element, a dielectric and a ground plane.
  • the radiating element and the ground plane are most often metallic. They have very different shapes and sizes.
  • terminals and / or communicating objects are constrained in size, weight and have a low energy autonomy .
  • These terminals and / or communicating objects require antennas which are miniaturized, on the one hand, and which can satisfy, on the other hand, a set of constraints related to the radio system. For example, these antennas must be able to simultaneously cover all the frequencies of a broad band of frequency or at least these antennas must have a great agility in frequency to be able to scan a broad spectrum of frequencies.
  • the reconfiguration of an antenna is obtained by switching certain elements, among the radiating element, the dielectric and the ground plane, which compose it, or by varying impedances connected at certain points of the antenna. .
  • the elements switching and impedances for reconfiguration, have intrinsic losses that affect the efficiency of the antenna.
  • the document GB A 2,436,168 describes ( figure 2 or 3c ) An antenna comprising a core formed of a radiator element and at least two compartments of a container each filled with the first fluid substance improving the resonance frequency characteristics of this element.
  • the present invention relates, in a first aspect, to an electromagnetic antenna according to claim 1.
  • the antenna according to the invention has the advantage of comprising a radiating element no longer metallic but composed of a fluid substance which is by nature deformable.
  • the first fluid substance is a substance rendered electrically conductive by the introduction into this substance of particles or fragments of a conductive element or by the introduction into this substance of a conductive substance
  • the radiating element (fluid substance and fragments) special electromagnetic properties.
  • the resonant frequency is not necessarily fixed by the size and volume of the fluid substance but is also a function of possible refolding fragments that may have very large lengths deployed. This allows the antenna to operate in much lower frequency bands than in the case of a simple fluid substance.
  • the second element is composed of a set of sub-elements electrically insulated from each other.
  • the decomposition of the second element into sub-elements makes it possible to facilitate and better control the deformation of the assembly. It is possible to obtain asymmetrical deformation.
  • the contact surfaces of the first and second elements with respectively the first and the second fluid substance are flat or concave or convex.
  • the shape taken by the contact surface of the elements with the fluid substances makes it possible to compensate the effects due to the weight of the fluid substance (effects of gravity), to increase the size of the fluid. antenna and therefore to be able to use it in lower frequency bands.
  • At least one of the contact surfaces of the first and second elements with respectively the first and the second fluid substance is covered with a layer of an insulating material.
  • the introduction of a layer of an insulating material makes it possible to isolate the fluid substances and to avoid chemical reactions between the fluid substances and the contact surfaces of the elements with the fluid substances.
  • Deformation of the contours and volume of the first fluid substance can be slow and gradual. Given the flexibility of the constituent substances of the antenna, this deformation is reversible. The deformation being continuous, the reconfiguration of the antenna is also continuous, progressive and reversible. These features greatly enhance the adaptability of the antenna.
  • the contours and the volume of the first fluid substance are deformed by applying a plurality of potential differences between the first element and each of the sub-elements of the second element.
  • the second element can be decomposed into sub-elements, the deformation of the contours and the volume of the first fluid substance can be asymmetrical.
  • the reconfiguration of the antenna, in particular in polarization and radiation pattern, is greatly improved.
  • the antenna according to the invention comprises a protective cover enclosing the first element, the second element, the first fluid substance and the second fluid substance.
  • the invention also relates to a method for reconfiguring an antenna as described above, said method comprising an operation of deforming the contours and the volume of the first fluid substance by applying at least one potential difference between the first and the second element.
  • a method of reconfiguring an antenna according to the invention has the advantage of being continuous, progressive and reversible.
  • the invention also relates to a radiocommunication terminal comprising an antenna as described above.
  • the figure 1 represents a longitudinal sectional view of an antenna according to a first embodiment of the invention
  • the antenna represented on the figure 1 includes an RF (radio frequency) port for transmitting and receiving signals.
  • the RF port is connected to a first electrically conductive element S 1 .
  • the element S 1 is surrounded by an insulating element S 3 separating it from a second electrically conductive element S 2 , the element S 2 surrounding the element S 3 .
  • a first fluid substance F 1 highly electrically conductive. As shown on the figure 1 , the fluid substance F 1 is also in contact with a part of the element S 3 .
  • the fluid substance F 1 has a surface tension comparable to that of the oil.
  • the fluid substance F 1 can be a liquid, a body in a solid-liquid transition phase or a soft and flowing material, polymer type.
  • the volume of the fluid substance F 1 is low and may, for example, be similar to that of a drop.
  • a second fluid substance F 2 On the element S 2 is a second fluid substance F 2 . As shown on the figure 1 the fluid substance F 2 is also in contact with a part of the element S 3 .
  • the fluid substance F 2 has a surface tension comparable to that of water.
  • the fluid substance F 2 may be water or a liquid having properties comparable to those of water.
  • Fluid substances F 1 and F 2 are immiscible.
  • Fluid substances F 1 and F 2 are in contact at a contact surface S c .
  • the fluid substance F 2 covers the fluid substance F 1 .
  • the fluid substance F 1 is made conductive electricity by the introduction into this substance of particles or fragments of a conductive element. These particles or fragments may be carbon nanotubes or other conductive filaments. These particles or fragments may be suspended in the fluid substance F 1 or adhere to the element S 1 through a flexible and conductive connection means.
  • the fluid substance F 1 is made conductive electricity by the introduction of a conductive fluid substance mixed with the fluid substance F 1 .
  • the figure 3 represents a cross-sectional view along the plane P for a particular embodiment of the antenna in which the element S 1 is a disk and the elements S 2 and S 3 are rings of the same center as that of the disk S 1 .
  • the figure 4 is a longitudinal sectional view of the antenna according to another embodiment of the invention wherein the elements S 1 , S 2 and S 3 are concentric rings.
  • the RF port is in direct contact with the fluid substance F 1 .
  • the figure 5 represents a cross-sectional view along the plane P of an alternative embodiment of the antenna for which the element S 2 is composed of a set of n sub-elements SE i with i varying from 1 to n.
  • the sub-elements SE i are electrically isolated from each other.
  • the surface formed by the surfaces of the elements S 1 , S 2 and S 3 in contact with the fluid substances F 1 and F 2 can be flat as shown in FIGS. Figures 1, 2 and 4 . It can also be concave (for example, to form a kind of bowl) or convex.
  • the radius of curvature must be less than a certain threshold. If this threshold is exceeded, the effects of gravity acting on the fluids can cause a tear of the outer "envelope" of these fluids.
  • the fluid substances are transformed into droplets at the contact with the convex surface formed by the surfaces of the elements S 1 , S 2 and S 3 .
  • At least one of the surfaces of the elements S 1 , S 2 and S 3 in contact with the fluid substances F 1 and F 2 is covered with a thin layer of an insulating material .
  • This thin layer makes it possible to isolate the fluid substances F 1 and F 2 and thus to avoid chemical reactions between the fluid substances F 1 and F 2 and the surfaces of the elements S 1 , S 2 and S 3 .
  • the invention also relates to a method for reconfiguring an antenna according to the invention.
  • the figure 6 illustrates the application of a reconfiguration method according to the invention to an antenna according to the invention.
  • a voltage source T is connected to the element S 2 of an antenna as described above.
  • the displacement of the contours of the fluid substance F 2 causes the displacement of the contours of the fluid substance F 1 with which it is in contact.
  • the volume occupied by the fluid substance F 1 is then in turn deformed. This displacement and this deformation cause a modification of the characteristics from an electromagnetic radiation point of view of the fluid substance F 1 .
  • Arrows drawn on the figure 6 represent the direction of displacement of the contours and the deformation of the fluid substances F 1 and F 2 .
  • a reconfigurable antenna is thus obtained by deformation of the contours and a volume of a conductive fluid substance.
  • the figure 7a illustrates an example of application of the reconfiguration method according to the invention.
  • Deformation represented by the arrows, of the contours and volumes of the two fluid substances F 1 and F 2 is obtained by applying a voltage T 1 .
  • the deformation produced leads to obtaining a significant radiating length and therefore a relatively low operating frequency.
  • the figure 7b illustrates another example of application of the reconfiguration method according to the invention.
  • a deformation, represented by the arrows, of the contours and volumes of the two fluid substances F 1 and F 2 is obtained by the application of a voltage T 2 different from T 1 .
  • the deformation produced leads to obtaining a lower radiating length than in the previous example and therefore to a higher operating frequency.
  • the element S 2 is composed of a set of n sub-elements SE i with i varying from 1 to n (embodiment shown in FIG. figure 5 ), it is then possible to apply different potential differences between the element S 1 and each of the sub-elements of the element S 2 . It is thus possible to obtain a non-uniform or asymmetrical deformation of the volume of the fluid substance F 1 . This type of deformation makes it possible to obtain a reconfiguration of the antenna in polarization, in addition to the reconfigurations always possible in frequency and in radiation pattern.
  • the figure 8a illustrates another example of application of the reconfiguration method according to the invention.
  • asymmetric deformation of the contours and volumes of the two fluid substances F 1 and F 2 is obtained by applying different voltages T i and T j for respectively two sub-elements SE i and SE j of the element S 2 .
  • the figure 8b illustrates, in a cross-sectional view along the plane P, the previous example of application of the reconfiguration method according to the invention as illustrated in FIG. figure 8a .
  • FIGS 9a and 9b illustrate examples of application of the reconfiguration method according to the invention similar to those shown respectively in Figures 7a and 7b but for which the surface formed by the surfaces of the elements S 1 , S 2 and S 3 in contact with the fluid substances F 1 and F 2 is concave.
  • the figure 10 represents an antenna according to the invention provided with a protective cover.
  • the protective cover makes it possible to enclose the various constituent elements of the antenna such as the elements S 1 , S 2 and S 3 and the fluid substances F 1 and F 2 .
  • the protective cover consists of solid walls.
  • the walls consist of the surfaces S 1 , S 2 and S 3 and a sealing surface S F of the entire device.
  • the protective cover can also enclose a third fluid substance F 3 , immiscible with the fluid substances F 1 and F 2 .
  • This third fluid substance F 3 makes it possible to fill the empty spaces between the walls of the protective cover and the elements that it contains.
  • the invention also relates to a radiocommunication terminal or any communicating object adapted to receive an antenna according to the invention.

Description

  • La présente invention se situe dans le domaine des antennes électromagnétiques. Plus précisément, l'invention concerne une antenne reconfigurable par électromouillage.
  • Classiquement une antenne électromagnétique est composée d'un élément rayonnant, d'un diélectrique et d'un plan de masse. L'élément rayonnant et le plan de masse sont le plus souvent métalliques. Ils présentent des formes et des dimensions très variables.
  • Dans les systèmes radio du type radio logicielle, tels que SDR (pour Software Defined Radio en anglais) ou SR (pour Software Radio), les terminaux et/ou objets communicants sont contraints en dimensions, en poids et ont une faible autonomie d'énergie. Ces terminaux et/ou objets communicants requièrent des antennes qui soient miniaturisées, d'une part, et qui puissent satisfaire, d'autre part, un ensemble de contraintes liées au système radio. Par exemple, ces antennes doivent pouvoir couvrir simultanément toutes les fréquences d'une large bande de fréquence ou au minimum ces antennes doivent présenter une grande agilité en fréquence pour pouvoir balayer un large spectre de fréquences.
  • Pour satisfaire cet ensemble de contraintes, des antennes dites "reconfigurables" ont été conçues.
  • Il existe actuellement au moins trois types d'antennes reconfigurables comme exposé ci-après.
    • Antenne reconfigurable en fréquence :
      On dit alors que l'antenne est agile en fréquence. L'antenne peut ainsi balayer un large spectre de fréquences. De telles antennes sont utilisées dans les terminaux mobiles qui peuvent être compatibles avec plusieurs normes de communication telles que la norme GSM (pour Global System for Mobile Communications en anglais) qui concerne une bande de fréquence autour de 900 MHz et la norme UMTS (pour Universal Mobile Telecommunications System en anglais) qui concerne une bande de fréquence autour de 1800 MHz.
    • Antenne reconfigurable en polarisation :
      On dit alors que l'antenne est agile en polarisation. Pour une polarisation linéaire, cette polarisation peut être horizontale ou verticale et pour une polarisation circulaire, celle-ci peut être gauche ou droite. De telles antennes permettent d'obtenir un meilleur rapport signal sur bruit et présentent un grand intérêt dans les endroits où la propagation des ondes électromagnétiques rencontre de nombreux obstacles, comme par exemple à l'intérieur des bâtiments.
    • Antenne reconfigurable en diagramme de rayonnement :
      L'antenne est alors capable de modifier son diagramme de rayonnement pour, par exemple, s'adapter à une modification de l'environnement de propagation.
  • Dans l'état actuel de la technique, compte tenu des contraintes de dimensions, la reconfiguration d'une antenne n'est pas obtenue par une déformation mécanique ou géométrique de l'antenne ou des éléments qui la composent.
  • En effet, actuellement, la reconfiguration d'une antenne est obtenue en commutant certains éléments, parmi l'élément rayonnant, le diélectrique et le plan de masse, qui la composent, ou en faisant varier des impédances connectées en certains points de l'antenne.
  • Ces deux modes de reconfiguration présentent des inconvénients.
  • Dans le cas où l'on commute des éléments de l'antenne, on obtient une variation discontinue des caractéristiques que l'on souhaite reconfigurer (fréquence, directivité du rayonnement).
  • Dans le cas où l'on fait varier des impédances connectées en certains points de l'antenne, on obtient une variation continue en fréquence mais limitée par les plages de variation des impédances utilisées. Pour les mêmes raisons, les variations continues du diagramme de rayonnement sont limitées.
  • La combinaison des deux types de reconfiguration (par commutation d'éléments et par variation d'impédances) permet d'obtenir des variations des caractéristiques physiques concernées dans des plages plus larges mais avec une complexité accrue peu compatible avec les contraintes de conception (dimension, poids, autonomie d'énergie) des terminaux et/ou des objets communicants considérés.
  • De plus, les éléments (commutateurs et impédances) permettant la reconfiguration, présentent des pertes intrinsèques qui affectent l'efficacité de l'antenne.
  • Le document GB A 2 436 168 décrit (figure 2 ou 3c) une antenne comprenant un coeur formé d'un élément radiant ("radiator") et au moins deux compartiments d'un containeur remplis chacun première substance fluide améliorant les caractéristiques fréquentielles de résonance de cet élément.
  • Le document des auteurs AVDEYEV S. M et al., intitulé "a lens with controlled refractive index for millimeter wavelength antennas" (Télécommunications and radio engineering, 1er juin 1987) décrit une lentille remplie d'un diélectrique liquide contenant des particules en suspension, dont l'indice de réfraction est modifiable par application d'un champ électrique extérieur modifiant la polarisation des particules en suspension.
  • Il existe donc un réel besoin de disposer d'une technique de reconfiguration d'une antenne électromagnétique qui ne présente pas les inconvénients précités des techniques de reconfiguration connues.
  • Ainsi, la présente invention concerne, selon un premier aspect, une antenne électromagnétique selon la revendication 1.
  • L'antenne selon l'invention présente l'avantage de comporter un élément rayonnant non plus métallique mais composé d'une substance fluide qui est par nature déformable.
  • Selon une caractéristique préférée, la première substance fluide est une substance rendue conductrice de l'électricité par l'introduction dans cette substance de particules ou de fragments d'un élément conducteur ou par l'introduction dans cette substance d'une substance conductrice
  • L'introduction dans la substance fluide de fragments d'un élément conducteur confère à l'élément rayonnant (substance fluide et fragments) des propriétés électromagnétiques particulières. Ainsi la fréquence résonnante n'est plus nécessairement fixée par les dimensions et le volume de la substance fluide mais est également fonction des éventuels repliements des fragments qui peuvent présenter des longueurs déployées très importantes. Cela permet ainsi un fonctionnement de l'antenne dans des bandes de fréquence beaucoup plus basses que dans le cas d'une simple substance fluide.
  • Selon une caractéristique préférée, le deuxième élément est composé d'un ensemble de sous-éléments isolés électriquement les uns des autres.
  • La décomposition du deuxième élément en sous-éléments permet de faciliter et de mieux contrôler la déformation de l'ensemble. Il est possible d'obtenir une déformation asymétrique.
  • Selon une caractéristique préférée, les surfaces de contact du premier et du deuxième élément avec respectivement la première et la deuxième substance fluide sont planes ou concaves ou convexes.
  • La forme prise par la surface de contact des éléments avec les substances fluides, en particulier lorsque celle-ci est concave, permet de compenser les effets dus au poids de la substance fluide (effets de la gravité), d'augmenter la taille de l'antenne et donc de pouvoir l'utiliser dans des bandes de fréquences plus basses.
  • Selon une caractéristique préférée, l'une au moins des surfaces de contact du premier et du deuxième élément avec respectivement la première et la deuxième substance fluide est recouverte d'une couche d'un matériau isolant.
  • Ainsi l'introduction d'une couche d'un matériau isolant permet d'isoler les substances fluides et d'éviter des réactions chimiques entre les substances fluides et les surfaces de contact des éléments avec les substances fluides.
  • Une plus grande souplesse pour le choix des matériaux constituant les premier et deuxième éléments est également obtenue.
  • La déformation des contours et du volume de la première substance fluide peut être lente et progressive. Compte tenu de la souplesse des substances constitutives de l'antenne, cette déformation est réversible. La déformation étant continue, la reconfiguration de l'antenne est également continue, progressive et réversible. Ces caractéristiques améliorent fortement l'adaptabilité de l'antenne.
  • Selon une caractéristique préférée, les contours et le volume de la première substance fluide sont déformés par application d'une pluralité de différences de potentiel entre le premier élément et chacun des sous-éléments du deuxième élément.
  • Le deuxième élément pouvant être décomposé en sous-éléments, la déformation des contours et du volume de la première substance fluide peut être asymétrique. La reconfiguration de l'antenne, en particulier en polarisation et en diagramme de rayonnement, est grandement améliorée.
  • Selon une caractéristique préférée, l'antenne selon l'invention comporte un capot de protection enfermant le premier élément, le deuxième élément, la première substance fluide et la deuxième substance fluide.
  • L'invention concerne également un procédé de reconfiguration d'une antenne telle que décrite précédemment, ledit procédé comportant une opération de déformation des contours et du volume de la première substance fluide par application d'au moins une différence de potentiel entre le premier et le deuxième élément.
  • Un procédé de reconfiguration d'une antenne selon l'invention présente l'avantage d'être continu, progressif et réversible.
  • L'invention concerne aussi un terminal de radiocommunication comportant une antenne telle que décrite ci-dessus.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférés, décrits en référence aux figures annexées sur lesquelles :
    • la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une antenne selon un premier mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 2 représente une variante de réalisation de l'antenne représentée à la figure 1,
    • la figure 3 représente une vue en coupe transversale selon un plan P pour un mode particulier de réalisation de l'antenne représentée à la figure 1,
    • la figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'une antenne selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 5 représente vue en coupe transversale selon le plan P d'une variante de réalisation d'une antenne telle que celle représentée à la figure 3,
    • la figure 6 illustre l'application d'un procédé de reconfiguration selon l'invention à une antenne selon l'invention,
    • les figures 7a et 7b illustrent d'autres exemples d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention,
    • la figure 8a illustre un autre exemple d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention,
    • la figure 8b illustre, selon une vue en coupe transversale selon le plan P, l'exemple d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention de la figure 8a,
    • les figures 9a et 9b illustrent d'autres exemples d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention,
    • la figure 10 représente une antenne selon l'invention munie d'un capot de protection.
  • La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une antenne selon un premier mode de réalisation de l'invention
  • L'antenne représentée sur la figure 1 comporte un port RF (radiofréquence) permettant l'émission et la réception de signaux.
  • Le port RF est relié à un premier élément S1 conducteur de l'électricité.
  • Dans un même plan P, l'élément S1 est entouré d'un élément S3 isolant qui le sépare d'un deuxième élément S2 conducteur de l'électricité, l'élément S2 entourant l'élément S3.
  • Sur l'élément S1 repose une première substance fluide F1 fortement conductrice de l'électricité. Comme représenté sur la figure 1, la substance fluide F1 est aussi en contact avec une partie de l'élément S3.
  • La substance fluide F1 possède une tension superficielle comparable à celle de l'huile. A titre d'exemples, la substance fluide F1 peut être un liquide, un corps dans une phase de transition solide-liquide ou encore un matériau mou et coulant, de type polymère.
  • Le volume de la substance fluide F1 est faible et peut, à titre d'exemple, s'apparenter à celui d'une goutte.
  • Sur l'élément S2 repose une deuxième substance fluide F2. Comme représenté sur la figure 1, la substance fluide F2 est aussi en contact avec une partie de l'élément S3.
  • La substance fluide F2 possède une tension superficielle comparable à celle de l'eau. A titre d'exemples, la substance fluide F2 peut être de l'eau ou un liquide ayant des propriétés comparables à celles de l'eau.
  • Les substances fluides F1 et F2 ne sont pas miscibles.
  • Les substances fluides F1 et F2 sont en contact au niveau d'une surface de contact Sc. La substance fluide F2 recouvre la substance fluide F1.
  • Selon une variante de réalisation représentée à la figure 2, la substance fluide F1 est rendue conductrice de l'électricité par l'introduction dans cette substance de particules ou de fragments d'un élément conducteur. Ces particules ou fragments peuvent être des nanotubes de carbone ou d'autres filaments conducteurs. Ces particules ou fragments peuvent être en suspension dans la substance fluide F1 ou adhérer à l'élément S1 grâce à un moyen de liaison souple et conducteur.
  • Selon une autre variante de réalisation non représentée, la substance fluide F1 est rendue conductrice de l'électricité par l'introduction d'une substance fluide conductrice mélangée à la substance fluide F1.
  • La figure 3 représente une vue en coupe transversale selon le plan P pour un mode particulier de réalisation de l'antenne dans lequel l'élément S1 est un disque et les éléments S2 et S3 sont des anneaux de même centre que celui du disque S1.
  • La figure 4 représente un vue en coupe longitudinale de l'antenne selon un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les éléments S1, S2 et S3 sont des anneaux concentriques. Dans ce cas, le port RF est en contact direct avec la substance fluide F1.
  • On peut cependant envisager d'autres formes pour les éléments S1, S2 et S3.
  • La figure 5 représente une vue en coupe transversale selon le plan P d'une variante de réalisation de l'antenne pour laquelle l'élément S2 est composé d'un ensemble de n sous-éléments SEi avec i variant de 1 à n. Les sous-éléments SEi sont isolés électriquement les uns des autres.
  • La surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 peut être plane telle que représentée sur les figures 1, 2 et 4. Elle peut également être concave (par exemple, pour former une sorte de cuvette) ou convexe.
  • Lorsque la surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est convexe, le rayon de courbure doit être inférieur à un certain seuil. Si ce seuil est dépassé, les effets de la gravité agissant sur les substances fluides peuvent entrainer une déchirure de "l'enveloppe" extérieure de ces substances fluides. Les substances fluides se transforment en gouttelettes au niveau du contact avec la surface convexe formée des surfaces des éléments S1, S2 et S3.
  • Lorsque la surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est concave, le volume et les dimensions des substances fluides sont augmentés, en particulier la dimension de la surface de contact Sc. De plus, les effets de la gravité sont compensés limitant ainsi l'impact du poids de la substance fluide sur son comportement.
  • Dans un mode particulier de réalisation de l'invention l'une au moins des surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est recouverte d'une mince couche d'un matériau isolant.
  • Cette mince couche permet d'isoler les substances fluides F1 et F2 et d'éviter ainsi des réactions chimiques entre les substances fluides F1 et F2 et les surfaces des éléments S1, S2 et S3.
  • Cette solution laisse également une plus grande souplesse pour le choix des matériaux constituant en particulier les éléments S1 et S2.
  • L'invention concerne également un procédé de reconfiguration d'une antenne selon l'invention.
  • La figure 6 illustre l'application d'un procédé de reconfiguration selon l'invention à une antenne selon l'invention.
  • Sur la figure 6, une source de tension T est reliée à l'élément S2 d'une antenne telle que décrite précédemment.
  • En appliquant une tension continue à l'élément S2, c'est-à-dire une différence de potentiel continue entre les éléments S1 et S2, on modifie l'énergie entre la substance fluide F2 et la surface de contact Sc. Le volume occupé par la substance fluide F2 est alors déformé et les contours de cette substance fluide F2 se déplacent.
  • Le déplacement des contours de la substance fluide F2 entraine le déplacement des contours de la substance fluide F1 avec laquelle elle est en contact. Le volume occupé par la substance fluide F1 est alors à son tour déformé. Ce déplacement et cette déformation entrainent une modification des caractéristiques d'un point de vue rayonnement électromagnétique de la substance fluide F1.
  • Les flèches dessinées sur la figure 6 représentent le sens de déplacement des contours et la déformation des substances fluides F1 et F2.
  • On obtient ainsi une antenne reconfigurable par déformation des contours et d'un volume d'une substance fluide conductrice.
  • La reconfiguration est possible en fréquence et en diagramme de rayonnement.
  • De manière générale, le phénomène de déformation et de déplacement des contours d'une substance fluide en contact avec une surface à laquelle on applique une tension électrique correspond au phénomène désigné par "électromouillage".
  • La figure 7a illustre un exemple d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention. Une déformation, représentée par les flèches, des contours et volumes des deux substances fluides F1 et F2 est obtenue par l'application d'une tension T1. Dans cet exemple, la déformation produite conduit à l'obtention d'une longueur rayonnante importante donc à une fréquence de fonctionnement relativement basse.
  • La figure 7b illustre un autre exemple d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention. Une déformation, représentée par les flèches, des contours et volumes des deux substances fluides F1 et F2 est obtenue par l'application d'une tension T2 différente de T1. Dans ce nouvel exemple, la déformation produite conduit à l'obtention d'une longueur rayonnante plus faible que dans l'exemple précédent et donc à une fréquence de fonctionnement plus élevée.
  • Ces deux exemples illustrent la capacité de reconfiguration en fréquence de l'antenne selon l'invention.
  • Lorsque l'élément S2 est composé d'un ensemble de n sous-éléments SEi avec i variant de 1 à n (mode de réalisation représenté à la figure 5), il est alors possible d'appliquer des différences de potentiel différentes entre l'élément S1 et chacun des sous-éléments de l'élément S2. On peut ainsi obtenir une déformation non uniforme ou encore asymétrique du volume de la substance fluide F1. Ce type de déformation permet d'obtenir une reconfiguration de l'antenne en polarisation, en plus des reconfigurations toujours possibles en fréquence et en diagramme de rayonnement.
  • La figure 8a illustre un autre exemple d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention. Dans cet exemple, on obtient une déformation asymétrique des contours et volumes des deux substances fluides F1 et F2 par application de tensions Ti et Tj différentes pour respectivement deux sous-éléments SEi et SEj de l'élément S2.
  • La figure 8b illustre, selon une vue en coupe transversale selon le plan P, l'exemple précédent d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention tel que illustré à la figure 8a.
  • Les figures 9a et 9b illustrent d'autres exemples d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention.
  • Les figures 9a et 9b illustrent des exemples d'application du procédé de reconfiguration selon l'invention similaires à ceux représentés respectivement aux figures 7a et 7b mais pour lesquels la surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est concave.
  • Lorsque la surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est concave (par exemple, pour former une sorte de cuvette), une partie de cette surface (celle qui constitue les bords de la cuvette et qui correspond notamment à la surface de l'élément S2) permet de contrôler mécaniquement la déformation du volume de la substance fluide F2 et de compenser les effets de la gravité augmentant ainsi la qualité de l'antenne obtenue.
  • La possibilité de faire varier de façon continue la différence (ou les) différence(s) de potentiel entre les éléments S1 et S2 (ou les sous-éléments de l'élément S2) permet d'obtenir une déformation réversible des contours et du volume de la substance fluide F1 et une variation continue des caractéristiques de l'antenne (fréquence, polarisation, directivité du rayonnement).
  • La figure 10 représente une antenne selon l'invention munie d'un capot de protection.
  • Le capot de protection permet d'enfermer les différents éléments constitutifs de l'antenne tels que les éléments S1, S2 et S3 et les substances fluides F1 et F2.
  • Le capot de protection est constitué de parois solides.
  • Ces parois sont perméables au rayonnement des ondes électromagnétiques par l'antenne avec un minimum de pertes.
  • Dans un mode particulier de réalisation, tel que celui représenté à la figure 10, les parois sont constituées des surfaces S1, S2 et S3 et d'une surface SF de fermeture de l'ensemble du dispositif.
  • Dans un mode particulier de réalisation, le capot de protection peut également enfermer une troisième substance fluide F3, non miscible avec les substances fluides F1 et F2. Cette troisième substance fluide F3 permet de combler les espaces vides entre les parois du capot de protection et les éléments qu'il renferme.
  • L'invention concerne également un terminal de radiocommunication ou tout objet communicant apte à recevoir une antenne selon l'invention.

Claims (9)

  1. Antenne électromagnétique reconfigurable par électromouillage comprenant:
    un premier élément (S1) conducteur de l'électricité entouré d'un élément isolant (S3);
    un deuxième élément (S2) conducteur de l'électricité et entourant l'élément isolant (S3) qui le sépare du premier élément conducteur (S1);
    un port radiofréquence relié au premier élément conducteur (S1) et permettant l'émission et la réception de signaux; et
    un élément rayonnant composé d'une première substance fluide (F1), conductrice de l'électricité, reposant sur ledit premier élément conducteur (S1) et d'une deuxième substance fluide (F2) reposant sur ledit deuxième élément conducteur (S2) et recouvrant la substance fluide (F1), la première substance fluide (F1) étant en contact avec la deuxième substance fluide (F2) au niveau d'une surface de contact (Sc), lesquelles substances fluides étant non miscibles;
    les contours et le volume de la première substance fluide (F1) étant déformable de façon réversible par application d'une différence de potentiel entre le premier (S1) et le deuxième (S2) élément conducteur pour modifier au moins une caractéristique de rayonnement électromagnétique de la première substance fluide (F1).
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première substance fluide (F1) comprend des particules ou des fragments d'un élément conducteur ou une substance conductrice.
  3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le deuxième élément (S2) est composé d'un ensemble de sous-éléments isolés électriquement les uns des autres.
  4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les surfaces de contact du premier (S1) et du deuxième (S2) élément avec respectivement la première (F1) et la deuxième (F2) substance fluide sont planes ou concaves ou convexes.
  5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'une au moins des surfaces de contact du premier (S1) et du deuxième (S2) élément avec respectivement la première (F1) et la deuxième (F2) substance fluide est recouverte d'une couche d'un matériau isolant.
  6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les contours et le volume de la première substance fluide (F1) sont déformés par application d'une pluralité de différences de potentiel entre le premier élément (S1) et chacun des sous-éléments du deuxième élément (S2).
  7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un capot de protection enfermant le premier (S1) élément, le deuxième (S2) élément, la première substance fluide (F1) et la deuxième substance fluide (F2).
  8. Terminal de radiocommunication comportant une antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
  9. Procédé de reconfiguration d'une antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ledit procédé comportant une opération de déformation des contours et du volume de la première substance fluide (F1) par application d'au moins une différence de potentiel entre le premier (S1) et le deuxième élément (S2).
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