EP2293385A1 - Antenne autodirectrice en polarisation circulaire - Google Patents

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EP2293385A1
EP2293385A1 EP10352003A EP10352003A EP2293385A1 EP 2293385 A1 EP2293385 A1 EP 2293385A1 EP 10352003 A EP10352003 A EP 10352003A EP 10352003 A EP10352003 A EP 10352003A EP 2293385 A1 EP2293385 A1 EP 2293385A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
ring
autodirective
antenna according
excitation
Prior art date
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Granted
Application number
EP10352003A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP2293385B1 (fr
Inventor
Bernard Souny
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole Nationale de l'Aviation Civile ENAC
Original Assignee
Ecole Nationale de l'Aviation Civile ENAC
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Publication date
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Publication of EP2293385A1 publication Critical patent/EP2293385A1/fr
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Publication of EP2293385B1 publication Critical patent/EP2293385B1/fr
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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

Definitions

  • the present invention relates to an autodirective antenna in circular polarization.
  • antennas for RFID chips for the French acronym, Radio Frequency Identification
  • mobile phones for tracking systems (such as those known names GPS, GLONASS, Galileo, ...) or for the realization of wireless local networks such as WiFi networks or networks on the body (body network), especially for medical purposes.
  • tracking systems such as those known names GPS, GLONASS, Galileo,
  • wireless local networks such as WiFi networks or networks on the body (body network)
  • body network especially for medical purposes.
  • Other applications of an antenna according to the invention can also be envisaged.
  • Another disadvantage of reflector antennas of the prior art is that they are sensitive to the surface on which they are positioned. The operation of some antennas can be disturbed when these antennas are arranged for example on a metal surface.
  • the present invention therefore aims to provide a miniature autodirective antenna.
  • a miniature autodirective antenna Preferably, such an antenna will be insensitive to the nature of the medium on which it is located.
  • the invention proposes an autodirective antenna in circular polarization.
  • such an antenna comprises first means for performing a first mode of operation, radiating a circular polarization and having a toric diagram along a first axis (Ox), second means for performing a second mode of operation, radiating a circular polarization and having a ring diagram along a second axis (Oy); the first means are arranged in the vicinity of the second operating means and are oriented with an offset of 90 ° (Ox perpendicular to Oy), and the first operating mode is in quadrature advance or quadrature delay compared to the second mode.
  • an antenna according to the present invention is thus equivalent to two antennas: a first emitting a circular polarization is oriented so that its radiation pattern is a torus of axis Ox (axis of revolution of the torus ) and the second is oriented so that its radiation pattern is a torus of axis Oy (axis of revolution of the torus) perpendicular to Ox.
  • a first emitting a circular polarization is oriented so that its radiation pattern is a torus of axis Ox (axis of revolution of the torus ) and the second is oriented so that its radiation pattern is a torus of axis Oy (axis of revolution of the torus) perpendicular to Ox.
  • the two means making it possible to achieve a radiation mode of operation are "in the neighborhood" of each other if they can be contained in an imaginary sphere of radius ⁇ / 2, or even preferably in an imaginary sphere of radius ⁇ / 4, ⁇ being the wavelength of the antenna according to the invention.
  • the two means for carrying out a radiation mode of operation are advantageously collocated.
  • the means used to obtain a radiant mode of operation in circular polarization and with a toric radiation pattern are by a combination of a magnetic doublet and an electric doublet, or a helical element.
  • the condition known as Wheeler's condition will have to be fulfilled.
  • the first and second operating means defined in the present invention are formed by a ring helix having a multiple number of turns of four.
  • each radiation mode is circular and circularly polarized, one oriented along a first axis called Ox and the other along a second axis called Oy, the ring helix being contained in a torus of axis of revolution Oz, perpendicular to both Ox and Oy.
  • means of excitation of the antenna are provided and allow for example to excite the antenna at two points offset by 90 ° relative to to the ring. It can also be envisaged that the excitation means of the antenna can excite the antenna at a point and have a coupling part disposed at ⁇ 45 ° from the excitation point.
  • the excitation of each elementary antenna is an electrical excitation
  • the excitation means of the antenna comprise for example a metal disk disposed under the ring helix for the excitation of the antenna.
  • the antenna according to the present invention comprises a ring helix
  • the latter may for example be obtained by folding a wire, in particular a copper wire, or alternatively, in a variant embodiment, by folding the wire.
  • a metal strip, especially a copper strip it can also be achieved by mechanical assembly of plates to form a helix.
  • other embodiments may be envisaged.
  • the attached figures show preferred embodiments of an autodirective antenna according to the present invention. However, these are not the only embodiments that can be envisaged for producing an antenna according to the invention.
  • the present invention relates to an advantageous combination of two antennas in circular polarization, or more generally the combination of two modes of operation of the same radiant physical structure. Such a combination according to the invention makes it possible to obtain a self-reflecting antenna which has advantages which will be presented hereinafter.
  • the present invention more particularly relates to the combination of two circularly polarized antenna operating modes having a ring diagram.
  • a mode of operation can be obtained for example by means of an electric doublet and a magnetic doublet both oriented along the same axis and respecting the condition of Wheeler for obtaining a circular polarization.
  • the condition of Wheeler is defined for example in the article whose references are as follows: HA Wheeler, "A Helical Antenna for Circular Polarization," Proceedings of the IRE, Vol. 35 pp. 1484-1488; December 1947 .
  • a first antenna is oriented along a first axis, hereinafter called Ox and a second is oriented along a second axis Oy.
  • the two axes Ox and Oy are perpendicular.
  • the two antennas are preferably collocated, or at least preferably disposed close to each other.
  • the embodiments shown in the figures are preferred embodiments because they allow to have a single physical structure having two modes of operation, this structure then being equivalent to two co-located antennas forming an autodirective antenna.
  • a wire or a metal strip preferably of copper, is wound so as to have several turns. These turns are not necessarily circular turns as can be seen in the figures attached.
  • the axis along which these turns are formed is a circle.
  • the envelope of the ring-shaped helix is toric.
  • the number of turns is an integer multiple of four so that the two ends of the helix meet and the structure is invariant by rotation of 90 °.
  • FIG 1 there is shown a ring-shaped helix made from a copper strip.
  • This propeller comprises eight turns 2 of substantially square section. It is known to use such a ring-shaped helix to produce a ring-polarized and toroidal antenna.
  • this ring helix is used to operate in two modes of operation.
  • two excitation points are provided at 90 ° to one another.
  • Ox, Oy and Oz axes that form an orthogonal repository.
  • a first excitation point 4 is arranged on the axis Ox while a second excitation point 6 is arranged on the axis Oy.
  • a metal disk 8 has been positioned under the antenna according to the invention, which makes it possible to electrically energize the antenna, each time via a capacitor 10 placed in series with an excitation source. (not shown)
  • the metal disk 8 is for example disposed to one millimeter (1 mm) of the ring helix.
  • the excitation source is for example an internal impedance excitation source of 50 Ohm.
  • the adaptation frequency is for example 2,057 GHz. This frequency is regulated by the size of the antenna, and particularly by the choice of the number of turns 2, by the position of the disk and the value of the coupling capacitors. It should be noted here that it is possible to position a second metal disk 8 above the ring-shaped helix (one would then have the ring-shaped helix sandwiched between the two metal disks).
  • the first mode of operation of the ring helix shown is obtained by excitation by the first excitation point 4 and the second mode of operation by excitation at the second excitation point 6.
  • the excitation at the second point of excitation 6 is in quadrature advance or in quadrature delay with respect to the excitation at the first excitation point 4. In this way, one finds on one side of the plane Oxy a constructive interference and on the other side of the plane Oxy a destructive interference to obtain the directivity effect of the antenna according to the present invention.
  • the directivity is obtained from the structure of the antenna, it is considered to be an autodirective antenna.
  • a directional antenna in the z> 0 direction will be obtained. in the direction z ⁇ 0.
  • FIG 2 there is shown a ring helix having only four turns 2 '. As in the first embodiment, it is chosen here to have a multiple number of turns of four in order to obtain a rotational invariance of 90 °. We find in the embodiment of the figure 2 the same elements as in the embodiment that the figure 1 . Here alone the number of turns has changed.
  • the figure 3 shows an alternative embodiment in which a single excitation point is provided. Moreover, as we can see, while on the Figures 1 and 2 the ring helix was made from a folded strip, the ring helix of the figure 3 is made from a thread. Copper wire is preferably used here, a material which is also preferred for producing the ring helix of Figures 1 and 2 . In this variant embodiment, eight uniformly distributed turns are present here to form a ring helix.
  • figure 4 illustrates an example of antenna according to the invention, with a metal disk 8, placed above a printed circuit 14.
  • the disk is connected to the ground plane by a metal block 16.
  • the antenna is on air and presents as a numerical example a radius of 10 mm and a height of 5 mm.
  • the antenna is here excited at two excitation points 4 and 6, but here it would be possible to provide an embodiment with a single excitation point and a coupling piece.
  • an antenna according to the present invention has the advantage of being autodirective, that is to say without having to use a reflector.
  • the size of this antenna can therefore be significantly reduced.
  • a given wavelength ⁇ it is possible with the present invention to produce an autodirective antenna whose size (diameter) is approximately ⁇ / 10.
  • a reflector it is necessary to provide a reflector of a size (diameter) of ⁇ / 4.
  • the gain in size compared to a comparable antenna of the prior art is therefore quite sensitive.
  • the disc described above is used only for the electrical excitation of the antenna.
  • the person skilled in the art knows very well that it is possible to excite the antenna differently.
  • the size of the metal disk does not matter.
  • the disk has a size substantially corresponding to the size of the ring-shaped helix. This is a preferred embodiment, but another disk size may be considered.
  • the choice of an electrical excitation by the addition of a metal disc under the ring-shaped helix is preferred here for reasons of practical realization.
  • an antenna according to the invention has a very insensitive operation to its environment. For example, a metal plane placed near the antenna does not interfere with its operation. The same goes for electronic components placed near the antenna. As a result, the integration of an antenna according to the invention is facilitated. This feature promotes the networking of an antenna according to the invention.
  • an antenna according to the invention is interesting at low frequency when the use of a dielectric with a high relative permittivity ( ⁇ ) is difficult. This possibility of miniaturization also facilitates the networking of an antenna according to the invention.
  • An antenna according to the present invention can find application in various technical fields.
  • such an antenna can for example be used in a mobile phone or as an RFID sensor (from the acronym Radio Frequency IDentification or in French, Identification by Radio Frequency).
  • the directivity of an antenna according to the invention, independent of a reflector makes an antenna according to the invention interesting for protecting the user of the mobile phone or for RFID use.
  • a use in the field of positioning (GPS, Galileo, GLONASS, ...) of an antenna according to the invention is interesting because of its circular polarization throughout the space and its directivity.
  • an antenna according to the present invention is advantageous for all applications where the exact orientation of the antenna can not be known. Since the antenna is in circular polarization, it has no privileged orientation.
  • the present invention could be implemented with two distinct physical structures such as two separate circular polarization antennas, collocated, or arranged close to each other.
  • the two physical structures are in the vicinity of each other. They are close enough to each other to be contained in an imaginary sphere of radius ⁇ / 2 or even preferably of radius ⁇ / 4.
  • antennas of substantially linear general shape arranged perpendicularly with respect to one another, for example forming an X, or a T or a V or another shape.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Une antenne autodirective en polarisation circulaire selon la présente invention comporte : - des premiers moyens permettant de réaliser un premier mode de fonctionnement, rayonnant une polarisation circulaire et possédant un diagramme torique selon un premier axe (Ox), - - des seconds moyens permettant de réaliser un second mode de fonctionnement, rayonnant une polarisation circulaire et possédant un diagramme torique selon un second axe (Oy). Les premiers moyens sont disposées au voisinage des seconds et sont orientées avec un décalage de 90° (Ox perpendiculaire à Oy), le premier mode de fonctionnement étant en quadrature avance ou une quadrature retard par rapport au second mode.

Description

  • La présente invention concerne une antenne autodirective en polarisation circulaire.
  • Les domaines d'application d'une antenne selon l'invention sont variés. On peut citer ici à titre d'exemple non limitatif des antennes pour puces RFID (de l'acronyme anglais Radio Frequency Identification, ou en français, Identification par Radio Fréquence), pour téléphone mobile, pour systèmes de localisation (tels ceux connus sous les noms GPS, GLONASS, Galiléo, ... ) ou pour la réalisation de réseaux locaux sans fils tels les réseaux WiFi ou encore les réseaux sur le corps (body network), notamment à des fins médicales. D'autres applications d'une antenne selon l'invention peuvent également être envisagées.
  • Pour ces diverses applications, il est parfois souhaité d'avoir des antennes directives, c'est-à-dire dont le diagramme de rayonnement privilégie une direction donnée.
  • Deux principales techniques sont utilisées pour rendre une antenne directive. Ainsi, il est connu d'une part d'avoir une antenne dont la forme la rend directive. C'est le cas par exemple d'un cornet permettant d'orienter les émissions : on a alors une antenne dite autodirective. Il est connu d'autre part d'utiliser un réflecteur pour orienter les émissions de l'antenne.
  • Ces deux techniques de l'art antérieur présentent toutes deux l'inconvénient d'être volumineuses. L'utilisation d'un réflecteur permet déjà une miniaturisation par rapport à l'utilisation d'un cornet. Toutefois, il convient d'utiliser un réflecteur dont la taille est de l'ordre de λ/4, où λ est la longueur d'ondes d'émission de l'antenne.
  • Un autre inconvénient des antennes à réflecteur de l'art antérieur est qu'elles sont sensibles à la surface sur laquelle elles sont positionnées. Le fonctionnement de certaines antennes peut ainsi être perturbé lorsque ces antennes sont disposées par exemple sur une surface métallique.
  • La présente invention a alors pour but de fournir une antenne autodirective miniature. De préférence, une telle antenne sera insensible à la nature du support sur laquelle elle se trouve.
  • À cet effet, l'invention propose une antenne autodirective en polarisation circulaire.
  • Selon la présente invention, une telle antenne comporte des premiers moyens permettant de réaliser un premier mode de fonctionnement, rayonnant une polarisation circulaire et possédant un diagramme torique selon un premier axe (Ox), des seconds moyens permettant de réaliser un second mode de fonctionnement, rayonnant une polarisation circulaire et possédant un diagramme torique selon un second axe (Oy); les premiers moyens sont disposées au voisinage des seconds moyens de fonctionnement et sont orientées avec un décalage de 90° (Ox perpendiculaire à Oy), et le premier mode de fonctionnement est en quadrature avance ou en quadrature retard par rapport au second mode.
  • Tel que défini au paragraphe précédent, un antenne selon la présente invention est ainsi équivalente à deux antennes : une première émettant une polarisation circulaire est orientée de manière à ce que son diagramme de rayonnement soit un tore d'axe Ox (axe de révolution du tore) et la seconde est orientée de manière à ce que son diagramme de rayonnement soit un tore d'axe Oy (axe de révolution du tore) perpendiculaire à Ox. On peut ici avoir deux antennes distinctes réalisées par des structures physiques distinctes ou bien une même structure pouvant fonctionner selon les deux modes de fonctionnement décrits. L'utilisation de deux antennes, ou de deux modes de fonctionnement, comme défini par la présente invention permet de réaliser une interférence constructive d'un côté d'un axe Oz perpendiculaire à la fois à Ox et à Oy et une interférence destructive de l'autre côté de l'axe Oz. On réalise de la sorte une directivité de l'antenne selon la présente invention.
  • En ce qui concerne la notion de voisinage des deux moyens permettant de réaliser un mode de fonctionnement en rayonnement, il est à noter que plus ces moyens seront proches les uns des autres, plus l'effet selon l'invention, à savoir la directivité, est obtenue à proximité de ces moyens. Ainsi, on peut considérer par exemple que les deux moyens permettant de réaliser un mode de fonctionnement en rayonnement d'une antenne selon l'invention sont "au voisinage" les uns des autres s'ils peuvent être contenus dans une sphère imaginaire de rayon λ/2, ou même de préférence dans une sphère imaginaire de rayon λ/4, λ étant la longueur d'onde de l'antenne selon l'invention. Toutefois, dans une forme de réalisation préférée, pour obtenir un meilleur fonctionnement de l'antenne selon la présente invention, les deux moyens permettant de réaliser un mode de fonctionnement en rayonnement sont avantageusement colocalisés.
  • Les moyens utilisés pour obtenir un mode de fonctionnement rayonnant en polarisation circuiaire et avec un diagramme de rayonnement torique sont par exemple une combinaison d'un doublet magnétique et d'un doublet électrique, ou bien encore un élément en forme d'hélice. Pour ces dispositifs, la condition connue sous le nom de condition de Wheeler, devra être remplie. Toutefois, dans une forme de réalisation préférée, les premiers et seconds moyens de fonctionnement définis dans la présente invention sont formés par une hélice en anneau présentant un nombre de spires multiple de quatre. Ceci permet d'avoir une invariance par rotation de 90° (π/2 rad) du dispositif et d'avoir deux modes de fonctionnement de caractéristiques identiques sur une même structure physique : chaque mode de rayonnement est à diagramme torique et à polarisation circulaire, l'un orienté selon un premier axe appelé Ox et l'autre selon un second axe appelé Oy, l'hélice en anneau étant contenue dans un tore d'axe de révolution Oz, perpendiculaire à la fois à Ox et à Oy.
  • Pour la réalisation d'une antenne autodirective selon la présente invention mettant en oeuvre une hélice en anneau, des moyens d'excitation de l'antenne sont prévus et permettent par exemple d'exciter l'antenne en deux points décalés de 90° par rapport à l'anneau. On peut ici également envisager que les moyens d'excitation de l'antenne permettent d'exciter l'antenne en un point et présentent une pièce de couplage disposée à ±45° du point d'excitation.
  • Dans une forme de réalisation préférée, l'excitation de chaque antenne élémentaire est une excitation électrique, les premiers moyens permettant de réaliser un premier mode de fonctionnement ainsi que les seconds moyens permettant de réaliser un second mode de fonctionnement formant chacun une antenne élémentaire. Dans un tel cas, les moyens d'excitation de l'antenne comportent par exemple un disque métallique disposé sous l'hélice en anneau pour l'excitation de l'antenne.
  • Dans le cas où l'antenne selon la présente invention comporte une hélice en anneau, cette dernière peut être par exemple obtenue par pliage d'un fil métallique, notamment un fil de cuivre, ou bien, dans une variante de réalisation, par pliage d'une bande métallique, notamment une bande de cuivre. Elle peut également être réalisée par assemblage mécanique de plaques pour former une hélice. Bien entendu, d'autres formes de réalisation peuvent être envisagées.
  • Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels:
    • la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une première forme de réalisation d'une antenne autodirective selon la présente invention,
    • la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une seconde variante de réalisation d'une antenne selon l'invention,
    • la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une troisième variante de réalisation d'une antenne selon l'invention, et
    • la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une quatrième variante de réalisation d'une antenne selon la présente invention.
  • Les figures ci-jointes représentent des modes de réalisation préférés d'une antenne autodirective selon la présente invention. Il ne s'agit toutefois pas des seuls modes de réalisation envisageables pour réaliser une antenne selon l'invention. La présente invention concerne une combinaison avantageuse de deux antennes en polarisation circulaire, ou plus généralement la combinaison de deux modes de fonctionnement d'une même structure physique rayonnante. Une telle combinaison selon l'invention permet d'obtenir une antenne autodirective qui présente des avantages qui seront présentés ci-après.
  • La présente invention concerne plus particulièrement la combinaison de deux modes de fonctionnement d'antenne, à polarisation circulaire et possédant un diagramme torique. Un tel mode de fonctionnement peut être obtenu par exemple à l'aide d'un doublet électrique et d'un doublet magnétique orientés tous deux selon un même axe et respectant la condition de Wheeler pour l'obtention d'une polarisation circulaire. La condition de Wheeler est définie par exemple dans l'article dont les références sont les suivantes : H.A. Wheeler, « A Helical Antenna for Circular Polarization », Proceedings of the I.R.E., Vol. 35 pp. 1484-1488 ; Decembre 1947. Selon l'invention, il est proposé de combiner deux antennes fonctionnant selon un tel mode de fonctionnement : une première antenne est orientée selon un premier axe, appelé par la suite Ox et une seconde est orientée selon un second axe Oy. Les deux axes Ox et Oy sont perpendiculaires. Les deux antennes sont de préférence colocalisées, ou sont tout du moins de préférence disposées à proximité l'une de l'autre.
  • Les formes de réalisation représentées sur les figures sont des formes de réalisation préférées car elles permettent d'avoir une seule structure physique présentant deux modes de fonctionnement, cette structure étant alors équivalente à deux antennes colocalisées formant une antenne autodirective. Dans ces diverses formes de réalisation, on retrouve un élément métallique à la fois en hélice et en anneau. Selon les formes de réalisation, un fil métallique ou une bande métallique, de préférence en cuivre, est enroulé de manière à présenter plusieurs spires. Ces spires ne sont pas forcément des spires circulaires comme on peut le remarquer sur les figures ci-jointes. L'axe le long duquel sont formées ces spires est quant à lui un cercle. Ainsi, l'enveloppe de l'hélice en forme d'anneau est torique. Le nombre de spires est un nombre entier multiple de quatre de telle sorte que les deux extrémités de l'hélice se rejoignent et que la structure soit invariante par rotation de 90°.
  • Sur la figure 1, on a représenté une hélice en forme d'anneau réalisée à partir d'une bande en cuivre. Cette hélice comporte huit spires 2 de section sensiblement carrée. Il est connu d'utiliser une telle hélice en forme d'anneau pour réaliser une antenne à polarisation circulaire et à diagramme torique. Selon la présente invention, cette hélice en anneau est utilisée pour fonctionner selon deux modes de fonctionnement. Dans le mode de réalisation selon la figure 1, pour obtenir les deux modes de fonctionnement, on prévoit deux points d'excitation disposés à 90° l'un de l'autre. On a représenté sur la figure 1 les axes Ox, Oy et Oz qui forment un référentiel orthogonal. Un premier point d'excitation 4 est disposé sur l'axe Ox tandis qu'un second point d'excitation 6 est disposé sur l'axe Oy.
  • Dans cet exemple de réalisation, on a positionné sous l'antenne selon l'invention un disque métallique 8 qui permet une excitation électrique de l'antenne par le biais à chaque fois d'un condensateur 10 placé en série avec une source d'excitation (non représentée).
  • À titre d'exemple non limitatif et purement illustratif, on peut indiquer que le disque métallique 8 est par exemple disposé à un millimètre (1 mm) de l'hélice en anneau. En outre, la source d'excitation est par exemple une source d'excitation à impédance interne de 50 Ohm. La fréquence d'adaptation est par exemple de 2,057 GHz. Cette fréquence est réglée par la taille de l'antenne, et particulièrement par le choix du nombre de spires 2, par la position du disque et la valeur des condensateurs de couplage. Il convient de remarquer ici qu'il est possible de positionner un second disque métallique 8 au-dessus de l'hélice en forme d'anneau (on aurait alors l'hélice en forme d'anneau en sandwich entre les deux disques métalliques).
  • Comme expliqué ci-dessus en référence à la figure 1, on obtient deux modes de fonctionnement d'antenne, équivalents à deux antennes à polarisation circulaire et possédant un diagramme torique, l'une orientée selon Ox et l'autre selon Oy. Chaque mode de fonctionnement remplit les conditions de Wheeler. Le premier mode de fonctionnement de l'hélice en anneau représentée est obtenu par excitation par le premier point d'excitation 4 et le second mode de fonctionnement par excitation au niveau du second point d'excitation 6. L'excitation au second point d'excitation 6 est en quadrature avance ou en quadrature retard par rapport à l'excitation au premier point d'excitation 4. De cette manière, on retrouve d'un côté du plan Oxy une interférence constructive et de l'autre côté du plan Oxy une interférence destructive permettant d'obtenir l'effet de directivité de l'antenne selon la présente invention. La directivité étant ici obtenue de par la structure de l'antenne, on considère qu'il s'agit d'une antenne autodirective. En fonction du fait que le signal au second point d'excitation 6 est en quadrature avance ou en quadrature retard par rapport au signal d'excitation au premier point d'excitation 4, on obtiendra une antenne directive dans le sens des z>0 ou dans le sens z<0.
  • Sur la figure 2, on a représenté une hélice en anneau ne présentant que quatre spires 2'. On choisit ici comme dans le premier mode de réalisation d'avoir un nombre de spires multiple de quatre afin d'obtenir une invariance par rotation de 90°. On retrouve dans le mode de réalisation de la figure 2 les mêmes éléments que dans le mode de réalisation que la figure 1. Ici seul le nombre de spires a changé.
  • La figure 3 montre une variante de réalisation dans laquelle un seul point d'excitation est prévu. En outre, comme on peut le remarquer, alors que sur les figures 1 et 2 l'hélice en anneau était réalisée à partir d'une bande pliée, l'hélice en anneau de la figure 3 est réalisée à partir d'un fil. On utilise ici de préférence un fil en cuivre, matériau préféré également pour la réalisation de l'hélice en anneau des figures 1 et 2. Dans cette variante de réalisation, on retrouve ici huit spires régulièrement réparties pour former une hélice en anneau.
  • Dans cette forme de réalisation, on trouve des spires 2" formant l'hélice en anneau qui est elle aussi disposée au-dessus d'un disque métallique 8. La même orientation avec un repère Oxyz est reprise ici. Le point d'excitation, non représenté ici, est réalisé ici par exemple sur l'axe Ox ou l'axe Oy. Pour obtenir deux modes de fonctionnement avec un déphasage ± 90°, on utilise ici une pièce de couplage 12 placée à ±45° par rapport au point d'excitation. On obtient ainsi un schéma équivalent à une excitation réalisée par un point d'excitation sur l'axe Ox et une autre excitation réalisée sur l'axe Oy en quadrature. On retrouve ainsi une antenne directive selon l'invention de la même manière que pour les deux formes de réalisation des figures 1 et 2.
  • Enfin, la figure 4 illustre un exemple d'antenne selon l'invention, avec un disque métallique 8, placé au-dessus d'un circuit imprimé 14. Le disque est relié au plan de masse par un bloc métallique 16. Ici, l'antenne est sur air et présente à titre d'exemple numérique un rayon de 10 mm et une hauteur de 5 mm. L'antenne est ici excitée au niveau de deux points d'excitation 4 et 6 mais on pourrait ici aussi prévoir une forme de réalisation avec un seul point d'excitation et une pièce de couplage.
  • Comme il ressort de la description qui précède, une antenne selon la présente invention présente l'avantage d'être autodirective, c'est-à-dire sans avoir à utiliser de réflecteur. La taille de cette antenne peut de ce fait être sensiblement réduite. En considérant une longueur d'onde λ donnée, il est possible avec la présente invention de réaliser une antenne autodirective dont la taille (diamètre) est d'environ λ/10. En comparaison, si l'on utilise un réflecteur, il convient de prévoir un réflecteur d'une taille (diamètre) de λ/4. Le gain en encombrement par rapport à une antenne comparable de l'art antérieur est donc tout à fait sensible.
  • Il convient de remarquer ici que le disque décrit ci-dessus n'est utilisé que pour l'excitation électrique de l'antenne. L'homme du métier sait très bien qu'il est possible d'exciter différemment l'antenne. On pourrait par exemple prévoir une excitation magnétique avec une boucle. Il n'est alors plus nécessaire de prévoir un disque métallique sous l'hélice en forme d'anneau. En outre, la taille du disque métallique importe peu. Sur les figures, le disque présente une taille correspondant sensiblement à la taille de l'hélice en forme d'anneau. Il s'agit là d'une forme de réalisation préférée mais une autre taille de disque peut être envisagée. Enfin, le choix d'une excitation électrique par l'adjonction d'un disque métallique sous l'hélice en forme d'anneau est préféré ici pour des raisons de réalisation pratique. Une telle excitation permet d'abaisser la fréquence de résonnance et de modifier la condition de rapport pas/surface des spires de l'hélice en forme d'anneau. En effet, comme il est connu de l'homme du métier, une excitation électrique est souvent plus intéressante dans la pratique qu'une excitation magnétique par boucle.
  • Il est possible de modifier la direction de tir d'une antenne selon l'invention en changeant la quadrature du second mode de fonctionnement par rapport au premier mode de fonctionnement. Plus généralement, si l'un des deux modes de fonctionnement utilisés dans une antenne autodirective selon la présente invention est en quadrature avance par rapport à l'autre antenne, il suffit de l'inverser pour qu'il soit en quadrature retard pour changer la direction de tir de l'antenne selon l'invention.
  • Il a également été remarqué qu'une antenne selon l'invention a un fonctionnement très peu sensible à son environnement. Ainsi par exemple, un plan métallique placé à proximité de l'antenne ne vient pas perturber son fonctionnement. Il en va de même pour des composants électroniques placés à proximité de l'antenne. De ce fait, l'intégration d'une antenne selon l'invention est facilitée. Cette caractéristique favorise la mise en réseau d'une antenne selon l'invention.
  • La modification du nombre de spires utilisées pour réaliser l'hélice en anneau a une influence pour la miniaturisation d'antenne selon la présente invention. Ainsi, une antenne selon l'invention est intéressante à basse fréquence lorsque l'utilisation d'un diélectrique à forte permittivité (ε) relative est difficile. Cette possibilité de miniaturisation facilite également la mise en réseau d'une antenne selon l'invention.
  • Une antenne selon la présente invention peut trouver une application dans divers domaines techniques. Ainsi, une telle antenne peut par exemple être utilisée dans un téléphone mobile ou comme capteur RFID (de l'acronyme anglais Radio Frequency IDentification ou en français, Identification par Radio Fréquence). Dans une telle application, la directivité d'une antenne selon l'invention, indépendante d'un réflecteur, rend une antenne selon l'invention intéressante pour protéger l'utilisateur du téléphone mobile ou pour l'utilisation RFID.
  • Une utilisation dans le domaine du positionnement (GPS, Galiléo, GLONASS, ...) d'une antenne selon l'invention est intéressante à cause de sa polarisation circulaire dans tout l'espace et de sa directivité.
  • De manière plus générale, une antenne selon ia présente invention est avantageuse pour toutes les applications où l'orientation exacte de l'antenne ne peut être connue. L'antenne étant en polarisation circulaire, elle n'a pas d'orientation privilégiée.
  • La présente invention ne se limite aux formes de réalisation préférées décrites ci-dessus et représentées à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins ci-joints. Elle concerne au contraire toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.
  • Ainsi par exemple, comme suggéré plus haut, la présente invention pourrait être mise en oeuvre avec deux structures physiques distinctes telles deux antennes en polarisation circulaire distinctes, colocalisées, ou bien disposées à proximité l'une de l'autre. Pour obtenir une antenne autodirective de longueur d'onde λ, les deux structures physiques sont au voisinage l'une de l'autre. Elles sont assez proches l'une de l'autre pour pouvoir être contenues dans une sphère, imaginaire, de rayon λ/2 ou même de préférence de rayon λ/4. On pourrait par exemple avoir des antennes de forme générale sensiblement linéaire disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, en formant par exemple un X, ou un T ou un V -ou une autre forme-.

Claims (8)

  1. Antenne autodirective en polarisation circulaire de longueur d'onde λ, caractérisée en ce qu'elle comporte des premiers moyens permettant de réaliser un premier mode de fonctionnement, rayonnant une polarisation circulaire et possédant un diagramme torique selon un premier axe (Ox), des seconds moyens permettant de réaliser un second mode de fonctionnement, rayonnant une polarisation circulaire et possédant un diagramme torique selon un second axe (Oy), en ce que les premiers moyens sont disposées au voisinage des seconds de telle sorte que lesdits premiers moyens et lesdits seconds moyens puissent être contenus dans une sphère imaginaire dont le rayon est inférieur à λ/2 et sont orientées avec un décalage de 90° (Ox perpendiculaire à Oy), et en ce que le premier mode de fonctionnement est en quadrature avance ou en quadrature retard par rapport au second mode.
  2. Antenne autodirective selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers et seconds moyens permettant de réaliser un mode de fonctionnement sont colocalisés.
  3. Antenne autodirective selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les premiers et seconds moyens de fonctionnement comportent une hélice en anneau présentant un nombre de spires (2, 2', 2") multiple de quatre.
  4. Antenne autodirective selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'excitation permettent d'exciter l'hélice en anneau en deux points (4, 6) décalés de 90° par rapport à l'anneau.
  5. Antenne autodirective selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'excitation de l'antenne permettent d'exciter l'antenne en un point et présentent une pièce de couplage (12) disposée à ±45° du point d'excitation.
  6. Antenne autodirective selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'hélice en anneau est obtenue par pliage d'un fil métallique, notamment un fil de cuivre.
  7. Antenne autodirective selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'hélice en anneau est obtenue par pliage d'une bande métallique, notamment une bande de cuivre.
  8. Antenne autodirective selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que les moyens d'excitation de l'antenne comportent un disque métallique (8) disposé sous l'antenne en forme d'hélice en anneau pour l'excitation de l'antenne.
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