EP2377201B1 - Antenne à dipoles croisés superposés avec éléments rayonnants à motif fractal volumique - Google Patents

Antenne à dipoles croisés superposés avec éléments rayonnants à motif fractal volumique Download PDF

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EP2377201B1
EP2377201B1 EP09801518.3A EP09801518A EP2377201B1 EP 2377201 B1 EP2377201 B1 EP 2377201B1 EP 09801518 A EP09801518 A EP 09801518A EP 2377201 B1 EP2377201 B1 EP 2377201B1
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EP
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plane
dipoles
radiating element
element according
radiating
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EP2377201A2 (fr
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Jérôme Plet
Nicolas Cojean
Jean-Pierre Harel
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Alcatel Lucent SAS
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Alcatel Lucent SAS
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49016—Antenna or wave energy "plumbing" making

Definitions

  • the present invention relates to a broadband antenna comprising radiating elements that can be used in particular in the base stations of the cellular radiocommunication networks. It also extends to the manufacturing process of these elements.
  • a double polarization radiating element may be formed of two radiating dipoles, each dipole consisting of two collinear conductor strands. The length of each strand is substantially equal to one quarter of the working wavelength.
  • the dipoles are mounted on a structure allowing their feeding and their positioning above a reflector (plane-mass). This makes it possible, by reflection of the rear radiation of the dipoles, to refine the directivity of the radiation pattern of the assembly thus formed.
  • the dipoles can radiate or receive electromagnetic waves in two polarization channels, for example a horizontal polarization channel and a vertical polarization channel, or two polarization channels oriented at +/- 45 ° compared to the vertical.
  • the first so-called collinear (or concentric) method consists of an alignment of radiating elements in which radiating elements formed by four quadrature dipoles, operating on a first frequency band, are arranged concentrically around the radiating elements formed by two crossed dipoles. operating on a second frequency band.
  • the alignment is placed above the reflector in a single frame.
  • the second so-called “side by side” method consists of a first alignment of radiating elements formed by two crossed orthogonal dipoles operating on a first frequency band and a second alignment of radiating elements formed by two crossed orthogonal dipoles operating on a second band. frequency.
  • the two rows are parallel and placed at a distance of at least half a wavelength for the highest frequency band.
  • multiband radiating antenna elements comprising a high dielectric constant dielectric support in order to reduce the dimensions of the radiating element, on which was deposited a layer of conductive material having a fractal pattern.
  • the object of the present invention is to provide a non-concentric radiating element having a reduced size, the performances of the antenna being improved by better decoupling of the radiating elements.
  • the object of the invention is also to propose a non-concentric radiating element operating over a wide frequency band, the performances of the antenna being improved by an enlargement of the frequency band.
  • Another object of the invention is to propose a broadband antenna comprising such an element.
  • the object of the present invention is a broadband antenna radiating element according to claim 1.
  • the main idea of the invention is to use the property of self-similarity of the fractal patterns in the design of the geometry of the dipole dipoles. a radiating element to reduce the size of the antenna, the complexity of the fractal pattern being invariant by scaling.
  • the general concept of the fractal theory can be applied to radiating antenna elements, especially to any form of dipole (triangle, square, ...) using the principle of self-similarity in the design of their structure.
  • Iterative algorithms generate fractal objects in the form of digital images that can be materialized as physical objects.
  • a predetermined iterative pattern (“loop generator") is reproduced on at least one face of a half-dipole by applying the principle of self-similarity by machining, molding, etc.
  • One way to improve the bandwidth of the dipole is to use a three-dimensional fractal structure.
  • Another way of improving the bandwidth of a radiating element is to vertically stack dipoles and possibly patches of similar or different sizes. The combination of these two channels in the radiating element therefore leads to a radiating element of small size and operating over a wide frequency band.
  • the arms of the dipoles are preferably aluminum, brass, "zamac” (zinc-based alloy) or metallized polymer.
  • the arms of the dipoles are preferably molded.
  • the first, second and third components arranged in the first and second superposed planes are interconnected.
  • the first and second components arranged in the first plane are not interconnected with the third component disposed in the second plane which is superimposed on it.
  • the radiating element further comprises at least one additional component chosen from a dipole or patch disposed in a third plane superimposed on the first and second planes.
  • the additional component is not interconnected with the dipoles of the first and second planes.
  • the dipoles disposed in superposed planes have a decreasing surface while moving away from the reflector.
  • the combination of the reshaped profile and the self-similarity leads to an antenna with a very broadband performance. It is understood that only one or both of the techniques can be used or both simultaneously.
  • the design techniques of the fractal radiating elements are applied to the superimposed dipoles whether they are interconnected or not.
  • the invention also has as its object a broadband antenna comprising radiating elements aligned on a reflector, each having a foot supporting a first and a second component arranged in a first plane which are two half-wave dipoles, with symmetrical power generating a double linear polarization each comprising two arms, wherein each radiating element further comprises at least one third component selected from a dipole or patch disposed in a second plane placed above the first plane, and wherein each of the components consists of a volume fractal pattern.
  • the dipoles disposed in the first plane are positioned at a distance of one quarter of a wave with respect to the plane of the reflector, serving as a ground plane.
  • the invention further relates to a method of manufacturing a radiating element according to one of claims 1 to 7, the method comprising a molding step or a step of machining each of the components to produce a fractal volume pattern.
  • the present invention has the advantage of allowing a reduction in the manufacturing cost of the radiating elements while improving their RF performance and reducing their size.
  • FIG. 1 On the figure 1 is shown a schematic example of the first plane of a radiating element 20 of the type "bow tie” (or “Bow Tie”).
  • the radiating element 20 comprises two dipoles 21 and 22, the arms 21a, 21b and 22a, 22b are respective triangular. The principle of self-similarity has been applied to it, and leads to the double polarized cross of a "Cantor Slot Bow Tie" radiating element.
  • the two dipoles 21 and 22 are each provided with a power supply 23 and 24.
  • a technique used is characterized by the use of an iterative pattern ("loop generator") to reduce the size of the dipole, while improving the RF performance of this dipole, particularly in terms of bandwidth.
  • the two well known and used iterative motifs are Koch's motif and Minkowski's motif.
  • the two resulting dipoles are respectively represented on the figures 2 and 3 .
  • the first plane of the radiating element 30 represented on the figure 2 has two dipoles 31 and 32.
  • the two dipoles 31 and 32 are each provided with a supply 33 and 34.
  • Each dipole 31, 32 respectively comprises a first arm 31a, 32a and a second arm 31b, 32b whose shape is obtained by iteration of the Koch motif.
  • the first plane of the radiating element 40 represented on the figure 3 has two dipoles 41 and 42.
  • the two dipoles 41 and 42 are each provided with a power supply 43 and 44.
  • Each dipole 41, 42 comprises respectively a first arm 41a, 42a and a second arm 41b, 42b whose shape is obtained by iteration of the Minkowski motif.
  • One way to improve the bandwidth of the dipole is to use a three-dimensional fractal structure.
  • Another way to improve the bandwidth of a radiating element is to stack vertically dipoles of similar or different sizes.
  • these dipoles can be electrically interconnected as on the figures 4 and 5 .
  • a radiating element 50 comprises dipoles placed in two superposed planes 51 and 52 supported by a foot 53.
  • the first plane 51 comprises two orthogonally associated half-wavelength dipoles 54, 55 to obtain a double cross polarization arrangement.
  • Each dipole 54, 55 respectively comprises a first arm 54a, 55a and a second arm 54b, 55b in the extension of each other
  • Each dipole 54, 55 is respectively provided with a balanced supply to generate a linear polarization.
  • the principle of self-similarity has been applied to a square radiating element, which leads to double polarization cross dipoles having the pattern of the Sierpinski carpet (three-dimensional).
  • the first plane 51 is surmounted by a second plane 52 comprising two orthogonally associated half-wavelength dipoles 56 and 57 to obtain a double cross polarization arrangement.
  • Each arm 56a, 56b, 57a, 57b of the dipoles 56 and 57 also has a 3D pattern of the Sierpinski carpet.
  • a radiating element comprising interconnected dipoles arranged in three superimposed planes 60, 61 and 62, carried by a common foot 63 .
  • the plane 60 comprises two dipoles 64, 65, each of half a wavelength, associated orthogonally to obtain a double cross polarization arrangement.
  • the planes 61 and 62 which surmount it respectively comprise two dipoles 66, 67 and 68, 69 in a similar way.
  • Each arm 64a, 64b, 65a, 65b of the dipoles 64 and 65 has a 3D pattern of the Sierpinski carpet.
  • each arm 66a, 66b, 67a, 67b of the dipoles 66 and 67 has a volume pattern of the Sierpinski carpet.
  • each arm 68a, 68b, 69a, 69b of the dipoles 68 and 69 has a volume pattern of the Sierpinski carpet.
  • the dipoles arranged in different superimposed planes may also not all be interconnected as on the figure 6 .
  • the dipole that is not interconnected is called "director".
  • each of the planes comprising two dipoles 73, 74 and 75, 76 , each of half a wavelength, associated orthogonally to obtain a double cross polarization arrangement.
  • Two other dipoles 78 and 79 non-interconnected with the dipoles arranged in the planes 70 and 71 are called "directors".
  • the two dipoles 78 and 79 have their arms arranged in the plane 77 superimposed on the planes 70 and 71.
  • Each dipole 73-76 and 78, 79 comprises two arms having a volume pattern of the Sierpinski carpet.
  • the resonance frequency of the dipoles of each plane is slightly shifted, which increases the width of the frequency band.
  • the plane 80 comprises two dipoles 84, 85, each of half a wavelength, associated orthogonally to obtain a double cross polarization arrangement.
  • the planes 81 and 82 which surmount it respectively comprise two dipoles 86, 87 and 88, 89 in a similar way.
  • Each arm of the dipoles 84-89 has a volume pattern of the Sierpinski carpet.
  • FIG 8 there is shown an alternative embodiment comprising a radiating element 90 having a plane 91 carried by a foot 92 and having two dipoles 93 and 94 each having two arms 93a, 93b and 94a, 94b respectively, each arm having a volume pattern of the Sierpinski carpet.
  • the plane 91 is surmounted by a patch disposed in a second plane 95, itself surmounted by a patch disposed in a third plane 96.
  • the patches arranged in the planes 95 and 96 are not interconnected with the dipoles arranged in the plan 91 and are called "directors".
  • Each of the planes 95, 96 comprises a patch, or director, square whose dimension, substantially equal to half a wavelength, is offset with respect to the dimension of the dipoles placed in the plane 91 so as to increase the width of the band of the radiating element.
  • the patches or directors placed in the plans 95, 96 have a 3D pattern of the Sierpinski carpet. This latter configuration has the advantage over other embodiments of being easier to develop.
  • An antenna according to one embodiment of the invention comprises a reflector carrying aligned radiating elements similar to those of the figure 4 .
  • Each radiating element comprises a foot, two orthogonal dipoles placed in a first plane and two orthogonal dipoles placed in a second plane.
  • the respective arms of the four dipoles reproduce in volume the pattern of the Sierpinski carpet.
  • Radiation elements of a known type may also be added to the reflector, the antenna according to the invention then operating as a multi-band antenna including a very wide band.
  • the antenna may comprise radiating elements of all the embodiments described above and their variants, and the radiating elements according to the invention may be implemented in any type of antenna whatever its shape.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
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  • Waveguide Aerials (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte à une antenne large bande comportant des éléments rayonnants utilisables notamment dans les stations de base des réseaux de radiocommunication cellulaires. Elle s'étend en outre au procédé de fabrication de ces éléments.
  • Un élément rayonnant à double polarisation peut être formé de deux dipôles rayonnants, chaque dipôle étant constitué par deux brins de conducteurs colinéaires. La longueur de chaque brin est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde de travail. Les dipôles sont montés sur une structure permettant leur alimentation et leur positionnement au-dessus d'un réflecteur (plan-masse). Ceci permet, par réflexion du rayonnement arrière des dipôles, d'affiner la directivité du diagramme de rayonnement de l'ensemble ainsi formé. Selon leur orientation dans l'espace, les dipôles peuvent rayonner ou recevoir des ondes électromagnétiques suivant deux voies de polarisation, par exemple une voie de polarisation horizontale et une voie de polarisation verticale, ou encore deux voies de polarisation orientées à +/- 45° par rapport à la verticale.
  • Pour réaliser une antenne bi-bande fonctionnant dans deux bandes de fréquence distinctes et à polarisations orthogonales, deux configurations sont communément employées.
  • La première méthode dite colinéaire (ou concentrique) consiste en un alignement d'éléments rayonnants dans laquelle on dispose concentriquement des éléments rayonnants formés par quatre dipôles disposés en quadrature, opérant sur une première bande de fréquence, autour des éléments rayonnants formés par deux dipôles croisés opérant sur une deuxième bande de fréquence. L'alignement étant placé au-dessus du réflecteur dans un châssis unique.
  • La deuxième méthode dite « side by side » consiste en un premier alignement d'éléments rayonnants formés par deux dipôles orthogonaux croisés opérant sur une première bande de fréquence et un deuxième alignement d'éléments rayonnants formés par deux dipôles orthogonaux croisés opérant sur une deuxième bande de fréquence. Les deux rangées sont parallèles et placées à une distance au moins égale à une demi-longueur d'onde pour la bande de fréquence la plus élevée.
  • Pour améliorer les performances d'une telle antenne bi-bande ou multi-bande, il est nécessaire d'augmenter la largeur de la bande de fréquence de chaque série d'éléments rayonnants, et simultanément de diminuer le couplage entre les rangées d'éléments rayonnants. Le découplage inter-bande dépend de la distance séparant les éléments rayonnants et de l'orientation relative des éléments rayonnants les uns par rapport aux autres. Pour améliorer le découplage entre deux rangées d'éléments placés dans le même châssis, on a par exemple proposé
    • l'utilisation d'éléments bi-bande concentriques,
    • l'augmentation de la distance inter-éléments séparant deux alignements verticaux d'éléments rayonnants en configuration dite « side by side ».
  • Il a aussi été proposé des éléments rayonnants d'antenne multi-bande comprenant un support diélectrique à forte constante diélectrique dans le but de réduire les dimensions de l'élément rayonnant, sur lequel a été déposée une couche de matériau conducteur présentant un motif fractal.
  • Par ailleurs, pour augmenter la largeur de la bande de fréquence des antennes large bande, on a proposé des solutions telles que la superposition des éléments rayonnants ou l'addition d'éléments parasites judicieusement positionnés. On peut aussi améliorer le système d'alimentation des éléments ou modifier la forme géométrique des éléments rayonnants eux-mêmes (spirale, Log périodique, "Bow Tie", noeud papillon, etc...).
  • Par exemple les documents US-6,028,563 et WO 03/103086 décrivent un élément rayonnant à double polarisation formé de deux dipôles croisés dit "noeud papillon" (ou "cross bow tie" en anglais) dressés sur un pied reposant sur un réflecteur. Chaque dipôle comporte des bras rayonnants à polarisation soit négative, soit positive de forme générale triangulaire. Les éléments rayonnants peuvent être alignés pour former une antenne.
  • La présente invention a pour but de proposer un élément rayonnant non concentrique ayant une taille réduite, les performances de l'antenne étant améliorées par un meilleur découplage des éléments rayonnants.
  • L'invention a aussi pour but de proposer un élément rayonnant non concentrique fonctionnant sur une large bande de fréquence, les performances de l'antenne étant améliorées par un élargissement de la bande de fréquence.
  • L'invention a encore pour but de proposer une antenne large bande comprenant un tel élément.
  • L'objet de la présente invention est un élément rayonnant d'antenne large bande selon la revendication 1. L'idée principale de l'invention est d'utiliser la propriété d'autosimilarité des motifs fractals dans la conception de la géométrie des dipôles d'un élément rayonnant afin de réduire la taille de l'antenne, la complexité du motif fractal étant invariante par changement d'échelle. Le concept général de la théorie fractale peut être appliqué aux éléments rayonnants d'antenne, notamment à toute forme de dipôle (triangle, carré,...) en utilisant le principe de l'autosimilarité dans la conception de leur structure. Des algorithmes itératifs génèrent des objets fractals sous forme d'images numériques qui peuvent être matérialisé sous forme d'objets physiques. Dans le cas présent on reproduit sur au moins une face d'un demi-dipôle un motif itératif prédéterminé ("loop generator") en appliquant le principe d'autosimilarité par usinage, moulage, etc...
  • Une voie d'amélioration de la bande passante du dipôle est d'utiliser une structure fractale en trois dimensions. Une autre voie d'amélioration de la bande passante d'un élément rayonnant est d'empiler verticalement des dipôles et éventuellement des patchs de tailles similaires ou différentes. La combinaison de ces deux voies dans l'élément rayonnant conduit donc à un élément rayonnant de faible encombrement et fonctionnant sur une large bande de fréquence.
  • Les bras des dipôles sont de préférence en aluminium, en laiton, en "zamac" (alliage à base de zinc) ou en polymère métallisé. Les bras des dipôles sont de préférence moulés.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les premiers, deuxième et troisième composants disposés dans les premier et deuxième plans superposés sont interconnectés.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, les premier et deuxième composants disposés dans le premier plan ne sont pas interconnectés avec le troisième composant disposé dans le deuxième plan qui lui est superposé.
  • Selon une variante, l'élément rayonnant comporte en outre au moins un composant supplémentaire choisi parmi un dipôle ou un patch disposé dans un troisième plan superposé aux premier et deuxième plans. Selon une forme d'exécution, le composant supplémentaire n'est pas interconnecté avec les dipôles des premier et deuxième plans.
  • Selon une autre variante, les dipôles disposés dans des plans superposés ont une surface décroissante en s'éloignant du réflecteur.
  • Les deux principales techniques de base utilisées pour la conception des éléments rayonnants fractals sont les suivants:
    1. (a) le principe d'autosimilarité géométrique permet un fonctionnement identique dans plusieurs bandes de fréquences, car les différentes parties du dipôle sont semblables les unes aux autres à différentes échelles ;
    2. (b) l'augmentation de la complexité des dipôles, qui se traduit par l'usage d'un motif itératif pour refaçonner le profil du dipôle, peut être utilisé pour réduire la taille de l'élément rayonnant.
  • La combinaison du profil refaçonné et de l'autosimilarité conduit à une antenne avec une performance très large bande. Il est entendu que seulement l'une ou l'autre des deux techniques peut être utilisée ou les deux simultanément. Les techniques de conception des éléments rayonnants fractals sont appliquées aux dipôles superposés qu'ils soient interconnectés ou non.
  • L'invention a aussi comme objet une antenne large bande comprenant des éléments rayonnants alignés sur un réflecteur, chacun comportant un pied supportant un premier et un deuxième composants disposés dans un premier plan qui sont deux dipôles demi-onde, à alimentation symétrique générant une double polarisation linéaire comprenant chacun deux bras, dans laquelle chaque élément rayonnant comporte en outre au moins un troisième composant choisi parmi un dipôle ou un patch disposé dans un deuxième plan placé au-dessus du premier plan, et dans lequel chacun des composants est constitué d'un motif fractal volumique.
  • Selon une forme d'exécution de l'invention, les dipôles disposés dans le premier plan sont positionnés à une distance d'un quart d'onde par rapport au plan du réflecteur, servant de plan de masse.
  • L'invention a encore comme objet un procédé de fabrication d'un élément rayonnant selon l'une des revendications 1 à 7, le procédé comprenant une étape de moulage ou une étape d'usinage de chacun des composants pour réaliser un motif fractal volumique.
  • La présente invention a comme avantage de permettre une réduction du coût de fabrication des éléments rayonnants tout en améliorant leurs performances RF et en réduisant leur taille.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel
    • la figure 1 montre une vue de dessus schématique du premier plan d'un élément rayonnant à double polarisation croisée portant des dipôles construits à partir du motif "Cantor Slot Bow Tie"
    • la figure 2 montre une vue de dessus schématique du premier plan d'un élément rayonnant à double polarisation croisée portant des dipôles construits à partir du motif de Koch,
    • la figure 3 montre une vue de dessus schématique du premier plan d'un élément rayonnant à double polarisation croisée portant des dipôles construits à partir du motif de Minkowski,
    • la figure 4 montre en perspective un élément rayonnant selon un mode de réalisation de l'invention, à double polarisation croisée portant deux plans superposés comprenant des dipôles interconnectés construits à partir du motif du tapis de Sierpinski,
    • la figure 5 montre en perspective un élément rayonnant, selon un mode de réalisation de l'invention, à double polarisation croisée portant trois plans superposés comprenant des dipôles interconnectés construits à partir du motif du tapis de Sierpinski,
    • la figure 6 montre en perspective un élément rayonnant, selon un mode de réalisation de l'invention, à double polarisation croisée portant trois plans superposés comprenant des dipôles construits à partir du motif du tapis de Sierpinski dont un directeur,
    • la figure 7 montre en perspective un élément rayonnant, selon un mode de réalisation de l'invention, à double polarisation croisée portant trois plans superposés comprenant des dipôles interconnectés de taille décroissante construits à partir du motif du tapis de Sierpinski,
    • la figure 8 montre en perspective un élément rayonnant, selon un mode de réalisation de l'invention, à double polarisation croisée portant trois plans superposés comprenant des dipôles non-interconnectés construits à partir du motif du tapis de Sierpinski,
  • Sur la figure 1 est représenté un exemple schématique du premier plan d'un élément rayonnant 20 du type "noeud papillon" (ou "Bow Tie"). L'élément rayonnant 20 comprend de deux dipôles 21 et 22 dont les bras 21 a, 21 b et 22a, 22b respectifs sont de forme triangulaire. Le principe de l'autosimilarité lui a été appliqué, et conduit à la double croix polarisée d'un élément rayonnant de type "Cantor Slot Bow Tie". Les deux dipôles 21 et 22 sont munis chacun d'une alimentation 23 et 24.
  • Une technique utilisée est caractérisée par l'emploi d'un motif itératif ("loop generator") pour réduire la taille du dipôle, tout en améliorant les performances RF de ce dipôle, en particulier en termes de largeur de bande. Les deux motifs itératifs bien connus et utilisés sont le motif de Koch et le motif de Minkowski. Les deux dipôles résultants sont représentés respectivement sur les figures 2 et 3.
  • Le premier plan de l'élément rayonnant 30 représenté sur la figure 2 comporte deux dipôles 31 et 32. Les deux dipôles 31 et 32 sont munis chacun d'une alimentation 33 et 34. Chaque dipôle 31, 32 comporte respectivement un premier bras 31 a, 32a et un second bras 31 b, 32b dont la forme est obtenue par itération du motif de Koch.
  • Le premier plan de l'élément rayonnant 40 représenté sur la figure 3 comporte deux dipôles 41 et 42. Les deux dipôles 41 et 42 sont munis chacun d'une alimentation 43 et 44. Chaque dipôle 41, 42 comporte respectivement un premier bras 41 a, 42a et un second bras 41 b, 42b dont la forme est obtenue par itération du motif de Minkowski.
  • Une façon d'améliorer la bande passante du dipôle est d'utiliser une structure fractale en trois dimensions. Une autre façon d'améliorer la bande passante d'un élément rayonnant est d'empiler verticalement des dipôles de tailles similaires ou différentes.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, ces dipôles peuvent être électriquement interconnectés comme sur les figures 4 et 5.
  • Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 4, un élément rayonnant 50 comporte des dipôles placés dans deux plans superposés 51 et 52 supportés par un pied 53 Le premier plan 51 comprend deux dipôles 54, 55 d'une demi-longueur d'onde associés orthogonalement pour obtenir un arrangement en double polarisation croisée. Chaque dipôle 54, 55 comporte respectivement un premier bras 54a, 55a et un second bras 54b, 55b dans le prolongement l'un de l'autre Chaque dipôle 54, 55 est pourvu respectivement d'une alimentation équilibrée pour générer une polarisation linéaire. Dans le cas représenté ici, le principe de l'autosimilarité a été appliqué à un élément rayonnant carré, ce qui conduit à des dipôles croisés à double polarisation ayant le motif du tapis de Sierpinski volumique (en trois dimensions). Le premier plan 51 est surmonté d'un deuxième plan 52 comprenant deux dipôles 56 et 57 d'une demi-longueur d'onde associés orthogonalement pour obtenir un arrangement en double polarisation croisée. Chaque bras 56a, 56b, 57a, 57b des dipôles 56 et 57 présente aussi un motif en 3D du tapis de Sierpinski.
  • Sur la figure 5, on a représenté un élément rayonnant comprenant des dipôles interconnectés disposés dans trois plans superposés 60, 61 et 62, portés par un pied 63 commun. Le plan 60 comprend deux dipôles 64, 65, chacun d'une demi-longueur d'onde, associés orthogonalement pour obtenir un arrangement en double polarisation croisée. Les plans 61 et 62 qui le surmontent comprennent respectivement deux dipôles 66, 67 et 68, 69 de manière analogue. Chaque bras 64a, 64b, 65a, 65b des dipôles 64 et 65 présente un motif en 3D du tapis de Sierpinski. De même chaque bras 66a, 66b, 67a, 67b des dipôles 66 et 67 présente un motif en volume du tapis de Sierpinski. De même encore chaque bras 68a, 68b, 69a, 69b des dipôles 68 et 69 présente un motif en volume du tapis de Sierpinski.
  • Selon un autre mode de réalisation, les dipôles disposés dans des plans différents superposés peuvent aussi ne pas être tous interconnectés comme sur la figure 6. Dans ce cas le dipôle qui n'est pas interconnecté est appelé "directeur".
  • On a représenté sur la figure 6 des dipôles interconnectés disposés dans deux plans superposés 70 et 71 et portés par un même pied 72, chacun des plans comportant de deux dipôles 73, 74 et 75,76, chacun d'une demi-longueur d'onde, associés orthogonalement pour obtenir un arrangement en double polarisation croisée. Deux autre dipôles 78 et 79 non-interconnectés avec les dipôles disposés dans les plans 70 et 71 sont appelés "directeurs". Les deux dipôles 78 et 79 ont leurs bras disposés dans le plan 77 superposé aux plans 70 et 71. Chaque dipôle 73-76 et 78, 79 comporte deux bras présentant un motif en volume du tapis de Sierpinski.
  • Sur la figure 7, on a représenté trois plans superposés 80, 81 et 82 dont les dipôles sont interconnectés, de surface décroissante, portés par un pied 83 commun. La fréquence de résonance des dipôles de chaque plan est légèrement décalée, ce qui augmente la largeur de la bande de fréquence. Le plan 80 comprend deux dipôles 84, 85, chacun d'une demi-longueur d'onde, associés orthogonalement pour obtenir un arrangement en double polarisation croisée. Les plans 81 et 82 qui le surmontent comprennent respectivement deux dipôles 86, 87 et 88, 89 de manière analogue. Chaque bras des dipôles 84-89 présente un motif en volume du tapis de Sierpinski.
  • Sur la figure 8, on a représenté une variante de réalisation comprenant un élément rayonnant 90 comportant un plan 91 porté par un pied 92 et comportant deux dipôles 93 et 94 ayant chacun deux bras 93a, 93b et 94a, 94b respectivement, chaque bras présentant un motif en volume du tapis de Sierpinski. Le plan 91 est surmonté d'un patch disposé dans un second plan 95, lui-même surmonté d'un patch disposé dans un troisième plan 96. Les patchs disposés dans les plans 95 et 96 ne sont pas interconnectés avec les dipôles disposés dans le plan 91 et sont appelés "directeurs". Chacun des plans 95, 96 comprend un patch, ou directeur, carré dont la dimension, sensiblement égale à une demi-longueur d'onde, est décalée par rapport à la dimension des dipôles placés dans le plan 91 de manière à augmenter la largeur de bande de l'élément rayonnant. Les patchs ou directeurs placés dans les plans 95, 96 présentent un motif en 3D du tapis de Sierpinski. Cette dernière configuration présente l'avantage par rapport aux autres modes de réalisation d'être plus facile à mettre au point.
  • Une antenne selon un mode de réalisation de l'invention comporte un réflecteur portant des éléments rayonnants alignés analogues à ceux de la figure 4. Chaque élément rayonnant comporte un pied, deux dipôles orthogonaux placés dans un premier plan et deux dipôles orthogonaux placés dans un deuxième plan. Les bras respectifs des quatre dipôles reproduisent en volume le motif du tapis de Sierpinski. Des éléments rayonnants d'un type connu peuvent en outre être ajoutés sur le réflecteur, l'antenne selon l'invention fonctionnant alors comme une antenne multi-bande dont une très large bande.
  • Bien entendu, l'antenne peut comporter des éléments rayonnants de tous les modes de réalisation précédemment décrits et leurs variantes, et les éléments rayonnants selon l'invention peuvent être mis en oeuvre dans tout type d'antenne quelle que soit sa forme.

Claims (10)

  1. Elément rayonnant d'antenne large bande comportant un pied (53), disposé sur le réflecteur de l'antenne, supportant un premier et un deuxième composants (54, 55) qui sont deux dipôles demi-onde à alimentation symétrique générant une double polarisation linéaire et comprenant chacun deux bras (54a, 54b, 55a, 55b),
    le premier et le deuxième composants (54, 55) étant disposés dans un premier plan (51), caractérisé en ce que
    - l'élément rayonnant (50) comporte en outre au moins un troisième composant (56, 57) choisi parmi un dipôle ou un patch disposé dans un deuxième plan (52) placé au-dessus du premier plan (51) et parallèle au premier plan (51), et
    - chacun des composants (54, 55, 56, 57) est constitué d'un motif fractal volumique.
  2. Elément rayonnant selon la revendication 1, dans lequel les bras des dipôles sont en un matériau choisi parmi l'aluminium, le laiton, le zamac ou un polymère métallisé.
  3. Elément rayonnant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premier, deuxième et troisième composants disposés dans les premier et deuxième plans superposés sont connectés.
  4. Elément rayonnant selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les premier et deuxième composants disposés dans le premier plan ne sont pas connectés avec le troisième composant disposé dans le deuxième plan qui lui est superposé.
  5. Elément rayonnant selon l'une des revendications 3 et 4, comportant en outre au moins un composant supplémentaire choisi parmi un dipôle ou un patch disposé dans un troisième plan superposé et parallèle aux premier et deuxième plans
  6. Elément rayonnant selon la revendication 5, dans lequel le composant supplémentaire n'est pas connecté avec les dipôles disposés dans le premier plan.
  7. Elément rayonnant selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel les dipôles disposés dans des plans superposés ont une surface décroissante en s'éloignant du réflecteur.
  8. Antenne large bande comprenant des éléments rayonnants selon l'une des revendications précédentes alignés sur un réflecteur,
  9. Antenne large bande selon la revendication 8, dans laquelle les dipôles disposés dans le premier plan sont positionnés à une distance d'un quart d'onde par rapport au plan du réflecteur, servant de plan de masse.
  10. Procédé de fabrication d'un élément rayonnant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de moulage ou une étape d'usinage de chacun des composants (54, 55, 56, 57) pour réaliser un motif fractal volumique.
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