EP3788674A1 - Antenne filaire large bande - Google Patents

Antenne filaire large bande

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Publication number
EP3788674A1
EP3788674A1 EP19720680.8A EP19720680A EP3788674A1 EP 3788674 A1 EP3788674 A1 EP 3788674A1 EP 19720680 A EP19720680 A EP 19720680A EP 3788674 A1 EP3788674 A1 EP 3788674A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resistive
patterns
antenna
empty
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19720680.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stéphane Mallegol
Pierre BELEC
Yoann HENAFF
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.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP3788674A1 publication Critical patent/EP3788674A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • H01Q9/27—Spiral antennas
    • 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
    • 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
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/10—Logperiodic antennas
    • H01Q11/105—Logperiodic antennas using a dielectric support
    • 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
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/006—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces
    • 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
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems

Definitions

  • the present invention relates to a wire antenna capable of operating in at least one predetermined frequency band, comprising a plurality of superposed layers.
  • the invention finds applications in particular in the field of electromagnetic listening systems.
  • the antennas which are used either singly or in a goniometric network, must operate in a very wide frequency band and in a circular polarization, linear or double linear, respectively corresponding to the ranges of interest of electromagnetic signals in frequency and polarization.
  • These antennas must have the smallest possible footprint and, in particular, a low thickness, in particular to be more easily integrated on carriers. They must also have radiation performance (gain, quality of radiation patterns, etc.) reproducible from one antenna to another, especially for network applications or to allow replacement during a maintenance operation. .
  • the radiating element consists of a wire which is shaped to describe, in a so-called radiation surface, a spiral-type or log-periodic pattern.
  • the wire is wound on itself so as to form a spiral view in top view.
  • This spiral can for example be an Archimedean spiral, a logarithmic spiral, or other.
  • the wire is shaped so as to have, in top view, several strands.
  • Each strand is inscribed in an angular sector, extends radially and has indentations. The length of each tooth and the distance between two successive teeth of a strand follow a logarithmic progression.
  • the metallic wire which is the radiating element is produced by etching a thin metal layer, for example a copper layer with a thickness of between 2 and 20 ⁇ m (micrometers), deposited on a layer thin, insulating (dielectric) support.
  • first wired antennae with an absorptive cavity in which the radiating element, etched on a planar or shaped radiation surface, is situated above an absorbent cavity delimited by walls. metal and filled with electromagnetic wave absorbing material.
  • the radiating element is adapted to emit a wave propagating towards the front of the radiating surface (away from the absorbing cavity) and a wave propagating towards the rear of the radiating surface (towards the absorbent cavity). The latter is absorbed by the absorbent cavity.
  • Such an antenna has a large footprint because of the dimensions of the absorbent cavity. It also has a low efficiency since half of the power emitted by the radiating element is absorbed in the absorbent cavity. Finally, the reproducibility of the radio performance of such an antenna is difficult to obtain because of a lack of control of the electromagnetic characteristics of the absorbent material filling the cavity.
  • the radiating elements are placed on a charged band electromagnetic structure, called LEBG (for Loaded Electromagnetic Band Gap), on a lower ground plane.
  • LEBG for Loaded Electromagnetic Band Gap
  • a surface composed of periodic metal patterns connected by resistors is placed in the cavity of the antenna.
  • the wave emitted backwards by the radiating element is absorbed in a thin layer consisting of a metallic reflector plane surmounted by metal and LEBG material charged by resistors.
  • the radiating element is etched on a high impedance surface (SHI), based on spaced periodic metal patterns, placed in the antenna cavity and connected to the ground plane by metallic bonds, also called vias.
  • SHI high impedance surface
  • the efficiency band of such an antenna in which the interference between the incident wave and the reflected wave is constructive corresponds substantially to an octave. Therefore, this type of antenna is limited to narrow bands of operation, and does not cover simultaneously a multi-octave frequency band.
  • a fourth wire antenna of the prior art described in the patent application FR3017493, it has been proposed to intercalate, between the broadband radiating element and the spacer substrate layer, one or more layers together.
  • periodic resistive patterns either with a single set of resistive patterns or several sets of nested resistive patterns.
  • such a layer comprises resistive patterns having resistance values gradually varying between an antenna center point and an outer edge of the antenna.
  • the resistive patterns are placed in the near field of the radiating element of the antenna.
  • the antennas obtained are compact and allow to obtain a large gain over a wide frequency band, without significant ripple radiation patterns.
  • these antennas have surface waves (or creeping waves) that propagate at the lower ground plane of the antenna cavity, and beyond on the metal support on which the antenna is mounted.
  • These surface waves associated with structural edge effects combine with the main electric field radiated by the antenna and result in a degradation of the quality of the radiation pattern. Indeed, wave effects, all the more important as the frequency is high, appear in the main lobe of the radiation pattern. Thus, the antenna gain is degraded, as well as the angular aperture at half power for the main lobe of radiation.
  • the object of the invention is to correct the aforementioned problems by proposing a compact wire antenna capable of operating in a wide frequency band for which the effects of the surface waves are controlled in order to eliminate the defects mentioned above.
  • the invention proposes a wire antenna adapted to operate in at least one frequency band, comprising a plurality of superimposed layers, comprising at least one radiating element placed on a support layer, said support layer being placed on a spacer substrate placed on a reflective plane.
  • This antenna comprises at least one resistive resistive surface grid of predetermined resistance, comprising at least one set of non-contiguous repeating empty patterns, said resistive gate being placed between the spacer substrate and the reflective plane.
  • the wire antenna according to the invention thanks to the presence of a resistive gate with empty patterns which makes it possible to trap and / or attenuate the surface waves, has an increased gain.
  • the wire antenna according to the invention may have one or more of the following characteristics, taken independently or in combination, in any technically acceptable combination.
  • the antenna has a resistive peripheral area surrounding the one or more sets of empty patterns.
  • All the empty patterns of at least one set of said grid have the same geometric shape and are regularly spaced.
  • the antenna comprises a central axis orthogonal to the superimposed layers, said resistive gate having at least two concentric sets of empty patterns, each set comprising empty patterns of square shape and of the same size, the size of the empty patterns being different between two concentric sets. different, the size of the empty patterns of a said set being increasing as a function of the distance of said assembly relative to said central axis of the antenna.
  • Each set of square empty patterns of the same size corresponds to an operating frequency subband of the antenna having an associated center frequency and an associated wavelength, and the patterns are squares of side less than or equal to said length. wave.
  • the resistive grid forms a first resistive layer
  • the antenna further comprising a second resistive layer placed between the support layer of the radiating element and the spacer substrate, the said second resistive layer comprising at least one set of resistive units of the same value.
  • resistance element occupying a partial area of said second resistive layer, and the or each set of empty patterns of the first resistive layer is placed facing a zone devoid of resistive patterns of said second resistive layer.
  • the antenna comprises a first resistive gate comprising a first set of empty patterns interposed between a first spacer substrate and a second spacer substrate, and a second resistive gate, comprising at least a second set of empty patterns, interposed between the second spacer substrate and the reflective plane the first set of empty patterns being placed opposite a non-resistive zone of the second resistive gate, the second set of empty patterns being placed opposite a non-resistive zone of the first resistive gate.
  • the or each resistive gate has a resistive surface made by depositing a resistive ink in which said empty patterns are formed by recess.
  • the or each resistive gate is made by screen printing or by 3D printing.
  • the radiating element is wired, wound in a spiral, log-periodic or sinuous winding.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a wire antenna according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a perspective representation of a wire antenna according to the first embodiment
  • FIG. 3 is an exploded perspective representation of a wire antenna according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a top view of a resistive grid according to a first embodiment
  • FIG. 5 is a top view of a resistive grid according to a second embodiment
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a wire antenna according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a perspective representation of a wire antenna according to the second embodiment.
  • Figure 8 is a schematic representation in top view of the wire antenna of Figure 7;
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a wire antenna according to a third embodiment of the invention.
  • Figures 1 to 3 show schematically a wire antenna 2 according to a first embodiment of the invention, in cross section, in perspective view and exploded perspective view.
  • the wired antenna 2 is a broadband antenna of frequency, for example, able to operate in a frequency range of 1 GHz (GigaHertz) to 20 GHz.
  • the wire antenna 2 has the shape of a disk of circular circumference, of center O and is composed of several concentric layers stacked in thickness along an axis A.
  • the axis A is a central axis orthogonal to the plane of radiation of the antenna.
  • the antenna 2 has an outside diameter of
  • the antenna has another regular geometric shape, for example elliptical or rectangular, also having a similar central axis of symmetry.
  • a radiating element 4 disposed in a flat surface S, also called a radiating surface, is positioned on a planar support layer 6, itself disposed above a spacer substrate 8.
  • the support layer 6 is for example formed by a first dielectric substrate, for example of the ceramic type reinforced with glass fibers, having a first thickness h1, for example between 0.128 mm and 1.524 mm, for example equal to 0.254 mm. mm.
  • the spacer substrate 8 is disposed above a reflective plane or ground plane 10.
  • the reflective plane 10 is preferably metallic and is located at a distance h 0 below the radiation surface S. Its function is to reflect any incident wave irrespective of its frequency in a given frequency range.
  • the spacer substrate 8 has the general external shape of a disk of axis A and of second thickness substantially constant h2.
  • This spacer substrate is a second dielectric substrate of given relative permittivity.
  • it consists of a dielectric material of low relative permittivity (e.g. uncharged foam) or a dielectric material of Duroid type (trademark) or a possibly multilayer composite material.
  • the second thickness h2 of the spacer substrate 8 is greater than the first thickness h1 of the support layer 6.
  • the thickness of the spacer substrate 8 is between 4 mm and 8 mm, for example equal to 6 mm.
  • the spacer substrate 8 is made of a pure magneto-dielectric or magnetic material.
  • the spacer substrate 8 is formed of a progressive dielectric material or drilled, recessed at its center, so as to achieve a relative permittivity increasing from the center to the outer edge.
  • a resistive gate 12 Between the reflector plane 10 and the spacer substrate 8 is a resistive gate 12, having a resistive surface 14 of predetermined resistivity value and at least one set of recesses (or holes) repetitive 18 non-contiguous so as to form said grid.
  • the recesses 18 are areas devoid of resistivity, hereinafter called empty patterns.
  • the recesses 18 are made by the absence of resistive material deposit.
  • the resistive gate 12 is, according to a first embodiment, disposed on a face 16 of the spacer substrate 8, or lower face, oriented towards the reflector plane 10.
  • the resistive gate 12 is disposed on a face 20 of the reflector plane 10, referred to as the upper face and oriented towards the radiating element 4.
  • the resistive gate is placed on a third dielectric, magnetic or magneto-dielectric substrate interposed between the face 6 of the spacer 8 and the face 20 of the reflector plane 10.
  • the resistive gate 12 is disposed in a so-called cavity bottom zone, between the spacer substrate 8 and the reflector plane 10.
  • the resistive gate 12 is made from a resistive film
  • the empty patterns 18 are for example made by recess of the resistive film.
  • the resistive grid is produced by depositing a resistive ink according to a pattern, so as to form the desired empty patterns by the absence of resistive ink deposition.
  • the resistive gate 12 is produced by conventional screen printing or any other equivalent method, for example 3D printing or aerosol printing.
  • the resistive gate 12 has a third thickness h3, which may vary between a few micrometers and a few tens of micrometers depending on the desired resistance value and according to the intrinsic characteristics of the resistive ink used.
  • the radiating element 4 comprises in this first embodiment of the first and second metal wires 22 and 24 which are respectively shaped according to a pattern of the spiral type or serpentine log-periodic type, for example. More particularly, the pattern forms an Archimedean spiral in the first embodiment, as illustrated in Figures 1 to 3.
  • Each wire, 22, 24, is wound around the origin point O, which corresponds to the intersection of the axis A and the radiation surface S.
  • the radiating element 4 is for example made by an etching operation, directly on the upper face 19 of the support layer 6.
  • the radiating element is a single polarization or double polarization element of the DuHamel sinuous type.
  • the radiating element is hybrid.
  • a supply device (not shown) for the radiating element 4 is positioned below the reflector plane 10, which is electrically connected to ground.
  • the reflector plane 10 and the layers 12, 8, 6 positioned above are pierced with a hollow passage 28, along the axis A, for the passage of wire (s) conductor (s) for powering electrically the radiating element 4.
  • an active zone of the radiating element 4 emits a first direct wave propagating forwards, that is to say opposite the spacer substrate 8, and a second wave propagating towards the rear , that is to say in the direction of the spacer substrate 8.
  • the second wave passes through the spacer substrate 8 and the resistive gate 12 is reflected by the reflector plane 10, then crosses again the resistive gate 12 and the spacer substrate 8.
  • the resistive gate 12 comprises regular empty patterns 18 arranged in this embodiment on concentric rings of center O ', and a non-resistive central zone 30, comprising the recessed passage 28.
  • the resistive layer 12 comprises a peripheral zone 32, annular in this first embodiment, which does not comprise empty patterns, in other words it is a solid resistive zone, for a better absorption efficiency of the surface waves in this area.
  • the peripheral zone is located near the outer edge of the antenna, for example between the outer edge of the antenna and the resistive grid.
  • the empty patterns 18 are distributed on concentric rings forming, by ring, sets of empty patterns of the same size and geometric shape, distributed regularly over the ring. In addition to all the rings, the empty patterns are aligned radially, and corresponding to the same angular width.
  • the resistive gate 12 comprises empty patterns 34, 36 of square shape as illustrated in FIG.
  • the resistive grid 12 comprises a resistive surface 15, and two sets of empty patterns, a first set 33 of first square-shaped patterns 34 and a second set 35 of second square-shaped patterns 36.
  • the patterns are arranged according to an orthogonal pattern, spaced regularly between two successive patterns.
  • the resistive surface has a resistivity of 1000 W per square.
  • the first set of empty patterns forms a first outer zone, close to the outer edge of the grid, and the second set of empty patterns forms a second square-shaped inner zone.
  • the circular zone 30 In the center of the grid is located the circular zone 30, which, in one embodiment corresponds to the recessed passage 28. According to one variant, the circular zone 30 has a diameter greater than the diameter of the hollow central passage 28. The circular zone 30 corresponds to to a recessed (non-resistive) surface.
  • the first square patterns 34 are of surface greater than the surface of the second square patterns 36.
  • the first patterns 34 are square with 6.4 mm sides, and are positioned in an active zone for the antenna going, approximately, from 2 GHz to 4 GHz
  • the second patterns 36 are 3.2 mm square and are positioned in an active area for the antenna ranging from about 4 GHz to 18 GHz.
  • the empty patterns are periodized and of dimensions (sides of the squares) smaller than the wavelength associated with the central frequency of the sub-band considered radiated by the antenna.
  • the radio performance of the antenna is improved in a frequency range from 2 GHz to 18 GHz.
  • the main lobe of the antenna pattern is formed over the entire frequency band considered.
  • the undulations of diagrams are not present in vertical polarization and not important in horizontal polarization.
  • the resistive gate 12 comprises annular empty patterns 42 interposed between resistive rings 44. It is a concentric ring topology, the annular empty patterns 42 being alternately regular with the resistive rings 44.
  • This embodiment is particularly suitable for a spiral radiating element.
  • the heights h1 and h2 of the constituent materials of the antenna are chosen to have constructive interferences between the spiral-type radiating element and the reflector plane (lower ground plane of the antenna) in the frequency band of the antenna. 'interest.
  • the shape, the size and the pattern of spatial repetition or topology of the empty patterns are variable and defined, for each embodiment, using a 3D electromagnetic simulation software or electromagnetic simulator. Indeed, an analytical predimensioning of the resistive units is particularly complex. In general, given a range of frequencies to be covered and / or a desired antenna gain, a resistivity value of the resistive gate, an empty pattern geometric shape and a repetition pattern topology are chosen, and the size of the patterns and the spacing of the patterns are calculated using 3D electromagnetic simulation software.
  • Such simulation software is known, for example software that solves the Maxwell equations in integral form, using the finite integral method.
  • the size and topology of the empty patterns are selected to improve the stability of the radiation pattern and to promote the absence of ripple, which reflects effective trapping of surface waves.
  • these choices are made by implementing several simulations and comparing the results to select the size, shape and spacing of the empty patterns best suited for a targeted application.
  • FIGS 6 to 8 schematically illustrate a wire antenna 2 'according to a second embodiment of the invention.
  • the antenna 2 'further comprises a second resistive layer 48, between the support 6 and the spacer substrate 8, comprising a set 50 of resistive patterns 52, each resistive pattern 52 having a resistance resistive surface given.
  • Each resistive pattern is made for example by depositing a resistive ink, and the spaces between resistive patterns are empty.
  • the first resistive gate 12 comprises two resistive sub-grids 54, 56, each formed of a resistive surface having recesses which form empty patterns 62, 64 and 66.
  • the assembly 50 of the second resistive layer 48 is placed above a separation zone 60 between the first resistive sub-grid 54 and the second resistive sub-grid 56, this separation zone 60 being an empty zone, devoid of resistive layer, above the reflector plane 10.
  • each resistive sub-grid 54, 56 comprises at least one set of empty patterns placed opposite a zone devoid of resistive patterns 52 of the resistive layer 48, thus a "void" zone, without resistance.
  • the set 50 of resistive patterns of the resistive layer 48 forms a spatially nested zone between the first sub-grid 54 and the second sub-grid 56. There is no spatial superposition, in top view, between the zone formed by the assembly 50 and the first sub-grid 54 and the second sub-grid 56.
  • the first sub-grid 54 comprises square empty patterns 62 aligned in a square crown.
  • the first sub-grid 54 has a zone 30 centered on the axis A, without resistance, as in the first embodiment.
  • the resistive patterns 52 of the resistive layer 48 are square in shape with the same dimensions as the empty patterns 62 of the first sub-grid 54.
  • the second sub-grid 56 comprises a resistive peripheral zone 32 without recess, and two sets of empty square patterns 64 and 66 of different sizes.
  • each resistive subgrid has a resistivity of 1000 W per square.
  • the two resistive sub-grids 54, 56 respectively cover the frequency bands from 2GHz to 4GHz, and from 10GHz to 18GHz.
  • the set 50 of resistive patterns 52 placed between the spacer substrate 8 and the support 6 covers the frequency band from 4GHz to 10GHz.
  • hybrid cavity antenna favors an absence of ripple radiation patterns over the entire frequency band considered.
  • Variations of this embodiment can be envisaged, for example by adding a resistance gradient or a multilayer structuring of the resistive gate 12.
  • resistive gate having a progressive variation in resistance and decreasing between a high resistance value at the periphery and a lower value at its center.
  • FIG. 9 schematically illustrates, in cross-section, a multilayer structuring of a resistive gate according to a third embodiment of a wire antenna according to the invention.
  • the antenna 2 "of FIG. 9 comprises a radiating element 4 placed on a planar support 6, itself arranged on a first spacer substrate 8.
  • first resistive gate 12A Between the first spacer substrate 8 and the reflector plane 10 are stacked a first resistive gate 12A, a second spacer substrate 8 'and a second resistive gate 12B.
  • the first resistive gate 12A comprises a set 68 of empty patterns, for example a central crown, placed opposite a zone 70 without resistance (zone empty) of the second resistive gate 12B.
  • the second resistive gate 12B comprises a set 72 of empty patterns, arranged for example in a peripheral ring, facing a zone without resistance (empty area) of the first gate 12A.
  • the antenna comprises a resistive gate between the reflective plane 10 and the spacer substrate 8 or 8 ', but the resistive gate does not have a solid resistive peripheral zone.
  • the resistive grids are made by conventional screen printing or any other equivalent method, for example 3D printing or aerosol printing.
  • each resistive gate is deposited either directly on the reflector plane 10, or on the lower face 16 of the spacer substrate 8, or on a dielectric, magnetic or magneto-dielectric substrate placed on the reflector plane 10.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne une antenne filaire (2) adaptée à fonctionner dans au moins une bande de fréquences, comportant une pluralité de couches superposées, comportant au moins un élément rayonnant (4) placé sur une couche de support (6), ladite couche de support (6) étant placée sur un substrat espaceur (8) placé sur un plan réflecteur (10), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une grille résistive (12) de surface résistive (14) de résistance prédéterminée, comportant au moins un ensemble de motifs vides (18) répétitifs non-jointifs, ladite grille (12) étant placée entre le substrat espaceur (8) et le plan réflecteur (10).

Description

Antenne filaire large bande
La présente invention concerne une antenne filaire apte à fonctionner dans au moins une bande de fréquence prédéterminée, comportant une pluralité de couches superposées.
L’invention trouve des applications notamment dans le domaine des systèmes d’écoute électromagnétique.
Dans un système d’écoute électromagnétique, par exemple aéroporté ou naval, les antennes, qui sont utilisées soit unitairement soit en réseau goniométrique, doivent fonctionner dans une très large bande de fréquences et dans une polarisation circulaire, linéaire ou double linéaire, correspondant respectivement aux plages d’intérêt des signaux électromagnétiques en fréquence et en polarisation.
Ces antennes doivent présenter un encombrement le plus réduit possible et, en particulier, une épaisseur faible, notamment pour être plus aisément intégrées sur des porteurs. Elles doivent également présenter des performances de rayonnement (gain, qualité des diagrammes de rayonnement, etc.) reproductibles d’une antenne à l’autre, en particulier pour des applications en réseau ou pour en permettre le remplacement lors d’une opération de maintenance.
Dans ce contexte, il est connu d’utiliser des antennes filaires. Dans une telle antenne, l’élément rayonnant est constitué d’un fil métallique qui est conformé pour décrire, dans une surface dite de rayonnement, un motif du type en spirale ou du type log- périodique.
Dans une antenne du type en spirale, le fil métallique est enroulé sur lui-même de manière à former, en vue de dessus, une spirale. Cette spirale peut par exemple être une spirale d’Archimède, une spirale logarithmique, ou autre.
Dans une antenne du type log-périodique, le fil métallique est conformé de manière à comporter, en vue de dessus, plusieurs brins. Chaque brin est inscrit dans un secteur angulaire, s’étend radialement et présente des indentations. La longueur de chaque dent et l’écartement entre deux dents successives d’un brin suivent une progression logarithmique.
En pratique, en technologie planaire, le fil métallique qui est l’élément rayonnant est réalisé par gravure d’une couche métallique fine, par exemple une couche de cuivre d’épaisseur comprise entre 2 et 20 pm (micromètres), déposée sur une couche de support de faible épaisseur et isolante (diélectrique).
On connaît dans l’état de la technique de premières antennes filaires à cavité absorbante, dans lesquelles l’élément rayonnant, gravé sur une surface de rayonnement plane ou conformée, est situé au-dessus d’une cavité absorbante délimitée par des parois métalliques, et remplie d’un matériau absorbant les ondes électromagnétiques. L’élément rayonnant est propre à émettre une onde qui se propage vers l’avant de la surface de rayonnement (à l’écart de la cavité absorbante) et une onde qui se propage vers l’arrière de la surface de rayonnement (vers la cavité absorbante). Cette dernière est absorbée par la cavité absorbante.
Une telle antenne présente un encombrement important à cause des dimensions de la cavité absorbante. Elle présente également un rendement faible puisque la moitié de la puissance émise par l’élément rayonnant est absorbée dans la cavité absorbante. Enfin, la reproductibilité des performances radioélectriques d’une telle antenne est difficile à obtenir, à cause d’un manque de maîtrise des caractéristiques électromagnétiques du matériau absorbant remplissant la cavité.
Dans une deuxième antenne filaire selon l’état de la technique, les éléments rayonnants sont placés sur une structure électromagnétique chargée à bande interdite, appelée LEBG (pour Loaded Electromagnetic Band Gap), sur un plan de masse inférieur. Dans une telle antenne, une surface composée de motifs métalliques périodiques reliés par des résistances est placée dans la cavité de l’antenne. Dans cette antenne, l’onde émise vers l’arrière par l’élément rayonnant est absorbée dans une couche peu épaisse constituée d’un plan réflecteur métallique surmonté de métal et du matériau LEBG chargé par des résistances.
Cette solution permet d’obtenir des antennes large bande de faible épaisseur, et ayant une stabilité de rayonnement améliorée. Cependant, à cause de l’absorption des ondes de surface, les performances de rayonnement sont similaires à celles des antennes sur cavité absorbante.
Dans une troisième antenne filaire de l’art antérieur, l’élément rayonnant est gravé sur une surface à haute impédance (SHI), reposant sur des motifs métalliques périodiques espacés, placés dans la cavité de l’antenne et reliés au plan de masse par des liaisons métallisées, également appelées vias. La bande d’efficacité d’une telle antenne dans laquelle les interférences entre onde incidente et onde réfléchie sont constructives correspond sensiblement à une octave. Par conséquent, ce type d’antenne est limité à des bandes étroites de fonctionnement, et ne permet pas de couvrir simultanément une bande de fréquences multi-octaves.
Dans une quatrième antenne filaire de l’art antérieur, décrite dans la demande de brevet FR3017493, il a été proposé d’intercaler, entre l’élément rayonnant à large bande de fréquences et la couche de substrat espaceur, une ou plusieurs couches à ensembles de motifs résistifs périodiques, soit avec un seul ensemble de motifs résistifs, soit plusieurs ensembles de motifs résistifs imbriqués. Dans la demande de brevet FR3052600 une telle couche comporte des motifs résistifs ayant des valeurs de résistance variant progressivement entre un point central d’antenne et un bord extérieur de l’antenne. Les motifs résistifs sont placés en champ proche de l’élément rayonnant de l’antenne. Les antennes obtenues sont compactes et permettent d’obtenir un grand gain sur une large bande de fréquences, sans ondulation importante des diagrammes de rayonnement.
Cependant, ces antennes présentent des ondes de surface (ou ondes rampantes) qui se propagent au niveau du plan de masse inférieur de la cavité d’antenne, et au-delà sur le support métallique sur lequel l’antenne est montée. Ces ondes de surface associées à des effets de bord de structure, se combinent avec le champ électrique principal rayonné par l’antenne et ont pour conséquence une dégradation de la qualité du diagramme de rayonnement. En effet, des effets ondulatoires, d’autant plus importants que la fréquence est élevée, apparaissent dans le lobe principal du diagramme de rayonnement. Ainsi, le gain d’antenne est dégradé, ainsi que l’ouverture angulaire à mi- puissance pour le lobe principal de rayonnement.
Lorsque les antennes sont utilisées dans un réseau goniométrique on observe une dégradation de la précision de détermination de l’angle d’arrivée et une augmentation du couplage mutuel entre antennes.
L’invention a pour but de corriger les problèmes précités, en proposant une antenne filaire compacte et apte à fonctionner dans une large bande de fréquences pour laquelle les effets des ondes de surface sont maîtrisés afin de supprimer les défauts mentionnés ci-dessus.
A cet effet, l’invention propose une antenne filaire adaptée à fonctionner dans au moins une bande de fréquences, comportant une pluralité de couches superposées, comportant au moins un élément rayonnant placé sur une couche de support, ladite couche de support étant placée sur un substrat espaceur placé sur un plan réflecteur. Cette antenne comporte au moins une grille résistive de surface résistive de résistance prédéterminée, comportant au moins un ensemble de motifs vides répétitifs non-jointifs, ladite grille résistive étant placée entre le substrat espaceur et le plan réflecteur.
Avantageusement, l’antenne filaire selon l’invention, grâce à la présence d’une grille résistive à motifs vides qui permet de piéger et/ou d’atténuer les ondes de surface, présente un gain augmenté.
Avantageusement, l’antenne filaire selon l’invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou en combinaison, selon toutes combinaisons techniquement acceptables. L’antenne comporte une zone périphérique résistive entourant le ou les ensembles de motifs vides.
Tous les motifs vides d’au moins un ensemble de ladite grille ont une même forme géométrique et sont régulièrement espacés.
L’antenne comporte un axe central orthogonal aux couches superposées, ladite grille résistive comportant au moins deux ensembles concentriques de motifs vides, chaque ensemble comprenant des motifs vides de forme carrée et de même taille, la taille des motifs vides étant différente entre deux ensembles concentriques différents, la taille des motifs vides d’un dit ensemble étant croissante en fonction de l’éloignement dudit ensemble par rapport audit axe central de l’antenne.
Chaque ensemble de motifs vides carrés de même taille correspond à une sous- bande de fréquences d’opération de l’antenne ayant une fréquence centrale associée et une longueur d’onde associée, et les motifs sont carrés de côté inférieur ou égal à ladite longueur d’onde.
La grille résistive forme une première couche résistive, l’antenne comportant en outre une deuxième couche résistive placée entre la couche de support de l’élément rayonnant et le substrat espaceur, ladite deuxième couche résistive comportant au moins un ensemble de motifs résistifs de même valeur de résistance occupant une zone partielle de ladite deuxième couche résistive, et le ou chaque ensemble de motifs vides de la première couche résistive est placé en regard d’une zone dépourvue de motifs résistifs de ladite deuxième couche résistive.
L’antenne comporte une première grille résistive comportant un premier ensemble de motifs vides intercalée entre un premier substrat espaceur et un deuxième substrat espaceur, et une deuxième grille résistive, comportant au moins un deuxième ensemble de motifs vides, intercalée entre le deuxième substrat espaceur et le plan réflecteur le premier ensemble de motifs vides étant placé en regard d’une zone sans résistance de la deuxième grille résistive, le deuxième ensemble de motifs vides étant placé en regard d’une zone sans résistance de la première grille résistive.
La ou chaque grille résistive comporte une surface résistive réalisée par dépôt d’une encre résistive dans laquelle sont formés lesdits motifs vides par évidement.
La ou chaque grille résistive est réalisée par sérigraphie ou par impression 3D.
L’élément rayonnant est filaire, enroulé selon un enroulement spiral, log- périodique ou sinueux.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d’une antenne filaire selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 est une représentation en perspective d’une antenne filaire selon le premier mode de réalisation ;
- la figure 3 est une représentation en perspective éclatée d’une antenne filaire selon le premier mode de réalisation ;
- la figure 4 est une vue de dessus d’une grille résistive selon une première variante de réalisation ;
- la figure 5 est une vue de dessus d’une grille résistive selon une deuxième variante de réalisation ;
- la figure 6 est vue en coupe transversale d’une antenne filaire selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 7 est une représentation en perspective d’une antenne filaire selon le deuxième mode de réalisation ;
- la figure 8 est une représentation schématisée en vue de dessus de l’antenne filaire de la figure 7 ;
- la figure 9 est une vue en coupe transversale d’une antenne filaire selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Les figures 1 à 3 représentent schématiquement une antenne filaire 2 selon un premier mode de réalisation de l’invention, en coupe transversale, en vue en perspective et en vue en perspective éclatée.
Dans ce mode de réalisation l’antenne filaire 2 est une antenne à large bande de fréquence, par exemple, apte à fonctionner dans un intervalle de fréquence de 1 GHz (GigaHertz) à 20 GHz.
Dans ce mode de réalisation, l’antenne filaire 2 a la forme d’un disque de circonférence circulaire, de centre O et est composée de plusieurs couches concentriques empilées en épaisseur selon un axe A. L’axe A est un axe central orthogonal au plan de rayonnement de l’antenne.
A titre d’exemple numérique non limitatif, l’antenne 2 a un diamètre extérieur de
45mm.
En variante, l’antenne présente une autre forme géométrique régulière, par exemple elliptique ou rectangulaire, présentant également un axe central de symétrie analogue. Un élément rayonnant 4, disposé dans une surface plane S, également appelée surface de rayonnement, est positionné sur une couche de support planaire 6, elle-même disposée au-dessus d’un substrat espaceur 8.
La couche de support 6 est par exemple formée par un premier substrat diélectrique, par exemple de type céramique renforcée par des fibres de verre, ayant une première épaisseur h1 , par exemple comprise entre 0,128 mm et 1 ,524 mm, par exemple égale à 0,254mm.
Bien entendu ces dimensions sont données ici à titre d’exemple uniquement, et d’autres ajustements d’épaisseur peuvent être calculés, en fonction de la permittivité des matériaux, pour un fonctionnement dans une bande de fréquence donnée.
Le substrat espaceur 8 est disposé au-dessus d’un plan réflecteur ou plan de masse 10.
Le plan réflecteur 10 est de préférence métallique, et est situé à une distance hO au-dessous de la surface de rayonnement S. Il a pour fonction de réfléchir toute onde incidente quelle que soit sa fréquence dans un intervalle de fréquence donné.
Le substrat espaceur 8 présente la forme générale extérieure d’un disque d’axe A et de deuxième épaisseur h2 sensiblement constante. Ce substrat espaceur est un deuxième substrat diélectrique de permittivité relative donnée. Par exemple, il est constitué d’un matériau diélectrique de faible permittivité relative (e.g. mousse non chargée) ou d’un matériau diélectrique de type Duroid (marque déposée) ou d’un matériau composite possiblement multicouches.
Dans un mode de réalisation, adapté notamment pour le fonctionnement de l’antenne dans les bandes de fréquence L à Ku, la deuxième épaisseur h2 du substrat espaceur 8 est supérieure à la première épaisseur h1 de la couche de support 6. Par exemple, l’épaisseur du substrat espaceur 8 est comprise entre 4 mm et 8 mm, par exemple égale à 6 mm.
Bien entendu ces dimensions sont données ici à titre d’exemple uniquement, dans un cas d’application permettant de générer des interférences constructives entre l’élément rayonnant 4 et le plan réflecteur 10 en bandes L et Ku, compte tenu des matériaux choisis et de la première épaisseur h1.
En variante, le substrat espaceur 8 est en matériau magnéto-diélectrique ou magnétique pur.
Dans un mode de réalisation alternatif, le substrat espaceur 8 est formé en un matériau diélectrique progressif ou percé, évidé en son centre, de manière à réaliser une permittivité relative croissante du centre vers le bord extérieur. Entre la plan réflecteur 10 et le substrat espaceur 8 est disposée une grille résistive 12, comportant une surface résistive 14 de valeur de résistivité prédéterminée et au moins un ensemble d’évidements (ou trous) répétitifsl 8 non jointifs de manière à former ladite grille. Les évidements 18 sont des zones dépourvues de résistivité, appelés ci-après motifs vides.
Dans un mode de réalisation, les évidements 18 sont réalisés par absence de dépôt de matière résistive.
La grille résistive 12 est, selon une première variante de réalisation, disposée sur une face 16 du substrat espaceur 8, ou face inférieure, orientée vers le plan réflecteur 10.
Selon une deuxième variante de réalisation, la grille résistive 12 est disposée sur une face 20 du plan réflecteur 10, dite face supérieure et orientée vers l’élément rayonnant 4.
Selon une troisième variante non représentée, la grille résistive est posée sur un troisième substrat diélectrique, magnétique ou magnéto-diélectrique intercalé entre la face 6 de l'espaceur 8 et la face 20 du plan réflecteur 10.
Ainsi, la grille résistive 12 est disposée dans une zone dite fond de cavité, entre le substrat espaceur 8 et le plan réflecteur 10.
De préférence, la grille résistive 12 est réalisée à partir d’un film résistif, les motifs vides 18 sont par exemple réalisés par évidement du film résistif. En variante, la grille résistive est réalisée par dépôt d’une encre résistive selon un patron, de manière à former les motifs vides souhaités par absence de dépôt d’encre résistive.
Par exemple, la grille résistive 12 est réalisée par procédé sérigraphique classique ou tout autre procédé équivalent, par exemple impression 3D ou impression aérosol.
La grille résistive 12 a une troisième épaisseur h3, pouvant varier entre quelques micromètres et quelques dizaines de micromètres suivant la valeur de résistance recherchée et suivant les caractéristiques intrinsèques de l’encre résistive utilisée.
L’élément rayonnant 4 comporte dans ce premier mode de réalisation des premier et second fils métalliques 22 et 24 qui sont respectivement conformés selon un motif du type en spirale ou de type log-périodique sinueuse par exemple. Plus particulièrement, le motif forme une spirale d’Archimède dans le premier mode de réalisation, tel qu’illustré dans les figures 1 à 3.
Chaque fil, 22, 24, est enroulé autour du point origine O, qui correspond à l’intersection de l’axe A et de la surface de rayonnement S.
L’élément rayonnant 4 est par exemple réalisé par une opération de gravure, directement sur la face supérieure 19 de la couche de support 6. En variante, l’élément rayonnant est un élément à simple polarisation ou à double polarisation du type sinueuse de DuHamel.
Selon une autre variante, l’élément rayonnant est hybride.
Un dispositif d’alimentation (non représenté) de l’élément rayonnant 4 est positionné au-dessous du plan réflecteur 10, qui est relié électriquement à la masse. Le plan réflecteur 10 et les couches 12, 8, 6 positionnées au-dessus sont percés d’un passage évidé 28, le long de l’axe A, pour le passage de fil(s) conducteur(s) permettant d’alimenter électriquement l’élément rayonnant 4.
En fonctionnement, une zone active de l’élément rayonnant 4 émet une première onde directe se propageant vers l’avant, c’est-à-dire à l’opposé du substrat espaceur 8, et une deuxième onde se propageant vers l’arrière, c’est-à-dire en direction du substrat espaceur 8.
La deuxième onde traverse le substrat espaceur 8 et la grille résistive 12, est réfléchie par le plan réflecteur 10, puis traverse à nouveau la grille résistive 12 et le substrat espaceur 8.
La grille résistive 12 comprend des motifs vides 18 réguliers disposés dans ce mode de réalisation sur des anneaux concentriques de centre O’, et une zone centrale non-résistive 30, comportant le passage évidé 28.
La couche résistive 12 comprend une zone périphérique 32, annulaire dans ce premier mode de réalisation, qui ne comporte pas de motifs vides, en d’autres termes il s’agit d’une zone résistive pleine, pour une meilleure efficacité d’absorption des ondes de surface dans cette zone.
La zone périphérique est située à proximité du bord externe de l’antenne, par exemple entre le bord externe de l’antenne et la grille résistive.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 3, les motifs vides 18 sont répartis sur des anneaux concentriques et formant, par anneau, des ensembles de motifs vides de même taille et forme géométrique, distribués régulièrement sur l’anneau. De plus sur l'ensemble des anneaux, les motifs vides sont alignés radialement, et correspondant à une même largeur angulaire.
Selon une variante de ce premier mode de réalisation, la grille résistive 12 comporte des motifs vides 34, 36 de forme carrée comme illustré à la figure 4.
Selon cette variante, la grille résistive 12 comporte une surface résistive 15, et deux ensembles de motifs vides, un premier ensemble 33 de premiers motifs de forme carrée 34 et un deuxième ensemble 35 de deuxièmes motifs de forme carrée 36. Dans chaque ensemble, les motifs sont disposés selon un canevas orthogonal, à espacement régulier entre deux motifs successifs. Par exemple, la surface résistive présente une résistivité de 1000 W par carré.
Le premier ensemble 33 de motifs vides forme une première zone externe, proche du bord externe de la grille 12, et le deuxième ensemble 35 de motifs vides forme une deuxième zone interne de forme carrée.
Au centre de la grille est située la zone circulaire 30, qui, dans un mode de réalisation correspond au passage évidé 28. Selon une variante, la zone circulaire 30 a un diamètre supérieur au diamètre du passage central évidé 28. La zone circulaire 30 correspond à une surface évidée (non résistive).
Les premiers motifs carrés 34 sont de surface supérieure à la surface des deuxièmes motifs carrés 36. Par exemple, les premiers motifs 34 sont carrés de 6,4 mm de côté, et sont positionnés dans une zone active pour l’antenne allant, environ, de 2 GHz à 4 GHz, et les deuxièmes motifs 36 sont carrés de 3,2 mm de côté et sont positionnés dans une zone active pour l’antenne allant, environ, de 4 GHz à 18 GHz.
De manière plus générale, de préférence, pour chaque ensemble de motifs vides de même forme géométrique, correspondant à une sous-bande de fréquences d’opération de l’antenne, les motifs vides sont périodisés et de dimensions (côtés des carrés) inférieures à la longueur d’onde associée à la fréquence centrale de la sous-bande considérée rayonnée par l’antenne.
Avantageusement, dans ce mode de réalisation, les performances radioélectriques de l’antenne sont améliorées dans une plage de fréquence allant de 2 GHz à 18 GHz. En particulier, le lobe principal du diagramme d’antenne est formé sur toute la bande de fréquences considérée. Les ondulations de diagrammes ne sont pas présentes en polarisation verticale et peu importantes en polarisation horizontale.
Selon une autre variante illustrée schématiquement à la figure 5, la grille résistive 12 comporte des motifs vides annulaires 42 intercalés entre des anneaux résistifs 44. Il s’agit d’une topologie en anneaux concentriques, les motifs vides annulaires 42 étant en alternance régulière avec les anneaux résistifs 44. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté pour un élément rayonnant en spirale.
De préférence, les hauteurs h1 et h2 des matériaux constitutifs de l’antenne sont choisies pour avoir des interférences constructives entre l’élément rayonnant de type spirale et le plan réflecteur (plan de masse inférieur de l’antenne) dans la bande de fréquences d’intérêt.
La forme, la taille et le schéma de répétition spatiale ou topologie des motifs vides sont variables et définis, pour chaque mode de réalisation, à l’aide d’un logiciel de simulation électromagnétique 3D ou simulateur électromagnétique. En effet, un prédimensionnement analytique des motifs résistifs est particulièrement complexe. D’une manière générale, étant donné un intervalle de fréquences à couvrir et/ou un gain d’antenne souhaité, on choisit une valeur de résistivité de la grille résistive, une forme géométrique par motif vide et une topologie de répétition des motifs, et on calcule, à l’aide d’un logiciel de simulation électromagnétique 3D, la taille des motifs et l’espacement des motifs.
De tels logiciels de simulation sont connus, par exemple des logiciels réalisant la résolution des équations de Maxwell sous la forme intégrale, par la méthode des intégrales finies.
La taille et la topologie des motifs vides sont sélectionnées pour améliorer la stabilité du diagramme de rayonnement et favoriser l’absence d’ondulation, ce qui traduit un piégeage efficace des ondes de surface.
Par exemple, ces choix se font par mise en oeuvre de plusieurs simulations et comparaison des résultats pour sélectionner la taille, la forme et l'espacement des motifs vides les mieux adaptés pour une application visée.
Les figures 6 à 8 illustrent schématiquement une antenne filaire 2’ selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l’antenne 2’ comprend en outre une deuxième couche résistive 48, entre le support 6 et le substrat espaceur 8, comportant un ensemble 50 de motifs résistifs 52, chaque motif résistif 52 ayant une surface résistive de résistance donnée. Chaque motif résistif est réalisé par exemple par dépôt d’une encre résistive, et les espaces entre motifs résistifs sont vides.
Dans ce mode de réalisation, la première grille résistive 12 comporte deux sous- grilles résistives 54, 56 partielles, formée chacune d’une surface résistive comportant des évidements qui forment des motifs vides 62, 64 et 66.
Avantageusement, comme illustré dans les figures 6 à 8, l’ensemble 50 de la deuxième couche résistive 48 est placé au-dessus d’une zone de séparation 60 entre la première sous-grille résistive 54 et la deuxième sous-grille résistive 56, cette zone de séparation 60 étant une zone vide, dépourvue couche résistive, au-dessus du plan réflecteur 10.
En d’autres termes, l’ensemble 50 de motifs résistifs 52 est placé en regard, c’est- à-dire au droit au-dessus, de la zone de séparation 60 non-résistive, de manière à être en interaction électromagnétique avec le plan réflecteur. De même, chaque sous-grille résistive 54, 56 comporte au moins un ensemble de motifs vides placés en regard d’une zone dépourvue de motifs résistifs 52 de la couche résistive 48, donc une zone « vide », sans résistance. Comme illustré schématiquement à la figure 8, en vue de dessus, l’ensemble 50 de motifs résistifs de la couche résistive 48 forme une zone spatialement imbriquée entre la première sous-grille 54 et la deuxième sous-grille 56. Il n’y a pas de superposition spatiale, en vue de dessus, entre la zone formée par l’ensemble 50 et la première sous- grille 54 et la deuxième sous-grille 56.
Dans l’exemple illustré, la première sous-grille 54 comporte des motifs vides carrés 62 alignés dans une couronne carrée. La première sous-grille 54 comporte une zone 30 centrée sur l’axe A, sans résistance, comme dans le premier mode de réalisation.
Dans le mode de réalisation illustré, les motifs résistifs 52 de la couche résistive 48 sont de forme carrée de même dimension que les motifs vides 62 de la première sous- grille 54.
La deuxième sous-grille 56 comporte une zone périphérique 32 résistive sans évidement , et deux ensembles de motifs carrés vides 64 et 66 de tailles différentes.
Par exemple, chaque sous-grille résistive a une résistivité de 1000 W par carré. Les deux sous-grilles résistives 54, 56 couvrent respectivement les bandes de fréquences de 2GHz à 4GHz, et de 10GHz à 18GHz. L’ensemble 50 de motifs résistifs 52 placé entre le substrat espaceur 8 et le support 6 couvre la bande de fréquences de 4GHz à 10GHz.
L’antenne définie selon ce deuxième mode de réalisation, appelée antenne à cavité hybride, favorise une absence d’ondulation de diagrammes de rayonnement sur toute la bande de fréquences considérée.
Des variantes de ce mode de réalisation sont envisageables, par exemple par ajout d’un gradient de résistance ou une structuration en multicouches de la grille résistive 12.
Par exemple, il est envisageable de réaliser une grille résistive ayant une variation progressive de résistance et décroissante entre une valeur de résistance élevée en périphérie et une valeur plus faible en son centre.
La figure 9 illustre schématiquement, en coupe transversale, une structuration en multicouches d’une grille résistive selon un troisième mode de réalisation d’une antenne filaire selon l’invention.
L’antenne 2” de la figure 9 comprend un élément rayonnant 4 posé sur un support planaire 6, lui-même disposé sur un premier substrat espaceur 8.
Entre le premier substrat espaceur 8 et le plan réflecteur 10 sont empilés une première grille résistive 12A, un deuxième substrat espaceur 8’ et une deuxième grille résistive 12B.
La première grille résistive 12A comporte un ensemble 68 de motifs vides, par exemple une couronne centrale, placé en regard d’une zone 70 sans résistance (zone vide) de la deuxième grille résistive 12B. La deuxième grille résistive 12B comporte un ensemble 72 de motifs vides, disposé par exemple selon une couronne périphérique, en regard d’une zone sans résistance (zone vide) de la première grille 12A.
Selon un autre mode de réalisation non illustré, l’antenne comporte une grille résistive entre le plan réflecteur 10 et le substrat espaceur 8 ou 8’, mais la grille résistive ne comporte pas de zone périphérique résistive pleine.
Pour tous les modes de réalisation envisagés, la ou les grilles résistives sont réalisées par procédé sérigraphique classique ou tout autre procédé équivalent, par exemple impression 3D ou impression aérosol.
La ou chaque grille résistive est déposée soit directement sur le plan réflecteur 10, soit sur la face inférieure 16 du substrat espaceur 8, soit sur un substrat diélectrique, magnétique ou magnéto-diélectrique placé sur le plan réflecteur 10.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Antenne filaire (2, 2’, 2”) adaptée à fonctionner dans au moins une bande de fréquences, comportant une pluralité de couches superposées, comportant au moins un élément rayonnant (4) placé sur une couche de support (6), ladite couche de support étant placée sur un substrat espaceur (8, 8’) placé sur un plan réflecteur (10), caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une grille résistive (12,12A, 12B) de surface résistive (14) de résistance prédéterminée, comportant au moins un ensemble de motifs vides (18, 34, 36, 42, 62, 64, 66) répétitifs non-jointifs, ladite grille résistive (12, 12A, 12B) étant placée entre le substrat espaceur (8, 8’) et le plan réflecteur (10).
2.- Antenne selon la revendication 1 , comportant une zone périphérique résistive (32) entourant le ou les ensembles de motifs vides.
3.- Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle tous les motifs vides (34, 36) d’au moins un ensemble (33, 35) de ladite grille ont une même forme géométrique et sont régulièrement espacés.
4.- Antenne selon la revendication 3, ladite antenne comportant un axe central (A) orthogonal aux couches superposées, ladite grille résistive comportant au moins deux ensembles concentriques (33, 35) de motifs vides (34, 36), chaque ensemble comprenant des motifs vides de forme carrée et de même taille, la taille des motifs vides étant différente entre deux ensembles concentriques différents, la taille des motifs vides d’un dit ensemble étant croissante en fonction de l’éloignement dudit ensemble par rapport audit axe central (A) de l’antenne.
5.- Antenne selon la revendication 4, dans laquelle chaque ensemble de motifs vides carrés de même taille correspond à une sous-bande de fréquences d’opération de l’antenne ayant une fréquence centrale associée et une longueur d’onde associée, et dans laquelle lesdits motifs sont carrés de côté inférieur ou égal à ladite longueur d’onde.
6.- Antenne selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle ladite grille résistive (12) forme une première couche résistive, l’antenne comportant en outre une deuxième couche résistive(48) placée entre la couche de support (6) de l’élément rayonnant (4) et le substrat espaceur (8), ladite deuxième couche résistive (48) comportant au moins un ensemble (50) de motifs résistifs (52) de même valeur de résistance occupant une zone partielle de ladite deuxième couche résistive (48), et dans laquelle le ou chaque ensemble (54, 56) de motifs vides (62, 64, 66) de la première couche résistive (12) est placé en regard d’une zone dépourvue de motifs résistifs de ladite deuxième couche résistive (48).
7.- Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une première grille résistive (12A) comportant un premier ensemble (68) de motifs vides intercalée entre un premier substrat espaceur (8) et un deuxième substrat espaceur (8’), et une deuxième grille résistive (12B), comportant au moins un deuxième ensemble (72) de motifs vides, intercalée entre le deuxième substrat espaceur (8’) et le plan réflecteur (10), le premier ensemble (68) de motifs vides étant placé en regard d’une zone (70) sans résistance de la deuxième grille résistive (12B), le deuxième ensemble (72) de motifs vides étant placé en regard d’une zone sans résistance de la première grille résistive (12A).
8.- Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la ou chaque grille résistive (12, 12A, 12B) comporte une surface résistive réalisée par dépôt d’une encre résistive dans laquelle sont formés lesdits motifs vides par évidement.
9.- Antenne selon la revendication 8, dans laquelle la ou chaque grille résistive est réalisée par sérigraphie ou par impression 3D.
10.- Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit élément rayonnant (4) est filaire, enroulé selon un enroulement spiral, log- périodique ou sinueux.
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