EP3850707B1

EP3850707B1 - Antenne en segment de spirale

Info

Publication number: EP3850707B1
Application number: EP19765248.0A
Authority: EP
Inventors: Cédric MARTEL; Jérôme MASSIOT; Olivier Pascal; Nathalie RAVEU
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2022-10-26
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: WO2020053090A1; IL281268A; CN112771723A; US20220045430A1; FR3086107B1; US11616304B2; CN112771723B; IL281268B2; EP3850707A1; IL281268B1; FR3086107A1

Description

La présente invention concerne une antenne à un ou plusieurs segment(s) de spirale(s) pour émettre un rayonnement, notamment un rayonnement radiofréquence (RF) dont la fréquence peut être comprise entre 300 MHz (mégahertz) et 30 GHz (gigahertz). Elle peut concerner en particulier une antenne de type «ultra-large bande», ou UWB pour «Ultra-Wide Band» en anglais. De façon connue, une antenne UWB émet un rayonnement de fréquence déterminée principalement à partir d'une zone restreinte de cette antenne, qui est appelée zone radiative pour la fréquence considérée. Cette zone radiative varie en fonction de la fréquence du rayonnement émis, et donc en fonction de la fréquence de chaque composante spectrale du signal d'alimentation de l'antenne.
Plus précisément, une antenne telle que considérée dans la présente description comprend au moins un trajet de guidage d'une onde électromagnétique progressive, à partir d'une entrée d'alimentation électrique à laquelle est appliqué le signal d'alimentation. Les zones radiatives qui sont associées à des valeurs différentes de la fréquence du rayonnement émis sont réparties le long du trajet de guidage de l'onde progressive, en fonction de la forme de ce trajet. Dans toute la suite, on désignera par «rayonnement» la radiation électromagnétique qui est émise par l'antenne et qui se propage librement dans l'espace à l'extérieur de l'antenne, dans un but de transmission de signal à grande distance. Par opposition, on désignera par «onde progressive» l'onde électromagnétique qui se propage le long du trajet de guidage de l'antenne, en étant confinée dans ce trajet. On appellera alors «longueur d'onde effective» de cette onde progressive, sa période spatiale le long du trajet de guidage, compte tenu de la constitution de l'antenne, des paramètres électriques et diélectriques des matériaux qui la constituent, et de la présence éventuelle d'une plaque métallique de réflexion qui est destinée à limiter le champ d'émission de l'antenne à un demi-espace, d'angle solide 2π stéradians. De façon connue, pour une antenne dont le trajet de guidage est en forme de spirale à partir d'une entrée du signal d'alimentation située au centre de cette spirale, la zone radiative qui correspond à la valeur de fréquence f est approximativement superposée au cercle qui est concentrique avec la spirale et dont la longueur de circonférence est multiple de la longueur d'onde effective de l'onde progressive.
Toutefois, lorsque l'onde progressive atteint l'extrémité externe du trajet de guidage en spirale, elle est au moins partiellement réfléchie et l'onde progressive de retour produit de nouveau une émission de rayonnement. Cette émission supplémentaire retardée brouille alors en partie le rayonnement principal qui est émis simultanément à partir de l'onde progressive qui se propage de l'entrée d'alimentation vers l'extrémité du trajet de guidage. Pour éviter ce brouillage, il a été proposé de disposer un matériau absorbant à l'extrémité externe du trajet de guidage en spirale, pour absorber l'onde progressive et réduire ainsi l'amplitude de sa réflexion. Mais il en résulte une réduction de l'efficacité d'émission de l'antenne, qui affecte notamment les valeurs de fréquence dont les zones radiatives sont situées en périphérie de la spirale. Ces valeurs de fréquence sont situées au début de la bande de transmission de l'antenne, du côté de sa limite inférieure en termes de fréquence.
Par exemple, l'article de Gregor Lasser et al., intitulé «A Spiral Antenna for Amplitude-Only Direction Finding», 2017 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, IEEE, 9 juillet 2017, pp. 927-928, décrit une antenne-fente en forme de deux segments de spirales. Cette antenne-fente est pouvue de résistances pour relier l'un à l'autre les deux bords de chaque fente à proximité de la périphérie de l'antenne. Ces résistances sont situées en amont du raccordement de chaque segment de spirale à une boucle périphérique de l'antenne par rapport à un sens de propagation d'onde progressive le long de chaque segment de spirale lors d'un fonctionnement de l'antenne en émission.
Par ailleurs, l'article intitulé «Self Matched Spiral Printed Antenna with Unidirectional Pattern», de J. Massiot et al., 7th European Conférence on Antennas and Propagation (EuCAP), 2013, IEEE, pp. 1237-1240, propose de réduire la réflexion de l'onde progressive sur l'extrémité externe de chaque partie du trajet de guidage en forme de spirale en disposant une résistance électrique qui relie entre elles les deux dernières spires de cette partie de trajet en spirale. Cette résistance électrique est placée à une distance de l'extrémité externe de la partie de trajet en spirale qui est égale à un quart d'une valeur de longueur d'onde effective de l'onde progressive, pour une valeur de fréquence dans la bande de transmission de l'antenne. Cette solution n'est toutefois pas optimale, et n'est pas satisfaisante pour certaines applications qui requièrent une bonne efficacité d'émission de l'antenne jusqu'au début de sa bande de transmission, c'est-à-dire pour des valeurs de fréquence qui sont proches de la limite inférieure de la bande de transmission de l'antenne, exprimée en termes de fréquence.
A partir de cette situation, un but de la présente invention consiste à améliorer une antenne spirale du type qui vient d'être décrit, pour augmenter son efficacité d'émission en début de bande de transmission.
Pour atteindre ce but ou d'autres, l'invention propose une nouvelle antenne pour émettre un rayonnement à partir d'au moins une onde électromagnétique progressive qui se propage le long d'un trajet de guidage qui est déterminé par une structure de l'antenne, ce trajet de guidage formant une ligne de transmission dédiée à l'onde progressive et ayant au moins une partie de trajet en forme de segment de spirale jusqu'à une extrémité terminale de ce segment de spirale. Autrement dit, l'antenne de l'invention peut être du type ultra-large bande.
Selon l'invention, le trajet de guidage comprend en outre une boucle continue qui entoure chaque segment de spirale, et l'extrémité terminale de chaque segment de spirale est raccordée à la boucle en un point de raccordement de ce segment de spirale. Ainsi, un signal électrique qui est transmis à une entrée d'alimentation de l'antenne produit une onde progressive qui se propage le long de chaque segment de spirale, puis qui est transmise à la boucle au niveau du point de raccordement de ce segment de spirale. La partie de l'onde progressive qui est transmise à la boucle à chaque point de raccordement participe alors à produire du rayonnement. Autrement dit, la boucle constitue au moins une partie d'une zone radiative de l'antenne. En outre, cette zone radiative correspond à des valeurs de fréquence qui sont proches de la limite inférieure de la bande de transmission de l'antenne, exprimée en termes de fréquence. Les performances de l'antenne en début de bande de transmission sont ainsi améliorées.
Selon des caractéristiques de l'invention, destinées à réduire encore plus la partie de l'onde progressive qui est réfléchie à chaque point de raccordement :

l'antenne comprend en outre pour chaque segment de spirale, une structure de pontage qui est agencée pour connecter, vis-à-vis de la transmission de l'onde progressive et en plus du point de raccordement, ce segment de spirale à la boucle en amont du point de raccordement par rapport au sens de propagation de l'onde progressive le long du segment en spirale ; et
pour chaque segment de spirale qui est ainsi pourvu d'une structure de pontage, deux longueurs du trajet de guidage entre la structure de pontage et le point de raccordement, lorsqu'elles sont mesurées le long du segment de spirale et le long de la boucle, respectivement, sont égales chacune à un quart, à +/-20% près, d'une même valeur de longueur d'onde effective de l'onde progressive, qui correspond à une valeur de fréquence dans la bande de transmission de l'antenne.

De façon préférée, les caractéristiques additionnelles suivantes peuvent être mises en œuvre :

/1/ chaque segment de spirale peut être raccordé tangentiellement à la boucle, ou à peu près tangentiellement à celle-ci, au niveau du point de raccordement de ce segment de spirale. La transmission de l'onde progressive du segment de spirale à la boucle peut ainsi être améliorée ;
/2/ la longueur d'onde effective de l'onde progressive qui sert de référence pour les deux longueurs du trajet de guidage entre la structure de pontage et le point de raccordement, peut être comprise entre 0,75/n fois et 1,25/n fois la longueur de la boucle, n étant un nombre entier positif ;
/3/ la structure de pontage peut posséder une valeur d'impédance qui est comprise entre 1 fois et 3 fois, de préférence entre 1,75 fois et 2,25 fois, une valeur d'impédance caractéristique commune du segment de spirale et de la boucle en dehors de portions intermédiaires respectives du segment de spirale et de la boucle, qui sont intermédiaires entre la structure de pontage et le point de raccordement, ces valeurs d'impédances étant effectives pour l'onde progressive ; et
/4/ les portions intermédiaires du segment de spirale et de la boucle peuvent avoir des valeurs respectives d'impédance caractéristique qui sont comprises entre 0,5 × 2^1/2 fois et 1,5 × 2^1/2 fois, de préférence entre 0,75 × 2^1/2 fois et 1,25 × 2^1/2 fois, la valeur d'impédance caractéristique commune à ce segment de spirale et à la boucle en dehors des portions intermédiaires.

Lorsque ces caractéristiques additionnelles /2/ à /4/ sont toutes mises en œuvre, le raccordement du segment de spirale à la boucle forme un diviseur de Wilkinson, qui est agencé pour être parcouru dans un sens de réunion d'ondes par l'onde progressive transmise par ce bras de spirale.
Lorsque la longueur d'onde effective de l'onde progressive qui sert de référence pour les deux longueurs des portions intermédiaires, est comprise entre 0,75 et 1,25 fois la longueur de la boucle, le raccordement de chaque segment de spirale à la boucle est dimensionné pour augmenter l'efficacité d'émission de l'antenne à proximité de la limite inférieure de sa bande de transmission, exprimée en termes de fréquence.
Possiblement, l'antenne peut être structurée pour déterminer plusieurs parties de trajet de guidage qui sont identiques et chacune en forme d'un segment de spirale. Chaque segment de spirale s'étend jusqu'à une extrémité terminale à laquelle il est raccordé à la boucle séparément des autres segments de spirales. Alors l'antenne peut être configurée pour que toutes les parties de trajet de guidage en segments de spirales transmettent simultanément des ondes progressives respectives à la boucle.
De plus, pour une telle configuration à plusieurs segments de spirales qui alimentent la boucle simultanément en onde progressive, chaque segment de spirale peut être raccordé à la boucle tangentiellement au point de raccordement correspondant. Par ailleurs, il peut aussi être raccordé à la boucle par une structure de pontage respective, séparément de chaque autre segment de spirale, et chaque segment de spirale avec la structure de pontage correspondante peut avantageusement reproduire les caractéristiques qui ont été indiquées plus haut, indépendamment de chaque autre segment de spirale.
Dans divers modes de réalisation de l'invention, les autres caractéristiques additionnelles suivantes peuvent aussi être mises en œuvre, séparément ou en combinaison de plusieurs d'entre elles :

la boucle peut être circulaire ;
chaque partie de trajet peut relier l'entrée d'alimentation de l'antenne à la boucle, en ayant la forme de segment de spirale à partir de l'entrée d'alimentation de l'antenne jusqu'à la boucle ;
chaque partie de trajet peut avoir la forme d'un segment de spirale d'Archimède, y compris d'une façon continue à partir de l'entrée d'alimentation de l'antenne jusqu'à la boucle ; et
l'antenne peut avoir une configuration d'antenne à brin(s), mais de façon préférentielle elle possède une configuration d'antenne-fente qui est formée dans une première surface métallique. Dans ce dernier cas, elle peut comprendre en outre une seconde surface métallique qui est parallèle à la première surface métallique, isolée électriquement de cette dernière, et disposée à proximité d'elle de sorte que le rayonnement soit émis par l'antenne limitativement avec un sens d'émission qui est orienté de la seconde surface métallique vers la première surface métallique.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective d'une antenne conforme à l'invention ; et
la figure 2 est un schéma électrique équivalent d'une connexion qui est utilisée dans l'antenne de la figure 1.

Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans la figure 1 ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans les deux figures désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.
Conformément à la figure 1, une antenne 100 qui est conforme à l'invention est formée dans une première surface métallique, par exemple dans une plaque métallique 10. Elle est constituée par des segments de fentes qui sont disposés les uns par rapport aux autres pour constituer une antenne du type ultra-large bande. L'antenne 100 peut comprendre plusieurs segments de spirales identiques qui s'étendent chacun à partir d'une entrée E d'alimentation de l'antenne en signal électrique. Par exemple, l'antenne 100 comprend deux segments de spirales 11 et 12, qui sont destinés à être alimentés par des courants électriques opposés ou identiques à l'entrée E, selon le mode de rayonnement qui est désiré. L'entrée d'alimentation E est donc située au point de départ de chaque segment de spirale 11, 12, et les deux segments de spirales 11 et 12 coupent en alternance des directions radiales centrifuges qui sont issues de l'emplacement de l'entrée d'alimentation E.
Selon l'invention, l'antenne 100 comprend un segment de fente supplémentaire 13, en forme de boucle qui entoure les segments en spirales. Pour raison de clarté, le segment de fente supplémentaire 13 est directement appelé boucle dans le reste de la présente description, et chaque segment de fente en forme de spirale est appelé segment de spirale. De préférence, la boucle 13 est circulaire. Le segment de spirale 11 est connecté à la boucle 13 au point de raccordement PR1, et le segment de spirale 12 est connecté à la boucle 13 au point de raccordement PR2.
Dans la suite de la présente description, on supposera que l'antenne 100 ne comporte que deux segments de spirales, mais il est entendu qu'elle peut en comporter un nombre quelconque : un seul, trois, quatre, etc. A la lumière de la description qui suit, l'Homme du métier comprendra que lorsque plusieurs segments de spirales sont connectés à la boucle 13 en des points de raccordement qui sont répartis le long de cette boucle 13, ces segments de spirales doivent être alimentés avec des courants électriques respectifs au niveau de l'entrée d'alimentation E, qui sont déphasés les uns par rapport aux autres d'une façon qui est cohérente avec la répartition des points de raccordement sur la boucle 13. Dans le cas de l'antenne représentée sur la figure 1, la configuration de l'entrée d'alimentation E assure que les deux segments de spirales 11 et 12 sont alimentés avec des courants électriques respectifs qui sont opposés, et les deux points de raccordement PR1 et PR2 sont diamétralement opposés sur la boucle 13.
Alors, chaque segment de fente 11-13 constitue une partie de trajet de guidage pour une onde électromagnétique progressive, celle-ci comprenant des courants électriques variables qui apparaissent sur les bords de la fente. Une telle antenne 100 produit un couplage entre les ondes électromagnétiques progressives qui sont guidées dans les segments de fentes 11-13 et un rayonnement électromagnétique externe à l'antenne 100. Ce couplage est maximal dans des zones de l'antenne 100 qui dépendent de la valeur de fréquence commune aux ondes progressives qui sont guidées dans les segments de fentes, et égale à la valeur de fréquence du rayonnement émis. Ces zones sont appelées zones radiatives. Celle qui correspond à la valeur de fréquence f est superposée au cercle qui a pour centre le point de milieu de l'entrée d'alimentation E, et qui possède une longueur de circonférence sensiblement égale à un multiple de la longueur d'onde effective de chaque onde progressive ayant la valeur de fréquence f. La référence ZR désigne une telle zone radiative, qui est marquée en traits interrompus dans la figure 1.
La forme des segments de spirales peut être sélectionnée en fonction du profil d'efficacité qui est désiré pour l'antenne 100 dans sa bande spectrale de transmission. Par exemple, chaque segment de fente peut avoir une forme de spirale d'Archimède, pour laquelle la distance radiale augmente linéairement avec l'angle de coordonnée polaire.
La boucle 13 est alimentée en onde progressive par les deux segments de spirales 11 et 12 aux points de raccordement PR1 et PR2, de sorte qu'une onde progressive résultante se propage le long de la boucle 13 lorsqu'un signal électrique est injecté dans les deux segments de spirales 11 et 12 à l'entrée d'alimentation E. La boucle 13 constitue alors une zone radiative pour une valeur de fréquence du rayonnement émis qui est proche de la limite inférieure de la bande de transmission de l'antenne 100, puisqu'elle entoure les segments de spirales 11 et 12.
Pour réduire une réflexion qui pourrait affecter l'onde progressive qui est guidée par chaque segment de spirale 11, 12 au niveau du point de raccordement correspondant PR1 ou PR2, il est avantageux que chaque segment de spirale 11, 12 soit connecté à la boucle 13 tangentiellement, ou sensiblement tangentiellement, par rapport à celle-ci.
Pour réduire encore plus la réflexion qui pourrait affecter l'onde progressive qui est guidée par chaque segment de spirale 11, 12 au niveau du point de raccordement correspondant PR1 ou PR2, il est aussi avantageux que ce segment de spirale 11, 12 soit connecté à la boucle 13 par une structure de diviseur de Wilkinson, ou par une structure de connexion dont les caractéristiques structurelles et électriques sont proches de celles d'un diviseur de Wilkinson. Un tel diviseur de Wilkinson est bien connu de l'Homme du métier, si bien que son efficacité à supprimer la réflexion n'a pas besoin d'être redémontrée ici. Chaque structure de diviseur de Wilkinson est mise en oeuvre comme indiqué par la figure 2, pour réunir l'onde progressive qui est guidée par le segment de spirale 11 ou 12 avec celle qui est guidée par la boucle 13. Une telle structure de connexion est décrite maintenant pour le segment de spirale 11, étant entendu qu'une autre structure de connexion, séparée mais identique, est utilisée pour chaque autre segment de spirale de l'antenne 100.
Une structure de pontage SP1 est rajoutée pour relier le segment de spirale 11 à la boucle 13, en amont du point de raccordement PR1 par rapport au sens de propagation de l'onde progressive qui est guidée par le segment de spirale 11 en provenance de l'entrée d'alimentation E. La liaison que constitue la structure de pontage SP1 entre le segment de spirale 11 et la boucle 13 est effective pour transmettre entre eux une partie de l'onde progressive qui est guidée par le segment de spirale 11 ou la boucle 13. Dans ce but, et comme cela est visible sur la figure 1, la structure de pontage SP1 peut être constituée par un segment de fente supplémentaire qui relie la dernière spire du segment de spirale 11 à la boucle 13. Ce segment de fente supplémentaire peut être orienté radialement, et peut être court par rapport à la longueur d'onde effective de la partie d'onde progressive qu'il transmet.
La structure de pontage SP1 et le point de raccordement PR1 limitent ainsi deux parties intermédiaires de trajet de guidage : la partie intermédiaire 11i le long du segment de spirale 11, et la partie intermédiaire 13i le long de la boucle 13. Les parties intermédiaires 11i et 13i ont de préférence chacune une longueur qui est sensiblement égale à un quart d'une valeur déterminée de longueur d'onde effective, relative à l'onde progressive qui est guidée dans l'antenne 100. Cette valeur de longueur d'onde effective peut correspondre au rayonnement qui est principalement émis par la boucle 13 en tant que zone radiative. Ainsi, la valeur commune de longueur des deux zones intermédiaires 11i et 13i peut être sensiblement égale à un quart de la longueur de circonférence de la boucle 13. Plus généralement, elle peut être égale à L₁₃/(4·n), où L₁₃ est la longueur de circonférence de la boucle 13, et n est un nombre entier positif.
En outre, pour réduire encore plus la réflexion de l'onde progressive sur l'extrémité du segment de spirale 11, la structure de pontage SP1 peut être conçue pour produire une valeur d'impédance déterminée pour la partie d'onde progressive qu'elle transmet. Pour cela, le segment de spirale 11 et la boucle 13 ont chacun une même valeur d'impédance caractéristique Z₀ en dehors des parties intermédiaires 11i et 13i. Par exemple, les segments de fentes respectifs qui constituent le segment de spirale 11 et la boucle 13 ont des paramètres géométriques, électriques et diélectriques qui sont identiques. A partir de ces paramètres, l'Homme du métier sait déterminer la valeur d'impédance caractéristique d'un segment de fente, pour l'onde progressive qu'il transmet. A ce sujet, on pourra se référer en particulier à la thèse intitulée «Comparison of slotline characteristics» de Yong Seok Seo, Institutional Archive of the Naval Postgraduate School : Cahloun, Monterey, California, June 1990, accessible à l'adresse internet http://hdl.handle.net/10945/34829. Lorsque le seul paramètre d'antenne-fente qui est varié est la largeur de la fente, l'impédance caractéristique d'un segment de fente est une fonction croissante de cette largeur de fente. Alors, la valeur d'impédance de la structure de pontage SP1 peut être avantageusement choisie égale à environ 2 × Z₀. La valeur d'impédance qui est ainsi désirée pour la structure de pontage SP1 peut être produite en disposant une résistance électrique appropriée R1 entre les bords opposés du segment de fente supplémentaire de cette structure de pontage SP1. La résistance électrique R1 peut être égale ou sensiblement égale à 2 × Z₀. Elle peut être constituée par un composant discret qui est rapporté sur l'antenne 100, par exemple en soudant ses deux bornes chacune à un des deux bords du segment de fente supplémentaire de la structure de pontage SP1. Alternativement, la résistance électrique R1 peut aussi être constituée par un segment de film résistif d'un modèle disponible commercialement, qui est rapporté localement entre les deux bords de la fente.
Encore pour réduire dans une mesure supplémentaire la réflexion de l'onde progressive sur l'extrémité du segment de spirale 11, les valeurs d'impédance caractéristique des parties intermédiaires 11i et 13i, qui sont effectives pour l'onde progressive guidée par chacune d'elles, peuvent être ajustées. Ainsi, lorsque le segment de spirale 11 et la boucle 13 ont chacun encore la valeur d'impédance caractéristique commune Z₀ en dehors des parties intermédiaires 11i et 13i, ces dernières peuvent avoir de préférence chacune une valeur d'impédance caractéristique qui est sensiblement égale à 2^1/2 × Z₀. Un tel ajustement de valeur d'impédance caractéristique peut notamment être effectué en augmentant la largeur de fente dans les parties intermédiaires 11i et 13i, par rapport à une valeur de largeur de fente qui est commune au segment de spirale 11 et à la boucle 13 en dehors des parties intermédiaires 11i et 13i.
Les ajustements qui viennent d'être décrits, pour l'impédance de la structure de pontage SP1 et pour les impédances caractéristiques des parties intermédiaires 11i et 13i, sont effectués pour la même valeur de longueur d'onde effective que celle utilisée pour ajuster la longueur des deux parties intermédiaires 11i et 13i. Dans ces conditions, l'antenne 100 présente une structure de diviseur de Wilkinson entre le segment de spirale 11 et la boucle 13. Cette structure permet d'injecter l'onde progressive 2 (voir les figures 1 et 2) qui est guidée par le segment de spirale 11, dans la boucle 13, pour la réunir avec l'onde progressive 3 qui est guidée par la boucle 13 en amont de la structure de pontage SP1. Il en résulte l'onde progressive 1 qui est guidée par la boucle 13 en aval du point de raccordement PR1. L'onde progressive 2 est alors faiblement réfléchie, ou n'est pas réfléchie, dans le segment de spirale 11, par un effet d'interférence destructive qui se produit entre des parties d'onde progressive qui sont réfléchies séparément au niveau de la structure de pontage SP1 et au niveau du point de raccordement PR1. Cette réduction ou suppression de réflexion est la plus efficace pour l'onde progressive dont la valeur de longueur d'onde effective a été utilisée pour ajuster les valeurs de longueur et d'impédances caractéristiques des parties intermédiaires 11i et 13i, et pour ajuster la valeur d'impédance de la structure de pontage SP1.
Les références PR2, SP2, 12i et R2 correspondent respectivement aux références PR1, SP1, 11i et R1, pour le segment de spirale 12 au lieu du segment de spirale 11.
Une seconde surface métallique, par exemple une autre plaque métallique 20 telle que représentée sur la figure 1, est optionnelle. Elle est disposée parallèlement à la plaque 10, et située à faible distance de celle-ci en étant isolée électriquement. La plaque 20 a pour fonction de limiter l'émission du rayonnement par l'antenne 100 au côté de la plaque 10 qui est opposé à celui de la plaque 20. Typiquement, la distance entre les plaques 10 et 20 peut être égale à environ un vingtième de la longueur d'onde du rayonnement qui correspond à la limite la plus basse de la bande de transmission de l'antenne, exprimée en termes de fréquence, et l'espace intermédiaire entre les deux plaques peut être rempli par un matériau isolant électriquement et transparent au rayonnement. Lorsqu'elle est utilisée, la plaque 20 est prise en compte pour déterminer les valeurs de longueur d'onde effective des ondes progressives qui sont guidées dans l'antenne 100, et pour déterminer les valeurs d'impédance caractéristique des parties de trajet de guidage d'ondes progressives.
En utilisant l'invention, les inventeurs ont obtenu un gain d'au moins 7 dB (décibel), voire de plus de 12 dB, sur le coefficient de réflexion électrique de l'antenne 100, tel que couramment désigné par S₁₁ et mesuré à l'entrée d'alimentation E. Ce gain est effectif à proximité de la limite fréquentielle inférieure de la bande de transmission de l'antenne 100.
Il est entendu que l'invention peut être reproduite tout en modifiant des aspects secondaires de celle-ci par rapport aux modes de mise en œuvre qui ont été décrits en détail ci-dessus. En particulier, les caractéristiques suivantes de l'antenne peuvent être modifiées :

le nombre de segments de spirales qui sont connectés à la boucle peut être quelconque ;
le nombre de spires dans chaque segment de spirale peut être quelconque ;
l'antenne peut être conçue pour une bande de transmission quelconque, en étant de type UWB ou non ;
les segments de spirales et la boucle peuvent avoir des formes quelconques, à courbures continues ou à base de segments rectilignes, par exemple pour former des spirales et une boucle octogonales ;
l'antenne peut être optimisée pour une fréquence d'émission telle que la longueur de la boucle soit égale à un nombre entier supérieur à un, de fois la longueur d'onde effective de l'onde progressive qui correspond à cette fréquence ; et
l'antenne peut être du type à brin(s).

Claims

Antenne (100) pour émettre un rayonnement à partir d'au moins une onde électromagnétique progressive qui se propage le long d'un trajet de guidage déterminé par une structure de l'antenne,
l'antenne (100) comprenant au moins un segment de spirale et une entrée d'alimentation (E) commune située au point de départ de chaque segment de spirale,

ledit trajet de guidage formant une ligne de transmission dédiée à l'onde progressive et ayant une partie de trajet suivant chaque segment de spirale (11, 12) jusqu'à une extrémité terminale dudit segment de spirale, et, quand les segments de spirale (11, 12) sont deux ou plus, chaque segment de spirale coupant en alternance des directions radiales centrifuges issues de l'emplacement de l'entrée d'alimentation (E) de ladite antenne,

le trajet de guidage comprenant en outre une boucle continue (13) qui entoure chaque segment de spirale (11, 12), et l'extrémité terminale de chaque segment de spirale est raccordée à la boucle en un point de raccordement (PR1, PR2) dudit segment de spirale, de sorte que l'antenne soit configurée pour qu'un signal électrique qui est transmis à l'entrée d'alimentation (E) de l'antenne (100) produise une onde progressive qui se propage le long de chaque segment de spirale, puis qui est transmise à la boucle au niveau du point de raccordement dudit segment de spirale, la boucle constituant ainsi au moins une partie d'une zone radiative de l'antenne,

l'antenne (100) comprend en outre pour chaque segment de spirale (11, 12), une structure de pontage (SP1, SP2) qui est agencée pour connecter, vis-à-vis de la transmission de l'onde progressive et en plus du point de raccordement (PR1, PR2), ledit segment de spirale à la boucle (13) en amont dudit point de raccordement par rapport à un sens de propagation de l'onde progressive le long du segment en spirale, et,

pour ledit segment de spirale (11, 12), deux longueurs du trajet de guidage entre la structure de pontage (SP1, SP2) et le point de raccordement (PR1, PR2), mesurées le long du segment de spirale et le long de la boucle (13), respectivement, sont égales chacune à un quart, à +/-20% près, d'une même valeur de longueur d'onde effective de l'onde progressive, qui correspond à une valeur de fréquence appartenant à une bande de transmission de l'antenne (100).
Antenne (100) selon la revendication 1, dans laquelle chaque segment de spirale (11, 12) est raccordé tangentiellement à la boucle (13), au niveau du point de raccordement (PR1, PR2) dudit segment de spirale.
Antenne (100) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la longueur d'onde effective de l'onde progressive qui sert de référence pour les longueurs du trajet de guidage entre la structure de pontage (SP1, SP2) et le point de raccordement (PR1, PR2), mesurées le long du segment de spirale et le long de la boucle (13), respectivement, est comprise entre 0,75/n fois et 1,25/n fois la longueur de la boucle, n étant un nombre entier positif.
Antenne (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la structure de pontage (SP1, SP2) possède une valeur d'impédance qui est comprise entre 1 fois et 3 fois une valeur d'impédance caractéristique commune du segment de spirale (11, 12) et de la boucle (13) en dehors de portions intermédiaires (11i, 12i, 13i) respectives dudit segment de spirale et de ladite boucle, qui sont intermédiaires entre la structure de pontage (SP1, SP2) et le point de raccordement (PR1, PR2), ladite valeur d'impédance de la structure de pontage et ladite valeur d'impédance caractéristique étant effectives pour l'onde progressive.
Antenne (100) selon la revendication 4, dans laquelle les portions intermédiaires (11i, 12i, 13i) du segment de spirale (11, 12) et de la boucle (13) ont des valeurs respectives d'impédance caractéristique qui sont comprises chacune entre 0,5 × 2^1/2 fois et 1,5 × 2^1/2 fois la valeur d'impédance caractéristique commune audit segment de spirale et à la boucle en dehors desdites portions intermédiaires.
Antenne (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, structurée pour déterminer plusieurs parties identiques de trajet de guidage ayant chacun une forme en segment de spirale (11, 12), et s'étendant jusqu'à une extrémité terminale à laquelle ledit segment de spirale est raccordé à la boucle (13) séparément des autres segments de spirales, et l'antenne (100) est configurée pour que toutes les parties de trajet de guidage en segments de spirales (11, 12) transmettent simultanément des ondes progressives respectives à la boucle (13).
Antenne (100) selon la revendication 6, dans laquelle chaque segment de spirale (11, 12) est raccordé à la boucle (13) par une structure de pontage (SP1, SP2) respective, séparément de chaque autre segment de spirale, et chaque segment de spirale avec la structure de pontage correspondante reproduit les caractéristiques de l'une quelconque des revendications 1 à 5, indépendamment de chaque autre segment de spirale.
Antenne (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ayant une configuration d'antenne-fente qui est formée dans une première surface métallique (10).
Antenne (100) selon la revendication 8, comprenant en outre une seconde surface métallique (20) qui est parallèle à la première surface métallique (10), isolée électriquement de ladite première surface métallique, et disposée à proximité de ladite première surface métallique de sorte que le rayonnement soit émis par ladite antenne limitativement avec un sens d'émission qui est orienté de la seconde surface métallique vers la première surface métallique.