EP4203191A1 - Antenne radiofréquence planaire à polarisation circulaire - Google Patents

Antenne radiofréquence planaire à polarisation circulaire Download PDF

Info

Publication number
EP4203191A1
EP4203191A1 EP22214832.2A EP22214832A EP4203191A1 EP 4203191 A1 EP4203191 A1 EP 4203191A1 EP 22214832 A EP22214832 A EP 22214832A EP 4203191 A1 EP4203191 A1 EP 4203191A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dipole
antenna
strand
radiofrequency
coupled
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
EP22214832.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Lionel Rudant
Lotfi Batel
Christophe Delaveaud
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4203191A1 publication Critical patent/EP4203191A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/48—Combinations of two or more dipole type antennas
    • H01Q5/49—Combinations of two or more dipole type antennas with parasitic elements used for purposes other than for dual-band or multi-band, e.g. imbricated Yagi antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/247—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set with frequency mixer, e.g. for direct satellite reception or Doppler radar
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/42—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more imbricated arrays
    • 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
    • H01Q9/06—Details
    • H01Q9/065—Microstrip dipole antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole

Definitions

  • the present invention relates to a radio frequency antenna.
  • the present invention also relates to a system comprising such a radiofrequency antenna.
  • the technical field is that of radio frequency antennas, and more specifically circular polarization antennas.
  • Circularly polarized radiofrequency waves are used in particular in the context of satellite communications insofar as the circular polarization makes it possible to be insensitive to the alignment of orientation between the satellite and the receiver.
  • GPS Global Positioning System
  • Such a system operates with circularly polarized waves whose frequencies are either 1225 MHz or 1575 MHz.
  • the communications take place with circularly polarized waves whose frequencies are either at 400 MHz or at 868 MHz.
  • microstrip antennas associated with dual excitation circuits are known in particular, making it possible to obtain circular polarization by combining the two orthogonal modes.
  • several superposed patches make it possible to obtain several operating frequency bands.
  • circularly polarized antennas consist of several radiating elements associated with a specific excitation circuit.
  • the excitation circuit makes it possible to establish excitations weighted in amplitude and in phase of the various radiating elements.
  • a radio frequency antenna comprising at least one antenna array operating at an operating frequency, each antenna array comprising a powered dipole, the powered dipole being connected at an access point to a radio frequency transmitter capable of generating or receive a wave at the operating frequency.
  • Each antenna array also comprises at least one coupled dipole, each coupled dipole being connected at an access point to a respective resistive and/or capacitive and/or inductive load.
  • the powered dipole and each coupled dipole have two strands, the strands extending from the access point, the access points being arranged to form a polygon, the first strand of a dipole extending along the second strand from a neighboring dipole on said polygon at a distance less than or equal to one tenth of the wavelength corresponding to the operating frequency, said wavelength being referred to as the operating length.
  • the description also relates to a system, in particular a satellite positioning system, comprising at least one radiofrequency antenna as previously described.
  • the first example relates to the L1 band and the second to a dual L1/L2 band.
  • the L1 frequency band is a relatively narrow band around the center frequency of 1575 MHz.
  • narrow in this context is meant a frequency extension of the order of less than 5% of the center frequency.
  • the L2 frequency band is a relatively narrow band around the center frequency of 1225 MHz.
  • a radiofrequency antenna 10 is schematically illustrated in the figure 1 .
  • the antenna 10 is capable of operating at a central operating frequency f 0 .
  • the associated wavelength is called central wavelength ⁇ 0 .
  • the central operating frequency f 0 is 1575 MHz for this first example.
  • the antenna 10 comprises an antenna array 12, the antenna array 12 being here, as will be explained later, an array of nested antennas.
  • the antenna 10 is a planar antenna for which a first longitudinal direction can be defined corresponding to an axis X (height of the sheet in which the figure 1 ) and the second strand 18A extends in a second longitudinal direction corresponding to an axis Y (width of the sheet in which the figure 1 ).
  • the antenna array 12 is formed by four elementary antennas of the dipole type, simply designated dipoles 14 below.
  • Each dipole 14 has an L structure.
  • each dipole 14 has an access point 15 and two strands 16 and 18.
  • the access point 15 is a contact positioned in the center of the dipole 14 and connected to one end of the two strands 16 and 18.
  • the access points 15 form a square.
  • the two strands 16 and 18 preferably have the same length, this length being advantageously less than or equal to ⁇ 0 /4, so that each dipole 14 is a half-wave element.
  • each strand 16 and 18 is equal to 90°.
  • each strand 16 and 18 is connected to an access point 15 which is connected either to a source or to a load.
  • a dipole 14 is fed at its center by a radiofrequency source capable of generating a wave at the operating frequency f 0 .
  • the corresponding dipole 14 is called “powered dipole 14A” in what follows.
  • first strand of powered dipole 14A is denoted first strand 16A and the second strand of powered dipole 14A is denoted second strand 18A.
  • the first strand 16A extends along the first longitudinal direction X and the second strand 18A extends along the second direction Y.
  • first strand 16 of a dipole 14 is closer to the inside of the antenna than the second strand 18.
  • the first strand 16 could thus be qualified as “inner strand” while the second strand 18 could thus be referred to as the "outer strand”.
  • Interior and exterior are defined here in relation to the square formed by the access points: the closer an element is to the center of the square, the more the center is inside.
  • the first strand 16 of a dipole 14 extends either along the first longitudinal direction X or along the second longitudinal direction Y, the second strand 18 extending in the other direction.
  • the other dipoles 14 have a center corresponding to an access point connected to a respective complex charge Z.
  • the respective load can be resistive, capacitive and/or inductive in nature.
  • Each of the strands 16 and 18 of these dipoles 14 has one end which is connected to the access points 15 of the dipole 14 to which the strand 16 and 18 belongs, thus allowing each strand 16 and 18 to be connected to the charge specific to the dipole 14 considered.
  • Each of the corresponding dipoles is referred to as a “14C coupled dipole” in what follows.
  • the antenna 10 represented on the figure 1 has one 14A powered dipole and three 14C coupled dipoles.
  • the coupled dipoles 14C are ordered (respectively first 14C1, second 14C2 and third 14C3) according to an order corresponding to the counterclockwise direction.
  • the reference signs of the strands 16 and 18 of a 14C coupled dipole have the same suffix as the 14C coupled dipole to which they belong.
  • the first strand of the first coupled dipole 14C1 has the reference sign 16C1
  • the second strand of the first coupled dipole 14C1 has the reference sign 18C1.
  • the dipoles 14 are, moreover, arranged in a specific manner, to allow coupling between them.
  • the access points 15 form a square.
  • each first strand 16 of a dipole 14 is parallel to a second strand 18 of another dipole 14.
  • the first strand 16A of the powered dipole 14A is inside and is parallel to the second strand 18C1 of the first coupled dipole 14C1 while the second strand 18A of the powered dipole 14A is outside and is parallel to the first strand 16C3 of the third coupled dipole 14C3.
  • the first strand 16C1 of the first coupled dipole 14C1 is outside and is parallel to the second strand 18C2 of the second coupled dipole 14C2 while the second strand 18C1 of the first coupled dipole 14C1 is outside and is parallel to the first strand 16A of the 14A powered dipole.
  • the first strand 16C2 of the second coupled dipole 14C2 is inside and is parallel to the second strand 18C3 of the third coupled dipole 14C3 while the second strand 18C2 of the second coupled dipole 14C2 is outside and is parallel to the first strand 16C1 of the first coupled dipole 14C1.
  • the first strand 16C3 of the third coupled dipole 14C3 is inside and is parallel to the second strand 18A of the powered dipole 14A while the second strand 18C3 of the third coupled dipole 14C3 is outside and is parallel to the first strand 16C2 of the second 14C2 coupled dipole.
  • This arrangement allows the dipoles 14 to be interleaved, allowing the dipoles 14 to couple to each other due to their proximity and the fact that certain strands 16 and 18 are collinear with each other.
  • the distance between two points of two collinear strands 16 and 18 is relatively small to allow good coupling.
  • the distance between two collinear strands 16 and 18 is less than or equal to ⁇ 0 /10.
  • the distance between two collinear strands 16 and 18 is less than or equal to ⁇ 0 /20.
  • the interlacing of the dipoles 14 also allows a miniaturization of the antenna 10 since the antenna 10 has a width and a length of the order of ⁇ 0 /4.
  • the antenna 10 has a width and a length of 5 cm.
  • the powered dipole 14A is connected to the GPS receiving system.
  • the first coupled dipole 14C1 is connected to a first capacitive load Z1 of 2.2 pF
  • the second coupled dipole 14C2 is connected to a second inductive load Z2 of 11.7 nH
  • the third coupled dipole 14C3 to a third inductive load Z3 of 0.7nH.
  • antenna 10 To physically produce such an antenna 10, it is engraved on a printed circuit on which the components making it possible to charge the coupled dipoles can be soldered.
  • the antenna 10 is connected to the reception system for example by a coaxial microwave cord.
  • the values of the impedances of the loads Z1, Z2 and Z3 have been adapted to obtain radiation with circular polarization.
  • GNSS Global System for Mobile Communications
  • this determination technique is all the easier to implement if the strands 16 and 18 are arranged to form a symmetrical dipole 14.
  • the loads Z1, Z2 and Z3 can be physical components.
  • the charges Z1, Z2 and Z3 are made by etching specific patterns.
  • a spiral or an interdigital capacitance are examples of such patterns.
  • the antenna 10 is placed above a reflective metal ground plane 20 with a side of 25 cm in order to direct the radiation into the upper half-space.
  • the distance between the antenna 10 and the ground plane 20 is 25 mm, that is one eighth of the central wavelength ⁇ 0 , to constructively reflect the radiation from the antenna in the direction of interest.
  • Such an effect is obtained as soon as the distance between the antenna 10 and the ground plane 20 is less than a quarter of the central wavelength ⁇ 0 .
  • an artificial magnetic conductor is used instead of ground plane 20 .
  • Such an element is often designated by the abbreviation AMC which refers to the corresponding English denomination of “ artificial magnetic conductor ”.
  • AMC abbreviation of “ artificial magnetic conductor ”.
  • the distance with the antenna 10 can be even smaller, which reduces the overall height.
  • FIG. 3 illustrates the gain diagram obtained at 1575 MHz along a first section plane orthogonal to the first longitudinal direction X (in dotted lines) and along a second section plane orthogonal to the second longitudinal direction Y (in dashed lines). Moreover, the curves relating to the RHCP gain appear in thicker lines than the curves relating to the LHCP gain.
  • the first curve in solid lines is the LHCP gain expressed in dBic
  • the second curve in solid lines is the RHCP gain expressed in dBic
  • the third curve in dotted lines corresponds to the axial ratio expressed in dB.
  • the axial ratio makes it possible to measure the purity of polarization of the wave emitted by the antenna 10.
  • the axial ratio corresponds to the ratio between the major axis and the minor axis which form the ellipse describing the trajectory of the wave. When the major and minor axes of the ellipse are equal, this ratio is equal to 1, or 0 dB. In this case, the polarization of the wave is said to be circular. In practice, a wave is considered circularly polarized when the axial ratio is less than 3 dB.
  • This figure 4 shows that the RHCP gain at the desired frequency of 1575 MHz is privileged, the LHCP gain exhibiting a minimum at 1575 MHz.
  • the radiation of the antenna 10 is optimized without resorting to a complex and costly excitation circuit thanks to the implementation of load components Z1, Z2 and Z3 with optimized values on the coupled dipoles 14C.
  • the antenna 10 can be printed on a flat substrate, which makes it possible to reduce clutter and facilitate integration into any system.
  • this arrangement has the advantage of operating on different frequency bands by means of a geometric homothety and a recalculation of the loads.
  • Example 2 Antenna for bands L1 and L2
  • the antenna 10 according to the second example is represented schematically on the figure 5 .
  • the antenna 10 comprises two antenna arrays 12_1 and 12_2.
  • the first antenna array 12_1 has a shape similar to the antenna array 12 of the figure 1 .
  • the first coupled dipole 14C1 is connected to a first capacitive load Z1 of 0.5 pF
  • the second coupled dipole 14C2 is connected to a second resistive load Z2 of 1 M ⁇
  • the third coupled dipole 14C3 to a third load Z3 capacitance of 3.3 pF.
  • the second antenna array 12_2 has the same architecture as the antenna array 12 of the figure 1 .
  • the powered dipole 14A is replaced by a coupled dipole 14C, so that the second antenna array 12_2 comprises four coupled dipoles 14C.
  • the values of the impedances of the loads Z1 to Z7 have been chosen to obtain radiation with circular polarization in the two frequency bands.
  • the values of the impedances of the loads Z1 to Z7 are chosen so that the radiation respects the same three conditions as for the first example but for the two frequency bands L1 and L2.
  • the dimensions of the antenna 10 are 8 cm by 8 cm.
  • Antenna 10 is printed by lithography (copper etching on dielectric substrate)
  • THE figures 6 to 8 present the performances obtained with the antenna 10 according to the second example.
  • FIG. 6 presents two curves, a first curve C1 in solid line representing the evolution with the frequency of the gain of the antenna for a right circular polarization in the direction of the zenith (along the Z axis) and a second curve C2 in dotted line illustrating the variation of the axial ratio with the frequency.
  • the adapted optimization of the Z1 to Z7 loads associated with the double 12_1 and 12_2 network of L-shaped dipoles makes it possible to obtain radiation in accordance with the requirements of a GNSS system jointly on 2 frequency bands without the use of a complex excitation circuit (here there is only an access port to the antenna). This simplicity favors bulk and makes it possible to reduce manufacturing costs.
  • the first arrangement I corresponds to that of the figure 1 while the second arrangement It corresponds to that of the figure 5 . These arrangements are only included to facilitate comparison with arrangements III to VI.
  • the third arrangement III proposes to distance the access points 15 so that the access points 15 no longer form a square but a rectangle.
  • the powered dipole 14A and the first coupled dipole 14C1 have been separated in the second transverse direction Y from the second and third coupled dipoles 14C2 and 14C3.
  • a fourth coupled dipole 14C is added so that the access points 15 form a regular pentagon.
  • the third coupled dipole 14C3 is eliminated so that the access points 15 form an equilateral triangle.
  • the sixth arrangement VI corresponds to the same case as that of the arrangement V except that the strands 16 and 18 are no longer rectilinear but curvilinear. More generally, it is possible to envisage any shape for the strands 16 and 18, in particular with meanders or foldings, provided that the neighboring strands 16 and 18 are close enough to ensure coupling.
  • the access points 15 are arranged to form a polygon, the first strand 16 of a dipole 14 extending along the second strand 18 of a neighboring dipole 14 on the polygon at a distance less than or equal to one tenth of the operating wavelength.
  • the distance is in this case defined as the minimum distance between two points of the two strands 16 and 18.
  • polygon is meant herein an unflattened polygon. This means that each 14C coupled dipole is arranged so that each direction of one strand has an intersection with a direction of another strand.
  • the polarization of the antenna 10 is an RHCP or LHCP polarization.
  • Such an antenna is particularly suitable for multiple applications including satellite positioning systems whatever their nature, digital satellite radio, communications with microsatellites in low orbit, RFID readers, radars or communication systems between vehicles.
  • the strands of the dipoles 14 substantially form a square.
  • the strands of the dipoles 14 are straight.
  • the strands of the dipoles form a bend.
  • the strands comprise a first part and a second part, the two parts being orthogonal and connected together.
  • the first parts are arranged similar to the case of the strands of the dipoles 14 of embodiment B.
  • the second parts are arranged so that the strands fold towards the other dipole.
  • the second parts are shorter than the first parts.
  • the length of a second part is less than half the length of a first part.
  • the number of dipoles 14 in the antenna array 12 is higher, for example more than 5.
  • these performances are further improved by a pattern of symmetrical antennas, that is to say that the dipoles 14 are arranged symmetrically with respect to an axis and that the lines providing the power supply are parallel to this axis, as is the case for the layout of the figure 5 where the axis corresponds to a 45° direction.
  • the antenna 10 is described as operating in transmission, the reader will clearly understand that the arrangement of the antenna 10 can also be used for an antenna operating in reception.
  • the powered dipole 14A it suffices to connect the powered dipole 14A to a receiver capable of receiving a wave at the operating frequency f 0 instead of connecting it to a source capable of generating a wave at the operating frequency f 0 .
  • a powered dipole 14A is connected at an access point 15 to a radio frequency transmitter capable of generating or receiving a wave at the operating frequency f 0 .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une antenne radiofréquence (10) comportant un réseau antennaire (12) fonctionnant à une longueur d'onde et comprenant :- un dipôle alimenté (14A) relié en un point d'accès (15) à un transmetteur radiofréquence générant ou recevant une onde à la longueur d'onde,- au moins un dipôle couplé (14C1, 14C2, 14C3) relié en un point d'accès à une charge (Z1, Z2, Z3) respective,le dipôle alimenté (14A) et chaque dipôle couplé (14C1, 14C2, 14C3,) comportant deux brins s'étendant depuis le point d'accès (15), les points d'accès (15) étant agencés pour former un polygone, le premier brin d'un dipôle (14) s'étendant le long du deuxième brin d'un dipôle (14) voisin à une distance inférieure au dixième de la longueur d'onde.

Description

  • La présente invention concerne une antenne radiofréquence. La présente invention se rapporte aussi à un système comportant une telle antenne radiofréquence.
  • Le domaine technique est celui des antennes radiofréquences, et plus spécifiquement des antennes à polarisation circulaire.
  • Les ondes radiofréquences à polarisation circulaire sont notamment utilisées dans le cadre des communications satellitaires dans la mesure où la polarisation circulaire permet d'être insensible à l'alignement d'orientation entre le satellite et le récepteur.
  • A titre d'exemple d'application particulière, il peut être cité le cas du système GPS. L'acronyme « GPS » renvoie à la terminologie anglaise de « Global Positioning System » signifiant littéralement système de positionnement global. Un tel système fonctionne avec des ondes à polarisation circulaire dont les fréquences sont soit à 1225 MHz soit à 1575 MHz.
  • Selon un autre exemple d'application, pour les constellations de microsatellites sur orbite basse, les communications se font avec des ondes à polarisation circulaire dont les fréquences sont soit à 400 MHz soit à 868 MHz.
  • Plusieurs systèmes antennaires permettant d'obtenir des ondes à polarisation circulaire ont été développés.
  • Il est notamment connu des antennes dites antennes microruban associées à des circuit d'excitation double permettant d'obtenir une polarisation circulaire par la combinaison des deux modes orthogonaux. Dans certaines réalisations, plusieurs patchs superposés permettent d'obtenir plusieurs bandes de fréquences de fonctionnement.
  • D'autres systèmes antennaires utilisent des antennes quadrifilaires hélicoïdales associées à des circuits d'excitation quadruples.
  • Il existe aussi des dipôles croisés associés à des circuits d'excitation double. Dans certains cas particuliers, les éléments rayonnants utilisés sont miniaturisés pour faciliter l'intégration.
  • Dans chacun des cas, les antennes à polarisation circulaire sont constituées de plusieurs éléments rayonnants associés à d'un circuit d'excitation spécifique. Le circuit d'excitation permet d'établir des excitations pondérées en amplitude et en phase des différents éléments rayonnants.
  • Toutefois, cela conduit à des antennes présentant un encombrement relativement important.
  • Il existe donc un besoin pour une antenne capable d'émettre des ondes radiofréquences de polarisation circulaire et présentant un encombrement réduit.
  • A cet effet, la description décrit une antenne radiofréquence comportant au moins un réseau antennaire fonctionnant à une fréquence de fonctionnement, chaque réseau antennaire comprenant un dipôle alimenté, le dipôle alimenté étant relié en un point d'accès à un transmetteur radiofréquence propre à générer ou recevoir une onde à la fréquence de fonctionnement. Chaque réseau antennaire comprend également au moins un dipôle couplé, chaque dipôle couplé étant relié en un point d'accès à une charge résistive et/ou capacitive et/ou inductive respective. Le dipôle alimenté et chaque dipôle couplé comportent deux brins, les brins s'étendant depuis le point d'accès, les points d'accès étant agencés pour former un polygone, le premier brin d'un dipôle s'étendant le long du deuxième brin d'un dipôle voisin sur ledit polygone à une distance inférieure ou égale au dixième de la longueur d'onde correspondant à la fréquence de fonctionnement, ladite longueur d'onde étant dite longueur de fonctionnement.
  • Selon des modes de réalisation particuliers, l'antenne présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
    • les deux brins présentent une longueur inférieure ou égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement.
    • le premier brin d'un dipôle s'étend le long du deuxième brin d'un dipôle voisin sur ledit polygone à une distance inférieure ou égale au vingtième de la longueur d'onde de fonctionnement.
    • une direction étant définie pour chaque brin, les directions des deux brins présentent entre elles un angle égal à 90° à 1 0% près, le dipôle alimenté et chaque dipôle couplé étant agencés pour que chaque direction d'un brin présente une intersection avec une direction d'un autre brin.
    • le polygone est un polygone régulier.
    • le nombre de dipôles couplés d'un réseau antennaire est compris entre 2 et 4.
    • l'antenne radiofréquence comporte deux réseaux antennaires, le polygone formé par les points d'accès du deuxième réseau antennaire étant inclus dans l'espace interne délimité par le polygone formé par les points d'accès du premier réseau antennaire, chaque réseau antennaire fonctionnant à une fréquence de fonctionnement respective.
    • l'antenne radiofréquence comporte un plan réflecteur situé à une distance inférieure ou égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement.
    • les brins présentent des méandres ou des repliements.
    • les charges des dipôles couplés sont choisies pour que :
      • le rayonnement de l'antenne radiofréquence présente une polarisation circulaire droite avec un gain maximum dans la direction perpendiculaire à l'antenne radiofréquence,
      • le rayonnement de l'antenne de l'antenne radiofréquence présente une polarisation circulaire droite uniforme pour une ouverture d'élévation entre 90° et -90° autour de la direction perpendiculaire à l'antenne radiofréquence, et
      • le gain de la polarisation croisée est minimisé.
  • La description se rapporte également à un système, notamment système de positionnement par satellites, comportant au moins une antenne radiofréquence telle que précédemment décrite.
  • Des caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple d'antenne,
    • la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en perspective de l'antenne de la figure 1,
    • les figures 3 et 4 sont des graphes de simulation montrant les performances obtenues avec l'antenne de la figure 1,
    • la figure 5 est une représentation schématique d'un autre exemple d'antenne,
    • les figures 6 à 8 sont des graphes de simulation montrant les performances obtenues avec l'antenne de la figure 5,
    • la figure 9 est une représentation simplifiée d'exemples d'agencement d'antenne, et
    • la figure 10 est une représentation simplifiées d'autres exemples d'agencement d'antenne.
  • Avant de décrire de manière générale l'antenne faisant l'objet de la présente invention, la présente description s'attache à décrire deux exemples particuliers.
  • Ces deux exemples particuliers sont appliqués au cas d'un système GPS.
  • Le premier exemple porte sur la bande L1 et le deuxième sur une double bande L1/L2.
  • La bande de fréquences L1 est une bande relativement étroite autour de la fréquence centrale de 1575 MHz. Par « étroit » dans ce contexte, il est entendu une extension en fréquence de l'ordre de moins de 5% de la fréquence centrale.
  • Similairement, la bande de fréquences L2 est bande relativement étroite autour de la fréquence centrale de 1225 MHz.
    • Exemple 1 : Antenne pour la bande L 1
  • Une antenne 10 radiofréquence est illustrée schématiquement sur la figure 1.
  • L'antenne 10 est propre à fonctionner à une fréquence centrale de fonctionnement f0. La longueur d'onde associée est dénommée longueur d'onde centrale λ0.
  • La fréquence centrale de fonctionnement f0 est de 1575 MHz pour ce premier exemple.
  • L'antenne 10 comporte un réseau antennaire 12, le réseau antennaire 12 étant ici comme cela sera explicité ultérieurement un réseau d'antennes imbriquées.
  • En outre, l'antenne 10 est une antenne planaire pour laquelle il peut être défini une première direction longitudinale correspondant à un axe X (hauteur de la feuille dans laquelle se trouve la figure 1) et le deuxième brin 18A s'étend selon une deuxième direction longitudinale correspondant à un axe Y (largeur de la feuille dans laquelle se trouve la figure 1).
  • Dans l'exemple de la figure 1, le réseau antennaire 12 est formé par quatre antennes élémentaires de type dipôles, simplement désignées dipôles 14 dans la suite.
  • Chaque dipôle 14 présente une structure en L.
  • Comme visible sur la figure 1, chaque dipôle 14 présente un point d'accès 15 et deux brins 16 et 18.
  • Le point d'accès 15 est un contact positionné au centre du dipôle 14 et relié à une extrémité des deux brins 16 et 18.
  • Il peut être noté que les points d'accès 15 forment un carré.
  • Les deux brins 16 et 18 présentent de préférence une même longueur, cette longueur étant avantageusement inférieure ou égale à λ0/4, de sorte que chaque dipôle 14 est un élément demi-onde.
  • En outre, l'angle entre chaque brin 16 et 18 est égal à 90°.
  • Il est ainsi obtenu une forme générale de L.
  • En outre, chaque brin 16 et 18 est connecté à un point d'accès 15 qui est connecté soit à une source soit à une charge.
  • Plus précisément, un dipôle 14 est alimenté en son centre par une source radiofréquence propre à générer une onde à la fréquence de fonctionnement f0.
  • Le dipôle 14 correspondant est dénommé « dipôle alimenté 14A » dans ce qui suit.
  • Dans l'exemple de la figure 1, le premier brin du dipôle alimenté 14A est noté premier brin 16A et le deuxième brin du dipôle alimenté 14A est noté deuxième brin 18A.
  • Le premier brin 16A s'étend selon la première direction longitudinale X et le deuxième brin 18A s'étend selon la deuxième direction Y.
  • De manière générale, le premier brin 16 d'un dipôle 14 est plus proche de l'intérieur de l'antenne que le deuxième brin 18. Le premier brin 16 pourrait ainsi être qualifié de « brin intérieur » tandis que le deuxième brin 18 pourrait ainsi être qualifié de « brin extérieur ». L'intérieur et l'extérieur sont définis ici par rapport au carré formé par les points d'accès : plus un élément est proche du centre du carré, plus le centre est à l'intérieur.
  • Aussi, selon le cas, le premier brin 16 d'un dipôle 14 s'étend soit selon la première direction longitudinale X soit selon la deuxième direction longitudinale Y, le deuxième brin 18 s'étendant dans l'autre direction.
  • Les autres dipôles 14 comportent un centre correspondant à un point d'accès connecté à une charge complexe Z respective. La charge respective peut être de nature résistive, capacitive et/ou inductive. Chacun des brins 16 et 18 de ces dipôles 14 présente une extrémité qui est reliée au points d'accès 15 du dipôle 14 auquel appartient le brin 16 et 18, permettant ainsi que chaque brin 16 et 18 soit relié à la charge propre au dipôle 14 considéré.
  • Chacun des dipôles correspondant est dénommé « dipôle couplé 14C » dans ce qui suit.
  • En l'espèce, l'antenne 10 représentée sur la figure 1 comporte un dipôle alimenté 14A et trois dipôles couplés 14C.
  • Pour la suite, les dipôles couplés 14C sont ordonnés (respectivement premier 14C1, deuxième 14C2 et troisième 14C3) selon un ordre correspondant au sens trigonométrique. Les signes de référence des brins 16 et 18 d'un dipôle couplé 14C comportent le même suffixe que le dipôle couplé 14C auquel ils appartiennent. Ainsi, le premier brin du premier dipôle couplé 14C1 a pour signe de référence 16C1 et le deuxième brin du premier dipôle couplé 14C1 a pour signe de référence 18C1.
  • Les dipôles 14 sont, en outre, agencés de manière spécifique, pour permettre un couplage entre eux.
  • Plus précisément, comme indiqué précédemment, dans le cas de la figure 1, les points d'accès 15 forment un carré.
  • De plus, chaque premier brin 16 d'un dipôle 14 est parallèle à un deuxième brin 18 d'un autre dipôle 14.
  • Ainsi, le premier brin 16A du dipôle alimenté 14A est à l'intérieur et est parallèle au deuxième brin 18C1 du premier dipôle couplé 14C1 tandis que le deuxième brin 18A du dipôle alimenté 14A est à l'extérieur et est parallèle au premier brin 16C3 du troisième dipôle couplé 14C3.
  • Le premier brin 16C1 du premier dipôle couplé 14C1 est à l'extérieur et est parallèle au deuxième brin 18C2 du deuxième dipôle couplé 14C2 tandis que le deuxième brin 18C1 du premier dipôle couplé 14C1 est à l'extérieur et est parallèle au premier brin 16A du dipôle alimenté 14A.
  • Le premier brin 16C2 du deuxième dipôle couplé 14C2 est à l'intérieur et est parallèle au deuxième brin 18C3 du troisième dipôle couplé 14C3 tandis que le deuxième brin 18C2 du deuxième dipôle couplé 14C2 est à l'extérieur et est parallèle au premier brin 16C1 du premier dipôle couplé 14C1.
  • Le premier brin 16C3 du troisième dipôle couplé 14C3 est à l'intérieur et est parallèle au deuxième brin 18A du dipôle alimenté 14A tandis que le deuxième brin 18C3 du troisième dipôle couplé 14C3 est à l'extérieur et est parallèle au premier brin 16C2 du deuxième dipôle couplé 14C2.
  • Cet agencement permet que les dipôles 14 soient entrelacés, permettant aux dipôles 14 de se coupler les uns aux autres du fait de leur proximité et du fait que certains brins 16 et 18 sont colinéaires entre eux.
  • De fait, dans cet agencement, la distance entre deux points de deux brins 16 et 18 colinéaires est relativement faible pour permettre un bon couplage.
  • A titre d'exemple, la distance entre deux brins 16 et 18 colinéaires est inférieure ou égale à λ0/10.
  • De préférence, la distance entre deux brins 16 et 18 colinéaires est inférieure ou égale à λ0/20.
  • L'entrelacement des dipôles 14 permet aussi une miniaturisation de l'antenne 10 puisque l'antenne 10 présente une largeur et une longueur de l'ordre de λ0/4.
  • En l'espèce, l'antenne 10 présente une largeur et une longueur de 5 cm.
  • Dans le cas de la figure 1, le dipôle alimenté 14A est connecté au système de réception du GPS.
  • Le premier dipôle couplé 14C1 est relié à une première charge Z1 capacitive de 2,2 pF, le deuxième dipôle couplé 14C2 est relié à une deuxième charge Z2 inductive de 11,7 nH et le troisième dipôle couplé 14C3 à une troisième charge Z3 inductive de 0,7 nH.
  • Pour réaliser physiquement une telle antenne 10, celle-ci est gravée sur un circuit imprimé sur lequel les composants permettant de charger les dipôles couplés peuvent être soudés. L'antenne 10 est connectée au système de réception par exemple par un cordon coaxial hyperfréquence.
  • En l'espèce, les valeurs des impédances des charges Z1, Z2 et Z3 ont été adaptées pour l'obtention d'un rayonnement à polarisation circulaire.
  • Plus précisément, les valeurs des impédances des charges Z1, Z2 et Z3 sont choisies pour que le rayonnement respecte plusieurs conditions, à savoir :
    • une première condition selon laquelle le rayonnement présente une polarisation circulaire droite (une telle polarisation est souvent dénommée RHCP, abréviation qui renvoie à la dénomination anglaise correspondante de « right-handed circular polarization ») avec un gain maximum dans la direction du zénith (correspond à une direction Z perpendiculaire aux deux directions longitudinales X et Y),
    • une deuxième condition selon laquelle le rayonnement présente un gain RHCP relativement uniforme pour une ouverture d'élévation de +/-90° autour de cette direction (couverture de la voute du ciel, demi-sphère supérieure), et
    • une troisième condition selon laquelle le gain de la polarisation croisée (c'est-à-dire celui de la polarisation gauche ou LHCP, abréviation qui renvoie à la dénomination anglaise correspondante de « left-handed circular polarization ») est minimisé.
  • Le respect de telles conditions permet de rendre l'antenne 10 adaptée pour une application à un système de positionnement par satellites. Un tel système de positionnement est un système souvent désigné sous l'abréviation GNSS. L'abréviation GNSS renvoie à la dénomination « Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites ».
  • Pour déterminer des valeurs de charge Z1, Z2 et Z3 appropriées, il peut, par exemple, être utilisé une technique de détermination telle que décrite dans le brevet US 9 917 376 B2 en recourant à une décomposition du rayonnement souhaitée sur une base sphérique, une expression du champ électromagnétique créé par l'antenne sur la même base et une résolution de l'équation résultant du fait qu'il est souhaité que les deux soient identiques.
  • Il est à noter que cette technique de détermination est d'autant plus aisée à mettre en oeuvre que les brins 16 et 18 sont agencés pour former un dipôle 14 symétrique.
  • D'un point de vue matériel, les charges Z1, Z2 et Z3 peuvent être des composants physiques.
  • Préférentiellement, pour réduire les pertes associées aux boitiers des composants discrets, les charges Z1, Z2 et Z3 sont réalisées par gravure de motifs spécifiques. Une spirale ou une capacité interdigitée sont des exemples de tels motifs.
  • Comme représenté schématiquement sur la figure 2, l'antenne 10 est placée au-dessus d'un plan de masse 20 métallique réflecteur de 25 cm de côté afin de diriger le rayonnement dans le demi-espace supérieur.
  • Selon l'exemple décrit, la distance entre l'antenne 10 et le plan de masse 20 est de 25 mm, soit un huitième de longueur d'onde centrale λ0, pour réfléchir de manière constructive le rayonnement de l'antenne dans la direction d'intérêt. Un tel effet est obtenu dès que la distance entre l'antenne 10 et le plan de masse 20 est inférieure au quart de la longueur d'onde centrale λ0.
  • En variante, au lieu du plan de masse 20, il est utilisé un conducteur magnétique artificiel. Un tel élément est souvent désigné par l'abréviation AMC qui renvoie à la dénomination anglaise correspondante de « artificial magnetic conductor ». Dans un tel cas, la distance avec l'antenne 10 peut être encore plus faible, ce qui réduit l'encombrement en hauteur.
  • Les performances de l'antenne 10 précédemment décrite sont illustrées par les figures 3 et 4.
  • La figure 3 illustre le diagramme de gain obtenu à 1575 MHz selon un premier plan de coupe orthogonal à la première direction longitudinale X (en traits pointillés) et selon un deuxième plan de coupe orthogonal à la deuxième direction longitudinale Y (en traits mixtes). Par ailleurs, les courbes concernant le gain RHCP apparaissent en trais plus épais que les courbes concernant le gain LHCP.
  • L'observation du diagramme de gain montre que le gain RHCP est optimisé sur le demi-espace supérieur et que le gain LHCP est minimisé, ce qui correspond bien aux conditions souhaitées.
  • La figure 4 présente les propriétés de rayonnement dans la direction du zénith en représentant le gain de l'antenne 10 en fonction de la fréquence.
  • Dans cette courbe, la première courbe en traits pleins est le gain LHCP exprimé en dBic, la deuxième courbe en traits pleins est le gain RHCP exprimé en dBic et la troisième courbe en traits pointillés correspond au rapport axial exprimé en dB.
  • Le rapport axial permet de mesurer la pureté de polarisation de l'onde émise par l'antenne 10. Le rapport axial correspond au rapport entre le grand axe et le petit axe qui forment l'ellipse décrivant la trajectoire de l'onde. Lorsque le grand et le petit axe de l'ellipse sont égaux, ce rapport est égal à 1, soit 0 dB. Dans ce cas, la polarisation de l'onde est dite circulaire. En pratique, une onde est considérée de polarisation circulaire lorsque le rapport axial est inférieur à 3 dB.
  • Cette figure 4 montre que le gain RHCP à la fréquence souhaitée de 1575 MHz est privilégié, le gain LHCP présentant un minimum à 1575 MHz.
  • L'analyse de la troisième courbe montre que le rapport axial reste inférieur à 3 dB, ce qui confirme une bonne pureté de polarisation circulaire à la fréquence souhaitée.
  • Dans ce premier exemple, le rayonnement de l'antenne 10 est optimisé sans le recours à un circuit d'excitation complexe et coûteux grâce à la mise en oeuvre de composants de charges Z1, Z2 et Z3 aux valeurs optimisées sur les dipôles couplés 14C.
  • En outre, l'antenne 10 peut être imprimée sur un substrat plat, ce qui permet de réduire l'encombrement et de faciliter l'intégration à n'importe quel système.
  • Il peut être remarqué que cet agencement présente l'avantage de fonctionner sur différentes bandes de fréquences moyennant une homothétie géométrique et un recalcul des charges.
    • Exemple 2 : Antenne pour les bandes L1 et L2
  • L'antenne 10 selon le deuxième exemple est représentée schématiquement sur la figure 5.
  • L'antenne 10 comporte deux réseaux antennaires 12_1 et 12_2.
  • Le premier réseau antennaire 12_1 présente une forme similaire au réseau antennaire 12 de la figure 1.
  • Toutefois, il est dimensionné pour fonctionner sur la bande de fréquences L2 et plus spécifiquement autour de la fréquence centrale de 1225 MHz.
  • Dans ce cas, le premier dipôle couplé 14C1 est relié à une première charge Z1 capacitive de 0,5 pF, le deuxième dipôle couplé 14C2 est relié à une deuxième charge Z2 résistive de 1 MΩ et le troisième dipôle couplé 14C3 à une troisième charge Z3 capacitive de 3,3 pF.
  • Le deuxième réseau antennaire 12_2 présente la même architecture que le réseau antennaire 12 de la figure 1.
  • Toutefois, le dipôle alimenté 14A est remplacé par un dipôle couplé 14C, de sorte que le deuxième réseau antennaire 12_2 comporte quatre dipôles couplés 14C.
  • En référençant les dipôles similairement au cas du premier réseau antennaire 12_1 en continuant la numérotation, le deuxième réseau antennaire 12_2 comporte :
    • un quatrième dipôle couplé 14C4 à proximité du dipôle alimenté 14A qui est relié à une quatrième charge Z4 capacitive de 1,8 pF,
    • un cinquième dipôle couplé 14C5 à proximité du premier dipôle couplé 14C1 qui est relié à une cinquième charge Z5 capacitive de 0,5 pF,
    • un sixième dipôle couplé 14C6 à proximité du deuxième dipôle couplé 14C2 qui est relié à une sixième charge Z6 inductive de 24 nH, et
    • un septième dipôle couplé 14C7 à proximité du troisième dipôle couplé 14C3 qui est relié à une septième charge Z7 capacitive de 22 pF.
  • En l'espèce, les valeurs des impédances des charges Z1 à Z7 ont été choisies pour obtenir un rayonnement à polarisation circulaire dans les deux bandes de fréquences.
  • Plus précisément, les valeurs des impédances des charges Z1 à Z7 sont choisies pour que le rayonnement respecte les trois mêmes conditions que pour le premier exemple mais pour les deux bandes de fréquences L1 et L2.
  • D'un point de vue pratique, les dimensions de l'antenne 10 sont de 8 cm par 8 cm. L'antenne 10 est imprimée par lithographie (gravure de cuivre sur substrat diélectrique)
  • Les figures 6 à 8 présentent les performances obtenues avec l'antenne 10 selon le deuxième exemple.
  • La figure 6 présente deux courbes, une première courbe C1 en trait plein représentant l'évolution avec la fréquence du gain de l'antenne pour une polarisation circulaire droite dans la direction du zénith (selon l'axe Z) et une deuxième courbe C2 en trait pointillés illustrant la variation du rapport axial avec la fréquence.
  • Il apparaît que le gain est bien optimisé pour les deux fréquences précitées de 1225 MHz et 1575 MHz.
  • Avec la deuxième courbe C2 de la figure 6, il peut également être constaté que le rapport axial est minimisé sur les bandes L1 et L2. Cela permet d'assurer la réception des signaux satellite à des fréquences différentes utilisées pour améliorer par traitement des signaux la précision de géolocalisation.
  • Les figures 7 et 8 présentent les diagrammes de rayonnement dans deux plans de coupes différents et ce pour chaque polarisation. La figure 7 correspond à la fréquence de 1225 MHz (bande L2) tandis que la fréquence 8 correspond à la fréquence de 1575 MHz (bande L1).
  • Dans chacun des cas, il est observé que le gain RHCP dans la demi-sphère supérieure est privilégié et que le gain LHCP est minimisé.
  • L'optimisation adaptée des charges Z1 à Z7 associées au double réseau 12_1 et 12_2 de dipôles en L permet d'obtenir un rayonnement conforme aux exigences d'un système GNSS conjointement sur 2 bandes de fréquences sans le recours à un circuit d'excitation complexe (ici il y a uniquement un port d'accès à l'antenne). Cette simplicité privilégie l'encombrement et permet de réduire les coûts de fabrications.
    • Généralisation
  • La figure 9 montre de manière schématique que les dipôles 14 peuvent être agencés différemment que ce qui été présenté précédemment pour permettre un couplage entre eux.
  • Les agencements ont été représentés de manière simplifiée dans cette figure pour bien comprendre le propos.
  • Plus précisément, il est représenté sur la figure six agencements différents, numérotés en chiffres romains de I à VI.
  • Le premier agencement I correspond à celui de la figure 1 tandis que le deuxième agencement Il correspond à celui de la figure 5. Ces agencements sont uniquement repris pour faciliter la comparaison avec les agencements III à VI.
  • Le troisième agencement III propose d'éloigner les points d'accès 15 de sorte que les points d'accès 15 forment non plus un carré mais un rectangle. En l'espèce, le dipôle alimenté 14A et le premier dipôle couplé 14C1 ont été éloignés selon la deuxième direction transversale Y des deuxième et troisième dipôles couplés 14C2 et 14C3.
  • Dans l'exemple du quatrième agencement IV, un quatrième dipôle couplé 14C est ajouté de sorte que les points d'accès 15 forment un pentagone régulier.
  • Dans l'exemple du cinquième agencement V, le troisième dipôle couplé 14C3 est supprimé de sorte que les points d'accès 15 forment un triangle équilatéral.
  • Le sixième agencement VI correspond au même cas que celui de l'agencement V sauf que les brins 16 et 18 ne sont plus rectilignes mais curvilignes. Plus généralement, il est possible d'envisager toute forme pour les brins 16 et 18, notamment avec des méandres ou des repliements, pourvus que les brins 16 et 18 voisins soient suffisamment proches pour assurer un couplage.
  • Ainsi, dans chacun des agencements de la figure 9, les points d'accès 15 sont agencés pour former un polygone, le premier brin 16 d'un dipôle 14 s'étendant le long du deuxième brin 18 d'un dipôle 14 voisin sur le polygone à une distance inférieure ou égale au dixième de la longueur d'onde de fonctionnement. La distance est dans ce cas définie comme la distance minimale entre deux points des deux brins 16 et 18.
  • Par l'expression « polygone », il est entendu ici un polygone non aplati. Cela signifie que chaque dipôle couplé 14C est agencé pour que chaque direction d'un brin présente une intersection avec une direction d'un autre brin.
  • Cela permet d'obtenir une antenne 10 capable d'émettre des ondes radiofréquences de polarisation circulaire et présentant un encombrement réduit. Selon des cas particuliers, la polarisation de l'antenne 10 est une polarisation RHCP ou LHCP.
  • Ainsi, une telle antenne est particulièrement adaptée pour de multiples applications parmi lesquelles les systèmes de positionnement par satellites quels que soient leur nature, la radio numérique par satellite, les communications avec des microsatellites en orbite basse, des lecteurs RFID, des radars ou des systèmes de communication entre véhicules.
  • Il peut également être envisagé des variantes avec un nombre de dipôles 14 moindre dans le réseau antennaire 12.
  • En particulier, il est possible de considérer une variante à deux dipôles, un dipôle alimenté et un dipôle couplé.
  • Cela permet de diminuer encore l'encombrement.
  • Deux exemples de modes de réalisation (A et B) sont donnés dans la figure 10.
  • Dans les deux cas, les brins des dipôles 14 forment sensiblement un carré.
  • Selon l'exemple du mode de réalisation A, les brins des dipôles 14 sont rectilignes.
  • A contrario, dans l'exemple du mode de réalisation B, les brins des dipôles forment un coude.
  • Plus précisément, les brins comportent une première partie et une deuxième partie, les deux parties étant orthogonales et reliées ensemble.
  • Les premières parties sont agencées similairement au cas des brins des dipôles 14 du mode de réalisation B. Les deuxièmes parties sont agencées pour que les brins se replient vers l'autre dipôle.
  • De plus, les deuxièmes parties sont plus courtes que les premières parties. Typiquement, la longueur d'une deuxième partie est inférieure à la moitié de la longueur d'une première partie.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le nombre de dipôles 14 dans le réseau antennaire 12 est plus élevé, par exemple plus que 5.
  • Cela permet de générer une polarisation circulaire de meilleure qualité et d'adresser plus de bandes de fréquences.
  • Selon un mode de réalisation, ces performances sont encore améliorées par un motif d'antennes symétriques, c'est-à-dire que les dipôles 14 sont agencés de manière symétrique par rapport à un axe et que les lignes réalisant l'alimentation sont parallèles à cet axe, comme cela est le cas pour l'agencement de la figure 5 où l'axe correspond à une direction à 45°.
  • Comme expliqué précédemment, il est possible d'imprimer les motifs sur un matériau diélectrique rigide ou flexible, ce qui facilite la mise en oeuvre des antennes.
  • Il peut même être envisagé d'imprimer les antennes directement sur le système équipé de l'antenne.
  • Enfin, dans l'ensemble des modes de réalisations précédents, l'antenne 10 est décrite comme fonctionnant en émission, le lecteur comprendra bien que l'agencement de l'antenne 10 peut également être utilisé pour une antenne fonctionnant en réception.
  • Pour cela, il suffit de relier le dipôle alimenté 14A à un récepteur propre à recevoir une onde à la fréquence de fonctionnement f0 au lieu de le relier à une source propre à générer une onde à la fréquence de fonctionnement f0.
  • Aussi, dans le cas général, un dipôle alimenté 14A est relié en un point d'accès 15 à un transmetteur radiofréquence propre à générer ou recevoir une onde à la fréquence de fonctionnement f0.

Claims (11)

  1. Antenne radiofréquence (10) comportant au moins un réseau antennaire (12, 12_1, 12_2) fonctionnant à une fréquence de fonctionnement (f0), chaque réseau antennaire (12, 12_1, 12_2) comprenant :
    - un dipôle alimenté (14A), le dipôle alimenté (14A) étant relié en un point d'accès (15) à un transmetteur radiofréquence propre à générer ou recevoir une onde à la fréquence de fonctionnement (f0),
    - au moins un dipôle couplé (14C, 14C1, 14C2, 14C3, 14C4, 14C5, 14C6, 14C7), chaque dipôle couplé (14C, 14C1, 14C2, 14C3, 14C4, 14C5, 14C6, 14C7) étant relié en un point d'accès à une charge (Z, Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7) résistive et/ou capacitive et/ou inductive respective,
    le dipôle alimenté (14A) et chaque dipôle couplé (14C, 14C1, 14C2, 14C3, 14C4, 14C5, 14C6, 14C7) comportant deux brins (16, 18), les brins (16, 18) s'étendant depuis le point d'accès (15), les points d'accès (15) étant agencés pour former un polygone,
    une direction étant définie pour chaque brin (16, 18), le dipôle alimenté (14A) et chaque dipôle couplé (14C, 14C1, 14C2, 14C3, 14C4, 14C5, 14C6, 14C7) étant agencés pour que chaque direction d'un brin (16, 18) présente une intersection avec une direction d'un autre brin (16, 18), et
    le premier brin (16) d'un dipôle (14) s'étendant le long du deuxième brin (18) d'un dipôle (14) voisin sur ledit polygone à une distance inférieure ou égale au dixième de la longueur d'onde (λ0) correspondant à la fréquence de fonctionnement (f0), ladite longueur d'onde étant dite longueur de fonctionnement (λ0).
  2. Antenne radiofréquence selon la revendication 1, dans lequel les deux brins (16, 18) présentent une longueur inférieure ou égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement (λ0).
  3. Antenne radiofréquence selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier brin (16) d'un dipôle (14) s'étend le long du deuxième brin (18) d'un dipôle (14) voisin sur ledit polygone à une distance inférieure ou égale au vingtième de la longueur d'onde de fonctionnement (λ0).
  4. Antenne radiofréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les directions de deux brins (16,18) d'un même dipôle (14) présentent entre elles un angle égal à 90° à 10% près.
  5. Antenne radiofréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le polygone est un polygone régulier.
  6. Antenne radiofréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le nombre de dipôles couplés (14C, 14C1, 14C2, 14C3, 14C4, 14C5, 14C6, 14C7) d'un réseau antennaire (12, 12_1, 12_2) est compris entre 2 et 4.
  7. Antenne radiofréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'antenne radiofréquence (10) comporte deux réseaux antennaires (12, 12_1, 12_2), le polygone formé par les points d'accès (15) du deuxième réseau antennaire (12, 12_2) étant inclus dans l'espace interne délimité par le polygone formé par les points d'accès (15) du premier réseau antennaire (12_1), chaque réseau antennaire (12, 12_1, 12_2) fonctionnant à une fréquence de fonctionnement respective.
  8. Antenne radiofréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'antenne radiofréquence (10) comporte un plan réflecteur (20) situé à une distance inférieure ou égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement (λ0).
  9. Antenne radiofréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les brins (16, 18) présentent des méandres ou des repliements.
  10. Antenne radiofréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les charges (Z, Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7) des dipôles couplés (14C, 14C1, 14C2, 14C3, 14C4, 14C5, 14C6, 14C7) sont choisies pour que :
    - le rayonnement de l'antenne radiofréquence (10) présente une polarisation circulaire droite avec un gain maximum dans la direction perpendiculaire à l'antenne radiofréquence (10),
    - le rayonnement de l'antenne de l'antenne radiofréquence (10) présente une polarisation circulaire droite uniforme pour une ouverture d'élévation entre 90° et -90° autour de la direction perpendiculaire à l'antenne radiofréquence (10), et
    - le gain de la polarisation croisée est minimisé.
  11. Système, notamment système de positionnement par satellites, comportant au moins une antenne radiofréquence (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
EP22214832.2A 2021-12-21 2022-12-20 Antenne radiofréquence planaire à polarisation circulaire Pending EP4203191A1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2114072A FR3131106B1 (fr) 2021-12-21 2021-12-21 Antenne radiofréquence planaire à polarisation circulaire

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4203191A1 true EP4203191A1 (fr) 2023-06-28

Family

ID=81346060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22214832.2A Pending EP4203191A1 (fr) 2021-12-21 2022-12-20 Antenne radiofréquence planaire à polarisation circulaire

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230198163A1 (fr)
EP (1) EP4203191A1 (fr)
FR (1) FR3131106B1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000341035A (ja) * 1999-05-31 2000-12-08 Harada Ind Co Ltd ダイポール形円偏波励振アンテナ
US9917376B2 (en) 2013-08-20 2018-03-13 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Method for determining an antenna array
CN109149094A (zh) * 2018-08-24 2019-01-04 深圳大学 偶极子天线阵列

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000341035A (ja) * 1999-05-31 2000-12-08 Harada Ind Co Ltd ダイポール形円偏波励振アンテナ
US9917376B2 (en) 2013-08-20 2018-03-13 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Method for determining an antenna array
EP2840654B1 (fr) * 2013-08-20 2020-06-17 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Procédé de détermination d'un réseau antennaire
CN109149094A (zh) * 2018-08-24 2019-01-04 深圳大学 偶极子天线阵列

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GE LEI ET AL: "A magneto-electric dipole antenna with tunable H-plane beamwidth", 2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS (ICCEM), IEEE, 23 February 2016 (2016-02-23), pages 248 - 250, XP032978223, DOI: 10.1109/COMPEM.2016.7588583 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR3131106B1 (fr) 2024-05-10
FR3131106A1 (fr) 2023-06-23
US20230198163A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3547450B1 (fr) Element rayonnant a polarisation circulaire mettant en oeuvre une resonance dans une cavite de fabry perot
EP3669422B1 (fr) Antenne plaquée présentant deux modes de rayonnement différents à deux fréquences de travail distinctes, dispositif utilisant une telle antenne
EP0899814B1 (fr) Structure rayonnante
EP0708492B1 (fr) Antenne à microbande notamment pour des applications horlogères
EP0427654B1 (fr) Antenne en hélice, quadrifilaire, résonnante bicouche
EP1751820B1 (fr) Antenne planaire à plots conducteurs à partir du plan de masse et/ou d'au moins un élément rayonnant, et procédé de fabrication correspondant
FR2752646A1 (fr) Antenne imprimee plane a elements superposes court-circuites
EP0888647B1 (fr) Antenne helice a alimentation large bande integree, et procedes de fabrication correspondants
FR2810163A1 (fr) Perfectionnement aux antennes-sources d'emission/reception d'ondes electromagnetiques
FR2640431A1 (fr) Dispositif rayonnant multifrequence
EP1690317B1 (fr) Antenne en reseau multi-bande a double polarisation
EP1589608A1 (fr) Antenne compacte RF
FR2709833A1 (fr) Instrument d'écoute large bande et bande basse pour applications spatiales.
EP4012839A1 (fr) Réseau antennaire à rayonnement directif
FR2751471A1 (fr) Dispositif rayonnant a large bande susceptible de plusieurs polarisations
WO2016067269A1 (fr) Formation de zéros dans des diagrammes d'antenne à polarisation circulaire au moyen d'une charge réactive d'une antenne en spirale à plusieurs bras
EP0430745A1 (fr) Antenne à polarisation circulaire, notamment pour réseau d'antennes
EP0463263B1 (fr) Antenne omnidirective en polarisation circulaire transversale à maximum de gain sous l'horizon
EP1188202B1 (fr) Dispositif d'emission et/ou de reception de signaux
EP4203191A1 (fr) Antenne radiofréquence planaire à polarisation circulaire
EP0860894B1 (fr) Antenne miniature résonnante de type microruban de forme annulaire
EP0477102B1 (fr) Réseau directif pour radiocommunications, à éléments rayonnants adjacents et ensemble de tels réseaux directifs
EP3900113B1 (fr) Antenne microruban élémentaire et antenne réseau
FR2760133A1 (fr) Antenne resonnante pour l'emission ou la reception d'ondes polarisees
EP2293385B1 (fr) Antenne autodirectrice en polarisation circulaire

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20221220

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIESALTERNATIVES