FR2775127A1

FR2775127A1 - Isolated slab antenna construction

Info

Publication number: FR2775127A1
Application number: FR9801909A
Authority: FR
Inventors: Jacques Saint; Marc Edimo; Manuel Perez; Georges Dupont; Abdelaziz Slama; Saturnino Rodriguez
Original assignee: Tekelec Temex
Current assignee: Alex Temex Multimedia
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 1999-08-20

Abstract

The antenna is designed to reduce parasitic radiation allowing the box side wall height to be reduced.

Description

L'invention concerne une antenne en plaque, du type comportant sur une face d'une plaque en un matériau isolant, un motif rayonnant réalisé sous forme d'un circuit imprimé, et sur l'autre face un circuit imprimé de connexion du motif rayonnant à un câble coaxial d'alimentation en énergie électrique, la plaque étant placée dans un boîtier de forme sensiblement parallélépipédique comportant des parois métalliques de fond et latérales, à une distance prédéterminée de ces parois de fond et latérales dont l'une comporte un orifice de passage du câble coaxial. The invention relates to a plate antenna, of the type comprising on one side of a plate of insulating material, a radiating pattern produced in the form of a printed circuit, and on the other side a printed circuit for connecting the radiating pattern. to a coaxial electric power supply cable, the plate being placed in a housing of substantially parallelepipedal shape having metal bottom and side walls, at a predetermined distance from these bottom and side walls, one of which has an orifice for passage of the coaxial cable.

Il s'est avéré que les performances normalement bonnes des antennes de ce type se dégradent lorsque l'on diminue la hauteur du boîtier, ce qui est cependant nécessaire dans de nombreux cas d'application. It has been found that the normally good performance of antennas of this type deteriorates when the height of the housing is reduced, which is however necessary in many cases of application.

La présente invention a pour but de proposer une solution à ce problème. The object of the present invention is to propose a solution to this problem.

Pour atteindre ce but, l'antenne en plaque selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de compensation d'une réduction de la hauteur des parois latérales, qui sont constituées par des moyens de réduction du rayonnement parasite de l'antenne. To achieve this goal, the plate antenna according to the invention is characterized in that it comprises means for compensating for a reduction in the height of the side walls, which are constituted by means for reducing the stray radiation of the 'antenna.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'antenne en plaque selon l'invention est caractérisée en ce que les bords supérieurs des parois latérales du boîtier sont repliés sensiblement perpendiculairement vers l'intérieur du boîtier. According to a first embodiment of the invention, the plate antenna according to the invention is characterized in that the upper edges of the side walls of the housing are folded substantially perpendicularly towards the interior of the housing.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le conducteur extérieur du câble coaxial est électriquement relié à la paroi latérale que le câble traverse. According to an advantageous characteristic of the invention, the outer conductor of the coaxial cable is electrically connected to the side wall which the cable passes through.

Selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, l'orifice de passage du câble coaxial se trouve dans une paroi latérale près du fond du boîtier, le câble coaxial est disposé sur le fond et son extrémité de connexion au motif rayonnant s'étend sensiblement perpendiculairement à ladite plaque à partir dudit fond du boîtier. According to a second preferred embodiment of the invention, the orifice for the passage of the coaxial cable is located in a side wall near the bottom of the housing, the coaxial cable is disposed on the bottom and its connection end to the radiating pattern is extends substantially perpendicular to said plate from said bottom of the housing.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le boîtier est réalisé entièrement en tôle emboutie, avec les parois latérales repliées perpendiculairement au fond. According to an advantageous characteristic of the invention, the housing is made entirely of stamped sheet metal, with the side walls folded perpendicular to the bottom.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la plaque porteuse du motif rayonnant est supportée par des pattes découpées dans les parois du boîtier et repliées pour former des faces d'appui pour la plaque. According to another advantageous characteristic of the invention, the carrier plate of the radiating pattern is supported by lugs cut from the walls of the housing and folded back to form bearing faces for the plate.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels
- la figure 1 est une vue de dessus d'une antenne en plaque selon un premier mode de réalisation de la présente invention
- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne
II-II de la figure 1
- la figure 3 illustre le diagramme de rayonnement de l'antenne représentée sur les figures 1 et 2
- la figure 4 est une vue du diagramme de rayonnement d'une antenne à plaque comportant un boîtier de hauteur réduite sans rabat, mais avec des moyens de mise à la masse du conducteur extérieur du câble coaxial
- la figure 5 montre le diagramme de rayonnement d'une antenne de hauteur de boîtier réduite, avec rabat mais sans moyen de mise à la masse du conducteur extérieur de câble coaxial
- la figure 6 est une vue de dessus d'une antenne en plaque selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention
- la figure 7 est une vue en coupe le long de la ligne VII-VII de la figure 6
- la figure 8 est une vue en coupe le long de la ligne VIII-VIII de la figure 6, et
- les figures 9 et 10 montrent des diagrammes de rayonnement de l'antenne selon les figures 6 à 8 dans des plans respectivement horizontal H et vertical E.The invention will be better understood and other objects, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly during the explanatory description which follows, made with reference to the appended schematic drawings given solely by way of example illustrating two modes. of the invention and in which
- Figure 1 is a top view of a plate antenna according to a first embodiment of the present invention
- Figure 2 is a sectional view along the line
Figure II-II
- Figure 3 illustrates the radiation pattern of the antenna shown in Figures 1 and 2
- Figure 4 is a view of the radiation diagram of a plate antenna comprising a reduced height housing without flap, but with means for grounding the outer conductor of the coaxial cable
- Figure 5 shows the radiation diagram of an antenna of reduced housing height, with flap but without means of earthing the external conductor of coaxial cable
- Figure 6 is a top view of a plate antenna according to a second preferred embodiment of the present invention
- Figure 7 is a sectional view along line VII-VII of Figure 6
FIG. 8 is a sectional view along line VIII-VIII of FIG. 6, and
- Figures 9 and 10 show radiation patterns of the antenna according to Figures 6 to 8 in respectively horizontal H and vertical E.

Conformément aux figures 1 et 2 et 6 à 8, une antenne selon l'invention comporte un boîtier 1 de forme générale parallélépipédique dont les parois de fond 2 et latérales 3 sont métalliques et une plaque 4 qui porte sur ses faces inférieure 5 et supérieure 6 respectivement un motif de circuit imprimé rayonnant 7 et un circuit imprimé 8 de connexion du motif rayonnant 7 à un cable coaxial 10 d'alimentation en énergie électrique de l'antenne. In accordance with FIGS. 1 and 2 and 6 to 8, an antenna according to the invention comprises a box 1 of generally parallelepipedal shape, the bottom 2 and side walls 3 of which are metallic and a plate 4 which carries on its lower 5 and upper 6 faces respectively a radiating printed circuit pattern 7 and a printed circuit 8 for connecting the radiating pattern 7 to a coaxial cable 10 for supplying electrical power to the antenna.

Comme le montre clairement la figure 1, le motif rayonnant 7 comporte quatre couronnes circulaires 12a12d qui sont juxtaposées de façon que leurs centres se trouvent sur l'axe médiane longitudinal X-X du boîtier et que les couronnes adjacentes soient en contact au niveau de leurs périphéries. Les quatres couronnes 12a-d sont groupées en deux paires de couronnes respectivement 12a, 12b et 12c, 12d. Les couronnes de chaque paire comportent dans leur zone de jonction 13 une fente étroite 14 qui traverse entièrement radialement les deux couronnes, au niveau de l'axe X-X. Chaque paire de couronnes est reliée à un endroit près de la fente 14, sensiblement au milieu de celle-ci, à travers l'épaisseur de la plaque à un conducteur imprimé 16 du circuit de connexion 8 sur l'autre face de la plaque et qui s'étend sensiblement au milieu de la couronne respectivement 12d et 12c jusqu'à la jonction en 17 des deux couronnes 12b et 12c et est reliée par un conducteur imprimé 18 au conducteur intérieur indiqué en 19 du câble coaxial 10. As clearly shown in Figure 1, the radiating pattern 7 comprises four circular rings 12a12d which are juxtaposed so that their centers are on the longitudinal central axis X-X of the housing and that the adjacent rings are in contact at their peripheries. The four crowns 12a-d are grouped into two pairs of crowns 12a, 12b and 12c, 12d respectively. The rings of each pair have in their junction zone 13 a narrow slot 14 which crosses the two rings entirely radially, at the axis X-X. Each pair of crowns is connected at a location near the slot 14, substantially in the middle of the latter, through the thickness of the plate to a printed conductor 16 of the connection circuit 8 on the other face of the plate and which extends substantially in the middle of the crown 12d and 12c respectively until the junction at 17 of the two crowns 12b and 12c and is connected by a printed conductor 18 to the inner conductor indicated at 19 of the coaxial cable 10.

Dans le premier mode de réalisation de l'invention selon les figures 1 et 2, le boîtier est réalisé avantageusement en fonderie et la plaque 4 est maintenue par quatre entretoises de support 21 à une distance prédéterminée de la paroi de fond 2 du boîtier, qui sont situées au niveau des angles du motif de couronnes, et par deux entretoises 22 disposées autour de la connexion au câble coaxial 10. In the first embodiment of the invention according to Figures 1 and 2, the housing is advantageously made in foundry and the plate 4 is held by four support spacers 21 at a predetermined distance from the bottom wall 2 of the housing, which are located at the angles of the pattern of crowns, and by two spacers 22 arranged around the connection to the coaxial cable 10.

Conformément à l'invention, pour réduire la hauteur du boîtier, les bords supérieurs des parois latérales 3 sont rabattus perpendiculairement vers le milieu du boîtier pour former les rabats 24. In accordance with the invention, to reduce the height of the housing, the upper edges of the side walls 3 are folded perpendicularly towards the middle of the housing to form the flaps 24.

Pour éviter la propagation des courants de surface dans ces conditions, le long du câble coaxial 10, le conducteur extérieur 25 du câble coaxial est électriquement relié à la paroi latérale 2 à travers laquelle passe le câble par un orifice 28, par l'intermédiaire d'une plaque 26 de recouvrement de l'orifice de passage et une bague relativement épaisse 27 qui entoure le conducteur extérieur 25. To avoid the propagation of surface currents under these conditions, along the coaxial cable 10, the outer conductor 25 of the coaxial cable is electrically connected to the side wall 2 through which the cable passes through an orifice 28, via d a plate 26 covering the passage orifice and a relatively thick ring 27 which surrounds the external conductor 25.

Les figures 3 à 5 montrent les effets que procurent les rabats 24 et la mise à la masse du conducteur extérieur 25 du câble coaxial. Figures 3 to 5 show the effects of the flaps 24 and the grounding of the outer conductor 25 of the coaxial cable.

Les avantages que procure l'antenne selon l'invention, grâce aux rabats 24 et à la mise à la masse du conducteur extérieur du câble coaxial ressortent d'une comparaison des figures 3 à 5, qui représentent chacune le gain relatif G en dB en fonction de l'angle a de l'antenne selon l'invention telle que représentée sur les figures 1 et 2 et des configurations d'antenne sans rabat mais avec bague et avec rabat sans bague selon respectivement les figures 4 à 5. The advantages provided by the antenna according to the invention, thanks to the flaps 24 and to the grounding of the external conductor of the coaxial cable emerge from a comparison of FIGS. 3 to 5, which each represent the relative gain G in dB in function of the angle a of the antenna according to the invention as shown in FIGS. 1 and 2 and of the antenna configurations without flap but with ring and with flap without ring according to FIGS. 4 to 5 respectively.

On constate que, grâce aux rabats et à la bague de la mise à la masse, les lobes latéraux du diagramme de rayonnement de l'antenne selon l'invention (figure 3) sont considérablement plus faibles par rapport aux antennes qui ne présentent pas les rabats ou la bague. It can be seen that, thanks to the flaps and to the earthing ring, the side lobes of the radiation pattern of the antenna according to the invention (FIG. 3) are considerably weaker compared to the antennas which do not have the flaps or ring.

On constate notamment, en prenant la figure 4 comme référence, que les rabats 24 permettent d'ameliorer la sélectivité de l'antenne et de réduire l'importance des lobes latéraux. La figure 5 enseigne que la bague a également un effet spécifique et important sur la directivité, le nombre et l'importance des lobes latéraux.It can be seen in particular, taking FIG. 4 as a reference, that the flaps 24 make it possible to improve the selectivity of the antenna and to reduce the size of the side lobes. Figure 5 teaches that the ring also has a specific and important effect on the directivity, the number and the importance of the side lobes.

En se référant aux figures 7 à 10, on décrira un deuxième mode de réalisation de l'invention, qui présente l'avantage de permettre une fabrication peu coûteuse de l'antenne. En effet, dans ce mode de réalisation, le boîtier est réalisé par pliage d'un pan de tôle en acier galvanisé en aluminium, la paroi latérale du boîtier étant obtenue par simple repliage vers le haut des bords du pan en forme de volets prédécoupés. La plaque 4 qui porte le circuit imprimé 8 repose sur 4 pattes de support 30 qui sont découpées dans les petites parois latérales 3 et replies horizontalement. La plaque 4 est fixée sur les pattes de toute façon appropriée en 31, par exemple par vissage ou rivetage. Referring to FIGS. 7 to 10, a second embodiment of the invention will be described, which has the advantage of allowing inexpensive manufacture of the antenna. In fact, in this embodiment, the housing is produced by folding a sheet of galvanized aluminum sheet steel, the side wall of the housing being obtained by simple folding up the edges of the pan in the form of precut flaps. The plate 4 which carries the printed circuit 8 rests on 4 support legs 30 which are cut in the small side walls 3 and folded horizontally. The plate 4 is fixed to the legs in any suitable manner at 31, for example by screwing or riveting.

Une autre particularité de ce mode de réalisation réside dans le fait que le câble d'alimentation 10 traverse l'une des longues parois latérales 3 près du fond 2, s'étend sensiblement jusqu'au centre du boîtier en reposant sur le fond et est ensuite replié verticalement vers le haut pour etre connecté au motif rayonnant 8 au centre de celuici. La partie interne du câble est dénudée de façon que le conducteur extérieur 25 soit dégagé. Pour assurer la connexion du câble à la plaque 4, on a découpé dans la paroi 2 du boîtier une languette 33 qui est repliée vers le haut et dont l'extrémité est ensuite recourbée horizontalement pour obtenir une patte de support centrale d'appui 34 de la plaque et de support des moyens de fixation du câble 10 à la plaque. En effet l'extrémité verticale 35 du câble est fixée à la plaque par l'intenmédiaire d'une coupelle 36 en tôle emboutie, de toute façon appropriée, par exemple par visserie, ou avantageusement par rivetage, le conducteur extérieur 25 du câble 10 étant serti ou soudé à la coupelle. Pour maintenir le câble à l'intérieur du boîtier, au niveau du fond 2, on a découpé dans celui-ci des pattes de retenue 38 qui enserrent le conducteur extérieur 25 du câble 10. Another feature of this embodiment is that the power cable 10 passes through one of the long side walls 3 near the bottom 2, extends substantially to the center of the housing, resting on the bottom and is then folded vertically upwards to be connected to the radiating pattern 8 in the center of it. The internal part of the cable is stripped so that the outer conductor 25 is released. To ensure the connection of the cable to the plate 4, a tongue 33 has been cut from the wall 2 of the housing which is folded upwards and the end of which is then bent horizontally to obtain a central support support tab 34 of the plate and support means for fixing the cable 10 to the plate. In fact, the vertical end 35 of the cable is fixed to the plate by means of a cup 36 of stamped sheet metal, in any suitable manner, for example by screws, or advantageously by riveting, the external conductor 25 of the cable 10 being crimped or welded to the cup. To keep the cable inside the housing, at the bottom 2, retaining tabs 38 have been cut therein which enclose the outer conductor 25 of the cable 10.

L'alimentation électrique du motif rayonnant par en-dessous permet de réduire la largeur de la plaque 4 par rapport au mode de réalisation représenté sur les figures 1 comme le montre la comparaison des figures 1 et 6. The electrical supply of the radiating pattern from below makes it possible to reduce the width of the plate 4 compared to the embodiment represented in FIGS. 1 as shown by the comparison of FIGS. 1 and 6.

Les figures 9 et 10 montrent les performances radioélectriques que l'antenne selon le deuxième mode de réalisation de l'invention permet d'obtenir, avec un boîtier d'une longueur de 202 mm, d'une largeur de 120 mm et d'une hauteur de 21 mm, le motif rayonnant représentent ayant un diamètre de couronne extérieur de l'ordre de 46 mm. A des fréquences de fonctionnement comprises entre 1880 à 1930 MHz, l'antenne assure un gain nominal de +9 dBi + 1 dBi, une largeur de faisceau horizontal à -3dB de 400 t 3 , une largeur de faisceau vertical à -3dB de 600 t 100, une largeur de faisceau horizontal à -30dB de 1100 t 30 et une largeur de faisceau vertical à - 25dB de 1600 + 100. Le niveau des lobes secondaires dans le plan horizontal H est inférieur à -30dB (figure 9) et le niveau des lobes secondaires dans le plan vertical E est inférieur à 25dB (figure 10). Figures 9 and 10 show the radio performance that the antenna according to the second embodiment of the invention allows to obtain, with a housing with a length of 202 mm, a width of 120 mm and a height of 21 mm, the radiating pattern represent having an outer crown diameter of the order of 46 mm. At operating frequencies between 1880 to 1930 MHz, the antenna provides a nominal gain of +9 dBi + 1 dBi, a horizontal beam width at -3dB of 400 t 3, a vertical beam width at -3dB of 600 t 100, a horizontal beam width at -30dB of 1100 t 30 and a vertical beam width at - 25dB of 1600 + 100. The level of the secondary lobes in the horizontal plane H is less than -30dB (Figure 9) and the level of the secondary lobes in the vertical plane E is less than 25 dB (FIG. 10).

Bien entendu des multiples modifications peuvent être apportées au mode de réalisation représenté sur les figures 7 et 8. Ainsi les pattes de support 30, au lieu d'être découpées dans les parois latérales peuvent aussi être réalisées en les découpant dans la paroi de fond. Of course, multiple modifications can be made to the embodiment shown in FIGS. 7 and 8. Thus the support tabs 30, instead of being cut out from the side walls, can also be produced by cutting them out from the bottom wall.

D'autre part, il est possible d'agencer dans le premier mode de réalisation de l'invention, le câble de la manière décrite à l'occasion du second mode de réalisation et de prévoir des rabats selon le premier mode de réalisation aussi dans le second mode de réalisation. On the other hand, it is possible to arrange in the first embodiment of the invention, the cable in the manner described on the occasion of the second embodiment and to provide flaps according to the first embodiment also in the second embodiment.

L'effet de réduction des lobes parasites a été montré avec un circuit imprimé à quatre couronnes. Mais cette configuration des motifs n'a été donnée qu'à titre d'exemple. La réduction des lobes parasites s'obtient également avec d'autres configurations de motif. The effect of reducing parasitic lobes has been shown with a printed circuit with four crowns. However, this configuration of the patterns has been given only by way of example. The reduction of parasitic lobes is also obtained with other pattern configurations.

Claims

R ~ CLAIMS

1. A plate antenna of the type comprising on one side of a plate made of an insulating material a radiating pattern produced in the form of a printed circuit, and on the other face a printed circuit for connecting the radiating pattern to a coaxial cable d electrical power supply, the plate being placed in a housing of substantially parallelepipedal shape comprising metal bottom and lateral walls, at a predetermined distance from these bottom and lateral walls, one of which has a hole for the passage of the coaxial cable, characterized in that it comprises means for compensating for a reduction in the height of the side walls (3) which are constituted by means for reducing the stray radiation of the antenna.

2. Antenna according to claim 1, characterized in that the upper edges of the side walls of the housing are folded substantially perpendicularly in

(24) towards the inside of the housing.

3. Antenna according to claim 2, characterized in that the outer conductor (25) of the coaxial cable (10) is electrically connected to the side wall (3) which the cable passes through.

4. Antenna according to claim 3, characterized in that the coaxial cable (10) passes through an orifice made in the side wall (3) of the housing, that this orifice is covered by a metal plate

(26), fixed on the inside of the wall (3) and in that a relatively thick ring (27) surrounds the outer conductor (25) of the cable and is electrically connected to this conductor and to the side wall

(3) via the cover plate

(26).

5. Antenna according to one of claims 1 or 2, characterized in that the cable passage opening

(10) is located in a side wall (3) near the bottom

(2) thereof and in that the cable (10) is connected to the radiating pattern (8) from below the plate (4) carrying this pattern.

6. Antenna according to claim 5, characterized in that the housing is made entirely of stamped sheet metal, with the side walls (3) formed by flaps folded perpendicular to the bottom (2).

7. Antenna according to claim 6, characterized in that the plate (4) carrying the radiating pattern (8) rests on support legs (30, 33) obtained by cutting from the sheet metal constituting the housing.

8. Antenna according to claim 7, characterized in that the plate (4) rests on four tabs (30) cut in two side walls (3) opposite the housing.

9. Antenna according to one of claims 7 or 8, characterized in that a tongue (33) is cut in the bottom wall (2) of the housing and folded so as to form a central tab (35) of support of the plate and of the support means (36) for fixing the cable (10) to the plate (4).

10. Antenna according to claim 9, characterized in that the fixing means comprise a cup (36) advantageously fixed by riveting to the plate and in that the outer conductor (25) of the cable (10) is connected to the cup.

11. Antenna according to one of claims 5 to 10, characterized in that the external conductor (25) of the coaxial cable (10) is released inside the housing and enclosed between retaining tabs (38) cut in the bottom wall (2) of the housing.

12. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the housing has a length of the order of 202 mm, a width of the order of 120 mm and a height of the order of 21 mm.

13. Antenna according to claim 11, characterized in that, at operating frequencies between 1880 and 1930 MHz, the radiation pattern of the antenna comprises secondary lobes in the H plane less than -30dB and in the V plane less than -25dB.