FR2784506A1

FR2784506A1 - Antenne a plaque

Info

Publication number: FR2784506A1
Application number: FR9812727A
Authority: FR
Inventors: Frederic Diximus; Daniel Leclerc
Original assignee: Amphenol Socapex SA
Current assignee: Amphenol Socapex SA
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2000-04-14
Also published as: CN1126191C; US6285326B1; DK1038333T3; ES2245516T3; TW445666B; EP1038333A1; HK1034811A1; EP1038333B1; CN1287697A; ATE299299T1; KR20010032890A; JP2002527974A; WO2000022695A1; DE69926050D1

Abstract

L'invention concerne une antenne à plaque pour émettre ou recevoir des ondes de longueur d'onde lambda.Elle comprend une première plaque isolante (10) et une première métallisation (12) réalisée sur une face de ladite plaque pour former un plan de masse; une deuxième plaque isolante (14) et au moins une deuxième métallisation (16) réalisée sur une face de ladite deuxième plaque et présentant des dimensions inférieures à celles de la première métallisation; au moins une ligne d'alimentation (22) reliée auxdites première et deuxième métallisation; et des moyens d'entretoisement (18, 20) solidaires des deux plaques pour maintenir les deux plaques dans une position relative prédéterminée de telle manière que les deux métallisations soient tournées l'une vers l'autre et que la deuxième métallisation soit en regard de la première.

Description

La présente invention a pour objet une antenne du type à plaque pour émettre et recevoir des ondes de longueur d'onde k appartenant à la bande de fréquence allant de 100 Mhz à 6 Ghz et présentant en particulier d'excellentes caractéristiques d'émission et de réception dans les bandes 3,5 Ghz, la bande C et la bande S.

Les antennes à plaque sont bien connues. Elles sont le plus souvent constituées par une première plaque métallique formant un plan de masse et par une ou plusieurs autres plaques métalliques disposées en regard du plan de masse et qui constituent les plaques rayonnantes. Le plus souvent, ces deux systèmes de plaque métalliques sont fixés sur les faces opposées d'un bloc en matériau diélectrique assurant ainsi en outre la liaison mécanique entre le plan de masse et la ou les plaques rayonnantes.

Cependant, un tel système peut devenir onéreux notamment en raison du coût du matériau diélectrique de grande qualité lorsque la ou les plaques rayonnantes présentent une surface relativement importante.

Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé d'utiliser comme diélectrique l'air interposé entre le plan de masse et la plaque rayonnante. Dans le cas d'une unique plaque rayonnante, cette solution est déjà d'une mise en oeuvre très délicate dans la mesure où il est difficile d'assurer le maintien d'une position précise de la plaque rayonnante par rapport au plan de masse et d'assurer une liaison mécanique entre ces deux plaques pouvant résister à des sollicitations externes. Ce problème est rendu encore plus complexe dans le cas où la partie rayonnante de l'antenne doit comporter plusieurs plaques métalliques puisque celles-ci doivent tre maintenues rigoureusement dans un mme plan.

Un objet de la présente invention est de fournir une antenne à plaque utilisant comme matériau diélectrique l'air tout en évitant les inconvénients mentionnés ci-dessus, notamment en ce qui concerne la structure mécanique de l'antenne.

Pour atteindre ce but, selon l'invention, 1'antenne du type à plaque pour émettre ou recevoir des ondes de longueur d'onde X se caractérise en ce qu'elle comprend :
-une première plaque isolante et une première métallisation réalisée sur une face de ladite plaque recouvrant une partie de ladite première plaque pour former un plan de masse ;
-une deuxième plaque isolante et au moins une deuxième métallisation réalisée sur une face de ladite deuxième plaque et présentant des dimensions inférieures à celles de la première métallisation ;
-au moins un conducteur d'antenne relié auxdites première et deuxième métallisation ; et
-des moyens d'entretoisement solidaires des deux plaques pour maintenir les deux plaques dans une position relative prédéterminée de telle manière que les deux métallisations soient tournées l'une vers l'autre et que la deuxième métallisation soit en regard de la première.

On comprend que grâce au fait que le plan de masse et la ou les plaques rayonnantes sont disposées sur des supports isolants présentant une bonne résistance mécanique et que, de plus, les plaques conductrices se font directement face, on obtient une antenne à plaque qui peut comporter une ou plusieurs plaques rayonnantes qui utilise l'air comme diélectrique et qui présente une structure mécanique convenable puisque la liaison mécanique est réalisée par l'intermédiaire des plaques isolantes qui servent de supports.

Selon un mode préféré de mise en oeuvre, ladite deuxième plaque comporte une zone périphérique entourant ladite deuxième métallisation sur une largeur sensiblement égale à B/10, correspondant à une région de champ électromagnétique maximal créé par la périphérie de ladite deuxième métallisation, ladite deuxième plaque étant munie d'évidements dans au moins une partie de ladite zone périphérique, des portions pleines séparant lesdits évidements pour assurer une liaison mécanique entre la portion de ladite deuxième plaque portant la deuxième métallisation et le reste de ladite deuxième plaque.

Comme on l'expliquera plus en détails, selon ce mode préféré de mise en oeuvre, la présence des évidements dans la plaque entourant au moins une partie des métallisations formant la ou les plaques rayonnantes permet d'utiliser effectivement l'air comme diélectrique dans la zone de champ électronique maximale produite par la périphérie de la ou des métallisations rayonnantes. On obtient ainsi un fonctionnement optimal de l'antenne.

Selon encore un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, la deuxième plaque isolante de l'antenne est munie d'une pluralité de deuxièmes métallisations de forme sensiblement rectangulaire et les métallisations sont électriquement raccordées par des portions de liaison.

Dans ce mode de réalisation qui permet, grâce à la présence des différentes métallisations rayonnantes d'adapter de façon convenable le gain de l'antenne, on prévoit également des évidements dans la zone périphérique disposée de part et d'autre des éléments de liaison électrique entre les différentes métallisations rayonnantes.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles :
-la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un premier mode de réalisation de l'antenne dans le cas où celle-ci comporte une seule métallisation rayonnante ;
-la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 montrant les lignes de champs électromagnétiques entre le plan de masse et la métallisation rayonnante ;
-la figure 3 est une vue de dessous de la plaque supérieure dans le cas où celle-ci comporte plusieurs métallisations rayonnantes ;
-la figure 4 est une vue en coupe verticale d'une antenne à plaque selon l'invention comportant plusieurs métallisations rayonnantes ; et
-la figure 5 est une vue partielle de la figure 3 montrant une variante de réalisation des évidements entourant les métallisations rayonnantes.

En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire un premier mode de réalisation de l'antenne à plaque dans le cas où la partie rayonnante est constituée par une unique métallisation.

L'antenne comporte une première plaque en matériau isolant 10 du type utilisé pour la fabrication de circuits imprimés et dont l'épaisseur est de préférence comprise entre 0,8 et 1,6 millimètres afin de présenter des propriétés mécaniques suffisantes. Sur la face supérieure 10a de cette plaque 10, on réalise une métallisation par exemple en cuivre 12 pour constituer le plan de masse de l'antenne. Cette métallisation 12 a une forme générale rectangulaire. L'antenne comporte également une deuxième plaque isolante 14 réalisée avec le mme matériau isolant que la plaque 10 et dont l'épaisseur e est du mme ordre de grandeur que celle de la plaque 10. Sur la face inférieure 14a, on réalise une métallisation par toute technique convenable 16 constituant la plaque rayonnante de l'antenne (patch en anglo-saxon). Comme cela est connu, la métallisation 16 a également une forme rectangulaire dont les dimensions sont adaptées à la bande de fréquence dans laquelle travaille l'antenne. Des entretoises telles que 18 et 20 fixes dans les parties des plaques isolantes 10 et 14 dépourvues de métallisations assurent un positionnement rigoureux des deux plaques isolantes et donc du plan de masse 12 et de la plaque rayonnante 18. L'antenne est complétée par une ligne d'alimentation 22 qui est reliée respectivement à la plaque rayonnante 16 et au plan de masse 12 comme cela est bien connu. De préférence, la plaque isolante 14 est munie d'évidements tels que 24 et 26 entourant la portion de la plaque isolante 14 recouverte par la métallisation 16 pour des raisons que l'on va expliquer en liaison avec la figure 2.

Sur cette figure 2, on retrouve la plaque isolante 10, la métallisation 12, la plaque isolante 14 et la métallisation 16 formant plaque rayonnante. Sur cette figure agrandie, on a fait apparaître les lignes de champ électromagnétique 30 qui se développent entre les plaques conductrices 12 et 16 dans leur portion en regard, ainsi que les lignes de champ électromagnétique 32 qui sont créées par le courant électrique circulant à la périphérie 16a de la métallisation 16. Comme le montre la figure, ces lignes de champ dans la zone de champs électromagnétiques maximale créée par cette périphérie 16a sont tout d'abord dirigées vers le support isolant 14.

Ce support isolant 14, pour des raisons de coût, étant réalisées avec un matériau aux propriétés diélectriques médiocres, celles-ci viendraient amoindrir la qualité de l'antenne. Pour cette raison, on réalise des évidements 24 et 26 autour de la métallisation 16, comme on l'expliquera plus en détails. Ainsi, les lignes de champ électromagnétique émises par la périphérie de la métallisation 16 traversent les évidements 24 et 26 dans lesquels le diélectrique est également constitué par de l'air comme c'est le cas entre les plaques conductrices 12 et 16. On obtient ainsi une amélioration très sensible des qualités de l'antenne.

En se référant maintenant aux figures 3 et 4, on va décrire un deuxième mode de réalisation de l'antenne dans lequel la partie rayonnante de l'antenne est constituée par deux métallisations respectivement référencées 34 et 36. Comme cela est connu, ces deux métallisations sont sensiblement de forme carrée et leur cote correspond à k/2, X étant la longueur d'onde dans laquelle travaille l'antenne.

Ces deux métallisations 34 et 36 sont reliées électriquement entre elles par une portion de liaison électrique 38 assurant la continuité électrique entre les métallisations 34 et 36. Selon un mode préféré de réalisation, on définit autour des métallisations 34 et 36, ainsi que de chaque côté de la portion de liaison 38 une zone dite périphérique 40 dont la largeur h est sensiblement égale à B/10. C'est à l'intérieur de cette zone périphérique 40 que sont ménagés les évidements tels que 24 et 26. Bien entendu, les évidements doivent occuper le pourcentage le plus élevé possible de la zone périphérique 40 tout en assurant néanmoins une liaison mécanique suffisante entre les portions de la plaque isolante 14 sur lesquelles sont réalisées les métallisations et le reste de cette plaque sur laquelle sont fixées les entretoises 18 et 20. En priorité, la matière constituant la plaque isolante doit tre enlevée là où l'amplitude du champ électromagnétique est maximale.

Afin de réaliser un compromis entre un pourcentage élevé d'évidement dans la zone périphérique 40 et la résistance mécanique qui doit demeurer dans cette zone, on augmentera la densité d'évidements selon les bords des plaques conductrices 34 et 36 correspondant à la présence d'un champ magnétique maximal et on diminuera cette densité selon les autres bords et selon les bords de la connexion électrique 38. Par exemple, dans le cas de la figure 3, on prévoit dans cette zone périphérique 40 des fentes 42,44a, 44b, 46a, 46b et 48 qui correspondent à 1'ensemble de la largeur des plaques conductrices. En revanche, sur les deux autres bords de chacune des deux métallisations, on prévoira simplement des évidements espacés tels que 50, par exemple de forme circulaire, séparés par des portions du matériau isolant 52 assurant la continuité mécanique de l'ensemble de la plaque.

Comme on l'a représenté également sur les figures 3 et 4, il peut tre intéressant de prévoir des fils de court circuit tels que 51 et 53 qui relient respectivement le plan de masse 12 à chacune des métallisations 34 et 36 sensiblement en son centre. On fixe ainsi un potentiel électrique sensiblement nul au centre de chacune des plaques rayonnantes 34 et 36, ce qui améliore la stabilité de l'antenne.

Sur la figure 5, on a représenté une variante de réalisation des évidements à l'intérieur de la zone périphérique 40. Sur cette figure, on a représenté simplement la métallisation 34 et l'amorce de la portion de liaison électrique 38. Dans les parties de la zone périphérique 40 correspondant au champ électromagnétique maximal, on trouve des évidements par exemple circulaires 54 qui sont très rapprochés les uns des autres alors que selon les deux autres bords de la plaque, on trouve des évidements 56 également circulaires plus espacés les uns des autres de telle manière que globalement, on obtienne la résistance mécanique ad hoc.

Il va de soi que l'on ne sortirait pas de l'invention si la partie rayonnante de l'antenne était constituée par plus de deux plaques conductrices reliées entre elles électriquement. On ne sortirait pas non plus de l'invention si les plaques conductrices formant la partie rayonnante de l'antenne n'étaient pas reliées électriquement, mais comportaient chacune un conducteur d'antenne tel que 22.

Enfin, il faut noter que pour obtenir à la fois le taux de vide autour des éléments conducteurs rayonnants et la résistance mécanique suffisante, on peut également jouer sur les dimensions des évidements élémentaires 54 ou 56.

De mme, dans la description précédente, les plaques rayonnantes sont rectangulaires ou carrées. Il va cependant de soi que l'on ne sortirait pas de l'invention si ces métallisations étaient en forme de cercle, polygone, etc.

Claims

REVENDICATIONS

1. Antenne du type à plaque pour émettre ou recevoir des ondes de longueur d'onde X, caractérisée en ce qu'elle comprend :

-une première plaque isolante et une première métallisation réalisée sur une face de ladite plaque recouvrant une partie de ladite première plaque pour former un plan de masse ;

-une deuxième plaque isolante et au moins une deuxième métallisation réalisée sur une face de ladite deuxième plaque et présentant des dimensions inférieures à celles de la première métallisation ;

-au moins une ligne d'alimentation reliée auxdites première et deuxième métallisation ; et

-des moyens d'entretoisement solidaires des deux plaques pour maintenir les deux plaques dans une position relative prédéterminée de telle manière que les deux métallisations soient tournées l'une vers l'autre et que la deuxième métallisation soit en regard de la première.

2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite deuxième plaque comporte une zone périphérique entourant ladite deuxième métallisation sur une largeur sensiblement égale à k/10, correspondant à une région où l'amplitude du champs électromagnétique maximal créée par la périphérie de ladite deuxième métallisation, ladite deuxième plaque étant munie d'évidements dans au moins une partie de ladite zone périphérique, des portions pleines séparant lesdits évidements pour assurer une liaison mécanique entre la portion de ladite deuxième plaque portant la deuxième métallisation et le reste de ladite deuxième plaque.

3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite deuxième plaque est munie d'une pluralité de deuxièmes métallisations de forme sensiblement rectangulaire et en ce que lesdites métallisations sont électriquement raccordées par des lignes d'alimentation.

4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque deuxième métallisation est sensiblement entourée par une zone périphérique et en ce que chaque portion de liaison est bordée par une zone périphérique, des évidements étant ménagés dans au moins une partie de chaque zone périphérique.

5. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que, pour chaque deuxième métallisation, les évidements comprennent une fente ménagée sur toute la longueur de deux côtes parallèles d'une mme métallisation.

6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que lesdits évidements comprennent des perçages circulaires.

7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des conducteurs de court-circuit, chaque conducteur de court-circuit reliant ladite première métallisation au centre d'une deuxième métallisation.