FR2826187A1

FR2826187A1 - Antenne imprimee a large bande et a plusieurs elements rayonnants

Info

Publication number: FR2826187A1
Application number: FR0108149A
Authority: FR
Inventors: Jean Philippe Coupez; Yann Toutain; Jean Pierre Blot
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2002-12-20
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: EP1399990A1; FR2826187B1; WO2002103845A1

Abstract

L'antenne comprend un premier substrat (2) avec une couche conductrice de plan de masse (3) et une autre couche conductrice (4), et un deuxième substrat (5) comportant une couche conductrice (6) et s'emboîtant sur le premier substrat. Plusieurs substrats en mousse diélectrique peuvent être empilés facilement afin que les couches conductrices (4, 6) de ceux-ci comprennent alternativement un ou deux ressauts (21) et une ouverture (61) qui constituent des éléments rayonnants contribuant à l'élargissement de la bande de fréquence de l'antenne.

Description

Antenne imprimée à large bande et à plusieurs éléments rayonnants
La présente invention concerne une antenne imprimée du type"pastille"en technologie plaquée, à polarisation linéaire ou circulaire, pouvant fonctionner dans une large gamme de fréquence s'étendant au moins jusqu'à quelques gigahertz. En particulier, cette antenne est destinée à être installée dans des stations de base de réseaux cellulaires pour des radiocommunications avec des terminaux mobiles afin de couvrir les bandes de fréquence de plusieurs réseaux.

Plus particulièrement, l'invention est dirigée vers une antenne imprimée comprenant un substrat diélectrique de faible permittivité relative ayant des faces supportant des couches conductrices, telle que décrite dans la demande de brevet français 00- 17257 déposée le 26 décembre 2000 et non encore publiée. L'une des couches conductrices comporte un ressaut de manière à réduire la taille de l'antenne et ainsi conférer à l'antenne une compacité élevée, tout en préservant une grande ouverture du diagramme de rayonnement de l'antenne.

L'invention a pour but de fournir une antenne de type"pastille"présentant une plus large bande de fréquence de fonctionnement, tout en conservant une taille réduite et en facilitant l'adaptation d'éléments rayonnants à la largeur de la bande de fonctionnement de l'antenne et l'assemblage de ceuxci.

A cette fin, une antenne imprimée comprenant un premier substrat ayant des faces supportant des couches conductrices dont une comporte un ressaut, est caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième substrat ayant une face de forme complémentaire de l'une des faces du premier substrat et disposée contre celle-ci et une autre face supportant une couche conductrice, et la couche conductrice sur le premier substrat contre laquelle le deuxième substrat est disposé et la couche conductrice sur le deuxième substrat comportent indifféremment un ressaut et une ouverture qui sont superposés.

Selon une première réalisation, la couche conductrice sur le premier substrat contre laquelle le deuxième substrat est disposé, comporte le ressaut, et l'autre couche conductrice sur le premier substrat constitue un plan de masse. Dans cette première réalisation, le ressaut de la couche conductrice supportée par la face du premier substrat contre laquelle le deuxième substrat est disposé, fait office de languette complémentaire d'une rainure dans la face du deuxième substrat de forme complémentaire.

Selon une deuxième réalisation préférée, la couche conductrice sur le premier substrat contre laquelle le deuxième substrat est disposé, comporte l'ouverture, et l'autre couche conductrice sur le premier substrat constitue un plan de masse et comporte le ressaut qui est superposé à l'ouverture.

Dans cette deuxième réalisation, le ressaut de l'autre couche conductrice sur le premier substrat peut être formée par une rainure dans le premier substrat recouverte par ladite autre couche conductrice.

En variante, une ouverture de la couche conductrice sur l'un des premier et deuxième substrats encadre sensiblement la couche conductrice ayant le ressaut sur l'autre substrat, et les premier et deuxième substrats sont confondus en un unique substrat.

L'antenne peut comporter un moyen d'alimentation à micro-onde relié aux deux couches conductrices du premier substrat. Ce moyen d'alimentation peut être une sonde coaxiale pour un fonctionnement à polarisation linéaire, ou peut comprendre un coupleur hybride pour un fonctionnement à polarisation circulaire.

Des substrats dont l'une des faces comporte une couche conductrice avec un ressaut ou une ouverture peuvent être empilés et emboîtés de manière à constituer une pile d'éléments rayonnants compacte constituant l'antenne et adaptée à la bande de fréquence de fonctionnement souhaitée. Par exemple, lorsqu 1 un troisième substrat est ajouté aux premier et deuxième substrats, le troisième substrat a une face avec une forme complémentaire de la face du deuxième substrat supportant une couche conductrice et disposée contre celle-ci, et une autre face supportant une couche conductrice, et les couches conductrices sur les deuxième et troisième substrats comportent indifféremment un ressaut et une ouverture qui sont superposés.

Les substrats sont de préférence en une mousse diélectrique de permittivité relative très faible ce qui uniformise les matériaux diélectriques dans l'antenne afin de rendre plus efficace les performances en rayonnement de l'antenne. En outre, grâce à la constitution en mousse diélectrique des substrats, chaque substrat constitue un bloc qui est

emboîté sur un autre bloc sans scellement.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels : les figures 1 et 2 sont des vues en perspective respectivement non éclatée et éclatée d'une antenne imprimée à deux éléments rayonnants sur deux blocs de mousse diélectrique superposés respectivement emboîtés et alimentés selon l'invention, un quadrant du bloc supérieur montré en partie inférieure des figures étant arraché, et une ouverture carrée centrale n'étant pratiquée que dans le bloc supérieur montré à la figure 2 ; - la figure 3 est une vue en coupe prise suivant le plan III-III dans la figure 1, l'antenne comportant une sonde coaxiale pour excitation en polarisation linéaire ; - la figure 4 est une vue en perspective du premier bloc d'une antenne imprimée du type de celle montrée aux figures 1 et 2, à polarisation circulaire avec coupleur hybride, un quadrant du bloc inférieur étant arraché ; - les figures 5 et 6 sont respectivement des vues de dessus et en coupe le long de la ligne VI-VI de la figure 5 du premier bloc d'antenne montré à la figure 4 ; - les figures 7 et 8 sont respectivement des vues de dessus et en perspective du premier bloc de mousse diélectrique de l'antenne montrée aux figures 1 et 2 qui est usiné lors d'une première étape de procédé de fabrication de l'antenne ; - les figures 9 et 10 sont respectivement des

vues de dessus et en perspective du premier bloc en mousse usiné qui est métallisé lors d'une deuxième étape du procédé de fabrication ; - les figures 11 et 12 sont respectivement des vues de dessus et en perspective du premier bloc en mousse usiné et métallisé qui est découpé lors d'une troisième étape du procédé de fabrication ; - les figures 13,14 et 15 sont respectivement des vues en perspective du deuxième bloc de mousse qui est usiné, puis métallisé et enfin découpé lors des première, deuxième et troisième étapes du procédé de fabrication de l'antenne montrée aux figures 1 et 2 ; - la figure 16 est une vue en coupe et en perspective partielle à plus grande échelle, prise suivant la ligne XVI-XVI dans la figure 3, à travers l'emboîtement d'une languette de premier bloc et une rainure de deuxième bloc de l'antenne, au niveau du conducteur interne de la sonde coaxiale ; - les figures 17 et 18 montrent des variations d'adaptation et de transmission en fonction de la fréquence pour une antenne à polarisation linéaire du type de celle montrée aux figure 1 à 3 ; - la figure 19 est une vue en coupe axiale d'une autre variante d'antenne à deux blocs de mousse diélectrique emboîtés ; - la figure 20 est une vue en coupe axiale d'une autre antenne à deux éléments rayonnants mais ne comportant qu'un seul bloc de mousse diélectrique ; - la figure 21 est une vue en coupe axiale d'une autre antenne à deux blocs de mousse diélectrique avec un plan de masse ayant au moins un ressaut ; et - la figure 22 est une vue en coupe axiale d'une antenne à trois blocs de mousse diélectrique supportant chacun un élément rayonnant.

Une antenne imprimée 1 de type"pastille carrée" à deux éléments rayonnants est décrite ci-après en détail en référence aux figures 1 à 3, en faisant abstraction de moyen d'alimentation d'antenne.

L'antenne est constituée de deux blocs Bl et B2 qui s'emboîtent l'un sur l'autre comme montré à la figure 2. Chaque bloc est issu d'un usinage dans un bloc parallélépipédique mince diélectrique et a un contour carré, ou bien rectangulaire, et est ainsi symétrique par rapport à deux axes perpendiculaires de symétrie X et Y de l'antenne.

Le premier bloc Bl montré en partie inférieure dans les figures 1 à 3 comprend un substrat diélectrique 2 et des première et deuxième couches carrées, ou bien rectangulaires, conductrices électriquement 3 et 4. La première couche conductrice 3 constitue un plan de masse et s'étend sur une première face du premier substrat 2 constituant une face externe inférieure de l'antenne 1. La deuxième couche conductrice 4 est centrée sur la deuxième face du substrat 2 qui présente deux ressauts 21, sensiblement parallélépipédiques, perpendiculaires et centrés sur les axes de symétrie X et Y de l'antenne. La deuxième couche conductrice 4 recouvre au moins partiellement la face supérieure du premier bloc Bl, y compris le dessus et les côtés longitudinaux des deux ressauts 21, et s'étend le long des ressauts. La couche 4 présente une section en U à extrémités potencées transversalement à chacun des ressauts, comme montré aux figures 3 et 16. Les ailes de la section en U de la couche 4 s'étendent sur la deuxième face du substrat avec une largeur L1 beaucoup plus grande que la largeur L2 de chaque ressaut 21. En général, la hauteur h des ressauts 21

du substrat 2 et donc de la couche conductrice 4 est supérieure à l'épaisseur e2 de la partie la plus mince du substrat 2.

Le premier bloc de l'antenne 1 peut être identique à une antenne imprimée à polarisation circulaire décrite dans la demande de brevet français déjà citée 00-17257. Les deux ressauts rectilignes 21 de dimension identique qui sont perpendiculaires entre eux pour former une croix centrale à quatre branches égales réduisent la longueur de l'élément rayonnant constituée par la deuxième couche conductrice 4 de manière significative suivant les axes de symétrie X et Y montrés à la figure 1, comparativement à un élément rayonnant plat selon la technique antérieure ayant une largeur W = 2L1 + L2 + 2h. Cette réduction significative de longueur rapproche les fentes rayonnantes 22 (figures 3 et 16) de l'antenne"pastille"1 entre les bords de la couche 4 et de la couche de masse 3, ce qui ouvre le diagramme de rayonnement dans le plan de champ électrique perpendiculaire à chaque ressaut 21 qui fait office de languette pour l'emboîtement avec le deuxième bloc B2.

Le deuxième bloc B2 de l'antenne 1 montré en partie supérieure dans les figures 1 à 3 comprend un deuxième substrat diélectrique 5 qui s'emboîte sur la face supérieure du premier bloc B1 recouverte par la deuxième couche conductrice 4, et une couche conductrice électriquement 6 s'étendant au centre de la deuxième face plane du substrat 5. La couche 6 présente une ouverture centrale carrée, ou bien rectangulaire, 61 superposée au centre de la croix formée par les ressauts 21 et ayant des côtés perpendiculaires aux ressauts. L'ouverture 61 et chaque ressaut 21 ont des axes respectifs de symétrie

coplanaires X, Y. La troisième couche conductrice 6 a ainsi une forme en couronne carrée qui est centrée sur les axes de symétrie X et Y de l'antenne 1 et qui, selon la réalisation illustrée, borde la périphérie de la face supérieure de l'antenne 1. La couche conductrice 6 constitue un deuxième élément rayonnant couplé électromagnétiquement au premier élément rayonnant constitué par la deuxième couche conductrice 4 à travers l'ouverture centrale 61. La largeur des côtés L61 de l'ouverture 61 qui est à section carrée selon la réalisation illustrée est en général supérieure à la largeur L2 des ressauts 21. Selon la réalisation illustrée, l'égalité 2L1 + L2 = 2L6 + L61 est satisfaite.

Comme montré particulièrement aux figures 1 et 2, la face inférieure du deuxième bloc B2 épouse parfaitement la forme de la face supérieure du premier bloc Bl et comporte deux rainures rectilignes perpendiculaires 51 qui sont complémentaires, et de préférence à côtes identiques, aux ressauts 21 faisant office de languettes afin que le bloc B2 s'emboîte sans jeu mécanique sur le bloc Bl de manière à obtenir une antenne 1 très compacte.

L'antenne 1 présente ainsi les deux axes de symétrie perpendiculaires X et Y le long des deux couples croisés de languettes et rainures 21-51 et un axe de symétrie Z central à l'antenne 1 et perpendiculaire aux différents substrats et couches conductrices.

En pratique, les substrats diélectriques 2 et 5 sont en mousse diélectrique de permittivité relative très faible, typiquement er = 1,07, et à très faibles pertes diélectriques afin que les substrats soient quasiment équivalents à des lames d'air ce qui optimise les performances de l'antenne. Typiquement

les substrats sont en mousse imide de polyméthacrylate. La mousse diélectrique offre l'avantage d'être facilement usinable comme on le verra ci-après. Grâce à ses propriétés mécaniques, notamment de souplesse, la mousse permet d'emboîter facilement avec grande précision le bloc B2 sur le bloc Bl en poussant le bloc B2 avec une légère pression sur le bloc Bl pour que les rainures croisées 51 dans la face inférieure du bloc supérieur B2 enserrent sensiblement les languettes croisées 21 dans la face supérieure du bloc inférieur Bl. Cet emboîtement de blocs ne nécessite aucun scellement particulier entre les blocs et assure ainsi une parfaite homogénéité des deux blocs constituant l'antenne ainsi que des positionnements relatifs précis des éléments rayonnants 4 et 6 et donc un espacement précis entre les éléments rayonnants.

L'élasticité intrinsèque des substrats en mousse diélectrique confère une adhérence correcte entre les deux blocs, sans jeu mécanique entre ceux-ci.

Comme montré aux figures 4,5 et 6, lorsque l'antenne 1 fonctionne en polarisation circulaire, elle comprend un moyen d'alimentation à micro-onde comportant une sonde coaxiale 7 et un coupleur hybride 8 à 3 dB-90 , relié aux couches conductrices 3 et 4 du premier substrat 2. Le coupleur hybride 8 est configuré sensiblement suivant le contour d'un carré et photogravé sur la face supérieure d'un petit support diélectrique carré 23. Le support 23 est encastré dans une cavité centrale de la face inférieure du substrat 2 du premier bloc Bl contre laquelle le deuxième substrat 5 n'est pas disposé et qui est recouverte par la couche métallique 3 formant le plan de masse.

Le support 23 a une permittivité relative nettement plus élevée. Le support 23 est par exemple en une céramique chargée comme le diélectrique AR1000 de la société ARLON avec une permittivité élevée gr = 10, 2, afin que les rayonnements parasites susceptibles d'être produits par le coupleur soient minimisés et afin que les dimensions du coupleur 8 soient petites et donc compatibles avec la compacité de l'antenne 1 pour les fréquences de fonctionnement de l'antenne de l'ordre du gigahertz.

La sonde coaxiale 7 a une embase conductrice externe qui est fixée sur le plan de masse 3 et a un conducteur interne qui traverse le plan de masse et le support diélectrique 23. L'extrémité du conducteur interne de la sonde coaxiale 7 est soudée à l'extrémité d'une branche 81 formant un accès à un sommet du coupleur hybride 8. Un autre sommet du coupleur situé devant dans les figures 4 et 5 peut être relié au conducteur interne d'une deuxième sonde coaxiale (non représentée). Les deux autres sommets 82 du coupleur 8 sont deux autres accès prolongés par des traversées métalliques 83 qui sont ménagées à travers des extrémités des deux ressauts-languettes 21. Des extrémités supérieures des traversées métalliques 83 sont en contact métallique par soudure ou collage 84 avec la couche conductrice 4 s'étendant sur les dessus des ressauts-languettes 21.

Le premier bloc Bl est réalisé selon un procédé de fabrication d'une antenne imprimée à un seul élément rayonnant, comprenant principalement trois étapes El, E2 et E3 respectivement illustrées aux figures 7-8,9-10 et 11-12.

Initialement, la fabrication du premier bloc 81 part d'un bloc de mousse mince d'épaisseur h+e2 et de largeur et longueur supérieures à 2L1 + L2. La matière diélectrique du bloc dans laquelle sera usiné le substrat diélectrique 2 présente une permittivité relative typiquement de l'ordre de 1,07 en correspondance avec une longueur 2L1 + L2 + 2h =

2 (17, 5) + 10 + 2 (8) = 61 mm de l'ordre de Àr/2 avec À r = // & r où est la longueur d'onde correspondant à une fréquence inférieure à 2, 3 GHz environ.

A l'étape El, quatre cavités rectangulaires C avec un fond d'épaisseur e2 sont usinées symétriquement par rapport aux axes transversaux X et Y dans une face du bloc afin que les cavités soient séparées par deux bandes transversales perpendiculaires BA ayant la section (h. L2) des languettes 21. Les cavités carrées C ont une largeur supérieure à Ll.

Pour réaliser le bloc B1 de l'antenne à polarisation circulaire 1 montré aux figures 4 à 6, la face inférieure du bloc de mousse est également usinée afin d'y creuser une cavité carrée mince de profondeur de quelques dizièmes de millimètre, centrée sous la croix formée par les deux bandes transversales BA. Deux trous sont alors percés aux extrémités de deux languettes 21 en vue de constituer les deux traversées métalliques 83. Le support 23 sur lequel a été photogravé le coupleur hybride 8 est emboîté dans la cavité mince sous-jacente et le cas échéant collé dans la cavité mince.

Puis à l'étape E2, la face supérieure du bloc de mousse usiné avec les cavités C est métallisée en déposant une couche de peinture métallique pour constituer la couche conductrice 4. En particulier, la peinture métallique recouvre les deux bandes BA et

le fond des quatre cavités C. La peinture métallique recouvre également la face inférieure du bloc de mousse usiné, à l'exception de la cavité carrée mince destinée au support 23 du coupleur hybride 8, de manière à constituer le plan de masse 3. En variante, à la place de la métallisation de la face inférieure, le plan de masse 3 est constitué par un support métallique sur lequel le bloc de mousse usiné est fixé.

La métallisation de la face supérieure du bloc de mousse métallise également les deux trous percés dans les languettes 21 de manière à constituer les traversées métalliques 83 qui relient la couche conductrice 4 s'étendant sur les languettes 21 à deux sommets 82 du coupleur 8.

Finalement à l'étape E3, l'antenne 1 est découpée en Dl par un deuxième usinage dans le bloc métallisé suivant le contour carré de côté 2L1 + L2, ou bien rectangulaire, du premier bloc Bl.

En parallèle, dans un bloc de mousse d'épaisseur e5 du deuxième substrat 5, par exemple de 18 mm, le deuxième bloc B2 est fabriqué aux étapes El, E2 et E3 également montrées respectivement aux figures 13,14 et 15. A l'étape El, deux rainures perpendiculaires R de profondeur h et de largeur L2 sont usinées dans le bloc de mousse initialement au moins de largeur 2L1 + L2. Puis après retournement du bloc à l'étape E2, un cache carré CA de côté L61, ou bien rectangulaire, est appliqué sur la surface supérieure du bloc, centralement au-dessus du croisement des rainures R.

La face supérieure du bloc est alors métallisée en déposant une couche de peinture métallique pour constituer la couche conductrice 6 autour du cache CA ayant les dimensions de l'ouverture non métallisée 61. En variante, à l'étape El, la face supérieure du

bloc est usinée de manière à retirer complètement un pavé parallélépipédique de section carrée L61 x L61 afin que l'ouverture 61 soit prolongée par un évidement traversant le bloc B2 entre la face supérieure du bloc et notamment le fond des rainures R, à la place du cache CA, comme montré à la figure 2. Finalement à l'étape E3, le deuxième bloc B2 est découpé en D2 par un deuxième usinage dans le bloc métallisé suivant le contour rectangulaire de 2L6 + L61 du bloc B2.

Le deuxième bloc B2 ainsi fabriqué est juxtaposé par simple pression sur la face supérieure métallisée 4 du premier bloc B1 afin que les rainures 51 reçoivent à fond les languettes 21 et la face inférieure du deuxième bloc B2 bute contre la face métallisée du premier bloc Bl.

Pour réaliser une antenne à deux blocs et à polarisation linéaire, la sonde coaxiale 7 et le coupleur hybride 8 avec son support 23 sont supprimés et remplacés par un moyen d'alimentation à micro-onde avec un seul point d'excitation, constitué par une sonde coaxiale 9, comme montré aux figures 3 et 16.

La sonde 9 a une embase conductrice externe qui est fixée sur la couche conductrice 3 formant le plan de masse, et un conducteur interne 91 qui traverse le plan de masse et le substrat diélectrique 2 afin qu'une extrémité du conducteur 91 soit reliée à la couche conductrice 4 sur l'extrémité de l'un des ressauts 21. Le trou pour passer le conducteur interne de la sonde 9 est percé à l'étape de fabrication E3 du bloc B1 et l'extrémité du conducteur interne de la sonde est soudée à la couche 4. En variante, l'antenne à polarisation linéaire peut être alimentée par une ligne d'alimentation à

microruban (microstrip) dont le microruban a une largeur nettement inférieure à la largeur de l'antenne 2L1 + L2 et qui s'étend par exemple dans le prolongement de la couche conductrice 4 sur une extrémité de l'une des languettes 21. Cette ligne microruban correspond à un transformateur quart d'onde et joue le rôle d'adaptateur d'impédance par rapport à l'impédance caractéristique, typiquement 50 Q, de la ligne d'alimentation de l'antenne.

Selon une variante plus simple d'une antenne de polarisation linéaire, les blocs Bl et B2 ne comprennent respectivement qu'une seule languette métallisée 21 et une seule rainure 51 qui s'emboîte l'une dans l'autre.

Selon une variante équivalente à la réalisation illustrée, la couche 4 est déposée sur la face inférieure rainurée du deuxième bloc B2 au lieu de la face supérieure du bloc Bl.

A titre d'exemple, une antenne à polarisation linéaire avec deux languettes et une sonde coaxiale 9, destinée à fonctionner dans une bande de fréquence autour de 2 GHz, a été réalisée avec les dimensions suivantes. Les substrats diélectriques 2 et 5 ont respectivement une épaisseur globale e2 + h = 2 + 8 = 10 mm et e5 = 18 mm, avec une hauteur h = 8 mm des languettes 21 et des rainures 51, soit une épaisseur totale de l'antenne à deux blocs Bl et B2 de e2 + e5 = 20 mm. La largeur de l'antenne 2L1 + L2 = 2L6 + L61 est de 45 mm. Lorsque l'antenne est une antenne à polarisation circulaire, l'épaisseur du support diélectrique 23 correspondant à la profondeur de la cavité mince sous-jacente dans le substrat diélectrique 2 est de 635 jum.

Pour l'antenne à polarisation linéaire telle que dimensionnée ci-dessus, les figures 17 et 18 montrent l'adaptation A et la transmission TC. L'antenne présente une largeur de bande de 275 MHz sensiblement autour d'une fréquence centrale de 2 GHz pour une adaptation à-10 dB de 14 % environ pour cette bande passante. La bande passante dépend de la fréquence de résonance à environ 1950 MHz du premier élément rayonnant 4 à languette 21 dans le bloc B1 et de la fréquence de résonance à environ 2120 MHz du deuxième élément rayonnant 6 à ouverture non métallisée 61 dans le bloc B2. Sur cette bande passante de 14%, la transmission reste sensiblement constante.

A niveaux d'adaptation comparables, l'utilisation de plusieurs éléments rayonnants, dimensionnés pour fonctionner aux fréquences désirées, permet d'augmenter la bande passante de l'antenne. Comparativement à une antenne à un seul élément rayonnant composée du seul bloc B1 comme décrite dans la demande de brevet précitée 00-17257, l'adjonction du bloc B2 sur le bloc Bl double sensiblement la largeur de la bande passante. En outre, l'élargissement de cette bande passante est également associé à un rayonnement effectif dans l'axe principal de rayonnement Z de l'antenne. Afin de contrôler la plage de fonctionnement de cette antenne vers les fréquences basses, respectivement élevées, les dimensions des éléments rayonnants sont choisies pour allonger, respectivement réduire, les chemins électriques équivalents sur chacun de ces éléments. Par exemple, pour travailler vers les basses fréquences, ces chemins électriques sont allongés en augmentant la hauteur h et largeur L2 des ressauts 21 dans le bloc Bl et des rainures 51 dans le bloc B2 et/ou la largeur L61 de l'ouverture non

métallisée 61 dans la face supérieure du bloc B2. Au contraire, plus les largeurs h, L2 et L61 sont diminuées, plus le fonctionnement de l'antenne se fera à fréquences élevées.

Par exemple, une antenne selon l'invention peut couvrir une bande de fréquence de 1700 à 2100 MHz de manière à être utilisée comme antenne imprimée bibande à la fois dans un réseau cellulaire de radiocommunications selon la norme DCS-1800 et dans un réseau cellulaire de radiocommunications selon la norme UMTS. Cependant, en augmentant la hauteur h et la largeur L2 des ressauts 21 et rainures 51 et/ou la largeur L61 de l'ouverture non métallisée 61, la bande de fréquence de l'antenne peut être élargie jusque dans les fréquences basses de l'ordre de 900 MHz afin de constituer une antenne imprimée tri-bande également pour un réseau cellulaire de radiocommunications selon la norme GSM-900.

De nombreuses variantes de réalisation peuvent être déduites de la structure à deux éléments rayonnants 4 et 6 de l'antenne 1 décrite ci-dessus.

Selon la figure 19, une antenne la comprend un premier bloc B1 analogue à celui inclus dans l'antenne 1 et comportant un substrat diélectrique 2 avec un ou deux ressauts-languettes rectilignes perpendiculaires 21, une couche conductrice de masse 3 et une couche conductrice supérieure 4, et un deuxième bloc B2a comportant un substrat diélectrique 5a dans lequel l'ouverture supérieure 61a au niveau de la couche conductrice supérieure 6a a été usinée sans toutefois traversée complètement le bloc Ba. Le fond de l'ouverture 61a n'atteint pas le fond de la ou des rainures 51a s'emboîtant dans la ou les languettes 21. Selon la réalisation illustrée à la

figure 19, l'ouverture 61a est une cavité en forme de pyramide tronquée dont la petite base constitue le fond de l'ouverture et dont la largeur est sensiblement plus grande que la largeur L2 de la ou des languettes 21. La troisième couche conductrice supérieure 6a a également une forme en couronne carrée et recouvre les bords de l'ouverture 61a ainsi que les flancs pyramidaux de celle-ci. En variante la petite base de l'ouverture 61a est prolongée par un évidement carré, ou bien rectangulaire, traversant le deuxième substrat Sa jusqu'au premier substrat.

La figure 20 montre une autre antenne Ib à deux éléments rayonnants 4b et 6b, mais ne comportant qu'un seul bloc en mousse diélectrique grâce à la réunion des deux substrats diélectriques en un seul substrat diélectrique usiné 25. Le substrat 25 présente ainsi une surface inférieure plane recouverte par la couche conductrice de masse 3b et une face supérieure combinant au centre la face supérieure à un ou deux ressauts 21b du bloc Bl et à la périphérie la face supérieure à ouverture de couplage 61b du bloc B2. Ainsi la face supérieure du substrat diélectrique 25 constituant un seul bloc de mousse comporte un évidement carré 61b, ou rectangulaire, au fond duquel un ou deux ressauts rectilignes 21b sont ménagés, et la couche conductrice 4b s'étend sur et le long du ou des ressauts au fond de l'ouverture 61b. La profondeur de l'ouverture 61b est supérieure à la hauteur des ressauts 21b. La couche conductrice supérieure 6b recouvre le bord en forme de couronne carrée de l'ouverture 61b qui a une largeur L61 au moins égale à 2L1 + L2.

Au lieu de superposer une troisième couche 6, 6a, 6b avec une ouverture 61,61a, 61b à une deuxième

couche conductrice 4,4b avec un ou deux ressauts perpendiculaires 21,21b dans l'antenne 1, la, lb, la couche conductrice à ouverture 41c ou évidement peut être placée entre la couche conductrice de masse 3c et l'autre couche conductrice 6c à un ou deux ressauts rectilignes 61c, comme montré à la figure 21. Les ressauts 61c sont de préférence orientés vers l'ouverture 41c afin de réaliser un meilleur couplage entre les deux éléments rayonnants. Les deux blocs Blc et B2c de l'antenne correspondante 1c comporte chacun une couche conductrice 3c, 6c ayant un ou deux ressauts perpendiculaires et s'étendant sur la face inférieure, respectivement supérieure du bloc.

Le premier bloc Blc comporte ainsi une face inférieure dans laquelle une ou deux rainures rectilignes perpendiculaires 21c sont ménagées avec une hauteur prédéterminée h. La première couche conductrice 3c recouvre toute la face inférieure du bloc Blc, y compris le fond et les flancs de la ou des rainures 21c et constitue le plan de masse de l'antenne lc. En variante, la ou les rainures 21c sont remplacées par une ou deux languettes rectilignes perpendiculaires qui saillent sur la face inférieure du bloc Blc. La deuxième couche conductrice 4c est en forme de couronne carrée, ou bien rectangulaire, dont la partie centrale non métallisée 41c recouvre le centre de la ou des rainures 21c. En variante, la face supérieure du bloc Blc peut présenter le profil de la face supérieure du bloc B2a montré à la figure 19.

Le deuxième bloc B2c de l'antenne 1c présente une face inférieure non métallisée complémentaire de la face supérieure partiellement métallisée du premier bloc Blc et appliquée contre celle-ci, et une face supérieure comportant une ou deux rainures

rectilignes perpendiculaires 61c. La face supérieure du bloc B2c est au moins métallisée au fond, sur les

flancs et les bordures de la ou des rainures 61c. En fonction de la bande de fréquence utile de l'antenne lc, les dimensions de la ou des rainures 61c peuvent être différentes de celles de la ou des rainures 21c.

En variante, la ou les rainures 61c sont remplacées par un ou deux ressauts qui saillent sur la face supérieure du deuxième bloc B2c.

L'invention n'est pas limitée à la superposition de préférence par emboîtement de deux blocs de mousse diélectrique, mais concerne également l'emboîtement de plusieurs blocs de mousse diélectrique par complémentarité entre la face supérieure d'un bloc et la face inférieure du bloc immédiatement supérieur.

Chaque bloc présente une face supérieure, respectivement inférieure, supportant une couche conductrice à un ou deux ressauts ou rainures perpendiculaires, ou à ouverture ou évidement constituant un élément rayonnant de l'antenne ainsi réalisée. En général, le premier bloc en partie inférieure de la pile de blocs a une face inférieure recouverte par la couche conductrice constituant le plan de masse et le premier élément rayonnant constitué par la première couche conductrice audessus du plan de masse est alimentée directement par une sonde coaxiale ou une ligne à microruban pour un fonctionnement à polarisation linéaire, ou à travers deux points d'excitation comme les traversées métalliques 83 reliées au coupleur hybride 8 pour un fonctionnement à polarisation circulaire.

Par exemple, comme montré à la figure 22, une antenne ld comprend trois blocs Bld, B2d et B3d usinés et découpés dans la même mousse diélectrique.

Les blocs Bld et B2d sont par exemple analogues aux blocs B1 et B2a de l'antenne la montrée à la figure 19. Le troisième bloc B3d comporte un substrat diélectrique 11 dont la face inférieure est complémentaire de la face supérieure du deuxième bloc B2d, et ainsi comporte une saillie 111 en pyramide tronquée qui s'emboîte dans l'évidement 61a ménagé dans la face supérieure du bloc B2d. La face supérieure du substrat 11 du bloc B3d présente une ou deux rainures rectilignes perpendiculaires 112 et supporte une couche conductrice 12 qui recouvre le fond, les flancs et les bordures de la ou des rainures 112. La largeur de la ou des rainures 112 est par exemple inférieure à la largeur de la saillie en pyramide tronquée 111 et de la largeur des languettes 21 saillant sur la face supérieure du premier bloc Bld. Afin d'améliorer la liaison entre les blocs B2d et B3d et de positionner précisément ces deux blocs l'un par rapport à l'autre, le bloc B3d comporte des rebords 113 qui encadrent intimement la partie supérieure des côtés du bloc sous-jacent B2d. De tels rebords 113 peuvent être ajoutés à tout bloc dont la face inférieure utile est sensiblement plane.

L'empilement de plusieurs blocs en mousse diélectrique comportant chacun un élément rayonnant permet d'accroître la largeur de bande de l'antenne comparativement à une antenne ne comportant qu'un seul élément rayonnant du type pastille et ainsi permet de conférer un fonctionnement de type multifréquence de l'antenne. En déterminant correctement les géométries et les tailles des éléments rayonnants constitués par les couches conductrices 4,6, 12, etc., les fréquences de rayonnement de ces éléments et par conséquent la

largeur de bande de l'antenne sont adaptées à l'utilisation souhaitée de l'antenne.

Claims

REVENDICATIONS

1-Antenne imprimée comprenant un premier substrat ayant des faces supportant des couches conductrices dont une comporte un ressaut, caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième substrat (5, 5c) ayant une face de forme complémentaire de l'une des faces du premier substrat (2,2a) et disposée contre celle-ci et une autre face supportant une couche conductrice (6,6c), et la couche conductrice (4 ; 4c) sur le premier substrat (2 ; 2c) contre laquelle le deuxième substrat est disposé et la couche conductrice (6 ; 6c) sur le deuxième substrat (5 ; 5c) comportent indifféremment un ressaut (21 ; 61c) et une ouverture (61 ; 41c) qui sont superposés.

2-Antenne conforme à la revendication 1, dans laquelle la couche conductrice (4) sur le premier substrat (2) contre laquelle le deuxième substrat (5) est disposé, comporte le ressaut (21), et l'autre couche conductrice (3) sur le premier substrat (2) constitue un plan de masse.

3-Antenne conforme à la revendication 2, dans laquelle le ressaut de la couche conductrice (4) supportée par la face du premier substrat (2) contre laquelle le deuxième substrat (5) est disposé, fait office de languette (21) complémentaire d'une rainure (51) dans la face du deuxième substrat (5) de forme complémentaire.

4-Antenne conforme à la revendication 1, dans laquelle la couche conductrice (4c) sur le premier substrat (2c) contre laquelle le deuxième substrat

(5c) est disposé, comporte l'ouverture (41c), et l'autre couche conductrice (3c) sur le premier substrat constitue un plan de masse et comporte le ressaut (21c) qui est superposé à l'ouverture (41c).

5-Antenne conforme à la revendication 4, dans laquelle le ressaut (21c) de l'autre couche conductrice (3c) sur le premier substrat (2c) est formée par une rainure dans le premier substrat recouverte par ladite autre couche conductrice.

6-Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l'ouverture (61) est dans la couche conductrice (6) du deuxième substrat (5) est prolongée par un évidement traversant le deuxième substrat (5) jusqu'au premier substrat (2).

7-Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l'ouverture dans la couche conductrice (6a) supportée par le deuxième substrat (5a) est une cavité (61a) ayant des flancs recouverts par la couche conductrice (6a).

8-Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'ouverture (61b) de la couche conductrice (6b) sur l'un des premier et deuxième substrats encadre sensiblement la couche conductrice (4b) ayant le ressaut (21b) sur l'autre substrat, et les premier et deuxième substrats sont confondus en un unique substrat (25).

9-Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un troisième substrat (11) ayant une face avec une forme

complémentaire de la face du deuxième substrat (5a) supportant une couche conductrice (6a) et disposée contre celle-ci, et une autre face supportant une couche conductrice (12), et les couches conductrices (6a, 12) sur les deuxième et troisième substrats (5a, 11) comportent indifféremment un ressaut (112) et une ouverture (61a) qui sont superposés.

10-Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle chaque ouverture (61a, 61b) et chaque ressaut (21,21b, 21c, 61c, 112) sont rectangulaires et ont des axes respectifs coplanaires.

conductrice (4 ; 3c ; 6c ; 112) comportant un ressaut (21 ; 21c ; 61c ; 112) comprend un autre ressaut, les deux ressauts étant perpendiculaires entre eux et à des côtés de chaque ouverture (61 ; 61a ; 41c).

11-Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle chaque couche

12-Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant un moyen d'alimentation à micro-onde (8 ; 9) relié aux deux couches conductrices (3,4) du premier substrat (2).

13-Antenne conforme à la revendication 12, dans laquelle le moyen d'alimentation à micro-onde est une sonde coaxiale (9) dont le conducteur externe est fixé sur la couche conductrice (3) du premier substrat (2) contre laquelle n'est pas disposée le deuxième substrat (5), et dont le conducteur interne (91) traverse le premier substrat (2) pour être relié à l'autre couche conductrice (4).

14-Antenne conforme à la revendication 13, dans laquelle le conducteur interne (91) de la sonde coaxiale a une extrémité reliée à un ressaut (21) de l'autre couche conductrice (4) du premier substrat (2) contre laquelle le deuxième substrat (5) est disposé.

15-Antenne conforme à la revendication 12, dans laquelle le moyen d'alimentation à micro-onde comprend un coupleur hybride (8) qui est réalisé sur un support diélectrique (23) et logé dans la face du premier substrat diélectrique (2) contre laquelle le deuxième substrat (5) n'est pas disposé, et qui a au moins un accès (81) connecté à l'extrémité du conducteur interne d'une sonde coaxiale (7), et au moins deux autres accès (81) prolongés par des traversées métalliques (83) jusqu'à des ressauts (21) de la couche conductrice (4) sur le premier substrat (1) contre laquelle le deuxième substrat (5) est disposé.

16-Antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans laquelle les substrats (2,5, 11) sont en une mousse diélectrique de permittivité relative très faible et sont emboîtés les uns sur les autres sans scellement.