FR2844923A1 - Antenne helicoidale a large bande - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une antenne hélicoïdale comprenant au moins une hélice formée d'au moins deux brins rayonnants (31). Selon l'invention, au moins un desdits brins rayonnants est associé à un brin parasite (34) de largeur inférieure ou égale au ou aux brins rayonnants de façon à élargir la bande passante de l'antenne.

Description

Antenne hélicodale à large bande.

Le domaine de l'invention est celui des antennes à large bande passante et à diagramme de rayonnement hémisphérique ou quasi-hémisphérique. Plus précisément, l'invention concerne les antennes hélicodales de ce type. L'antenne de l'invention trouve notamment des applications dans le cadre des communications mobiles par satellite entre des utilisateurs fixes et/ou des mobiles de tout type, par exemple aéronautiques, maritimes ou terrestres. Dans ce domaine, plusieurs systèmes de communication par satellite sont mis en oeuvre, ou 10 sont actuellement en cours de développement (par exemple les systèmes INMARSAT, INMARSAT-M, GLOBALSTAR (marques déposées),...). Ces antennes présentent également un intérêt dans le déploiement des systèmes de

communications personnelles (PCS) par satellites géostationnaires.

Ces systèmes ont pour but de fournir aux utilisateurs terrestres des 15 nouveaux services de communications (multimédia, téléphonie) via les satellites.

A l'aide de satellites géostationnaires ou défilants, ils permettent d'obtenir une couverture terrestre globale. Ils doivent être similaires aux systèmes cellulaires terrestres en termes de cot, de performance et de taille. Ainsi, l'antenne située sur le terminal de l'utilisateur est un élément clé du point de vue de la réduction de la 20 taille.

De tels systèmes sont notamment décrits dans les documents d'Howard

Feldman, D.V. Ramana: " An introduction to Inmarsat's new mobile multimedia service ", Sixth International Mobile Satellite Conference, Ottawa, Junel999, et de J.V. Evans: " Satellite systems for personal communications ", IEEE A-P 25 Magazine, Vol. 39, n0 3, June 1997.

Pour tous ces systèmes, qui prévoient des liaisons avec des satellites

géostationnaires, les incidences très différentes des signaux reçus ou émis imposent aux antennes de posséder un diagramme de rayonnement à couverture hémisphérique ou quasi-hémisphérique. De plus la polarisation doit être circulaire 30 (gauche ou droite) avec un rapport inférieur à 5 dB dans la bande utile.

Plus généralement, l'invention peut trouver des applications dans tous les

systèmes nécessitant l'emploi d'une large bande et une polarisation circulaire.

Dans ces différents domaines d'application, les antennes doivent en effet

présenter les caractéristiques précédentes soit dans une bande passante très large, 5 de l'ordre de 10 % ou plus, soit dans deux sous-bandes voisines correspondant respectivement à la réception et à l'émission.

On connaît déjà, par le document de brevet FR-89 14952 au nom de France

Telecom (marque déposée), un type d'antenne quadrifilaire en hélice particulièrement adapté à de telles applications. Une antenne quadrifilaire est 10 formée de quatre brins rayonnants.

Cette antenne, appelée antenne hélice quadrifilaire imprimée (HQI), possède des caractéristiques proches des critères énoncés, dans une bande de

fréquence limitée en général à 6 ou à 8 % pour un ROS inférieur à deux.

Un fonctionnement plus large bande peut être obtenu en utilisant des 15 antennes HQI bicouche. Ces antennes sont formées par l'emboîtement"

concentriques de deux hélices quadrifilaires résonnantes coaxiales, couplées électromagnétiquement. L'ensemble fonctionne comme deux circuits résonnants couplés, dont le couplage écarte les fréquences de résonance. On obtient ainsi une antenne hélice quadrifilaire résonnante bicouche, selon la technique décrite dans 20 FR - 89 14952.

Cette technique présente l'avantage de nécessiter un seul système

d'alimentation, et de permettre un fonctionnement double bande ou large bande.

En revanche, elle présente l'inconvénient de nécessiter la réalisation de deux circuits imprimés et imbriqués, et, dans le fonctionnement double bande, de 25 n'offrir qu'une faible largeur de bande dans chaque sousbande. En

fonctionnement large bande, la largeur de bande obtenue reste limitée.

Un autre exemple de réalisation est décrit en détail dans le document "Analysis of quadrifilar resonant helical antenna for mobile communications" (analyse de l'antenne hélice quadrifilaire résonnante pour les communications avec les mobiles), par A. Sharaiha et C. Terret (IEE Proceedings H, vol. 140, n0

4, aot 1993).

Selon ce mode de réalisation, les brins rayonnants sont imprimés sur un substrat diélectrique de faible épaisseur, puis enroulés sur un support cylindrique 5 transparent du point de vue radioélectrique. Les quatre brins de l'hélice sont ouverts ou court-circuités à une extrémité et connectés électriquement à l'autre extrémité. Cette antenne nécessite un circuit d'alimentation, qui assure l'excitation des différents brins d'antenne par des signaux de même amplitude en quadrature 10 de phase. Cette fonction peut être réalisée à partir de structures de coupleurs 3dB -90 et d'un anneau hybride. L'ensemble peut être réalisé en circuit imprimé et placé à la base des antennes. On obtient ainsi une alimentation simple mais encombrante. Comme mentionné plus haut, il est souhaitable que l'antenne (incluant son 15 alimentation) soit de taille et de poids les plus réduits possible, et qu'elle ait un

cot le plus faible possible.

Plusieurs approches visant à réduire les dimensions de l'antenne et de son système d'alimentation ont été proposées. On peut notamment citer, à titres d'exemples, les solutions présentées: - dans le document de brevet FR-96 03698, au nom de France Telecom (antenne hélice à alimentation large bande intégrée); - dans le document de brevet FR-001 1830, au nom de France Telecom (antenne hélicodale à pas variable); - dans le document de brevet FR- 0011843, au nom de France Telecom 25 (antenne hélicodale à brins de largeur variable); et - dans l'article de B. Desplanches, A. Sharaiha et C. Terret intitulé " Parametrical study of printed quadrifilar helical antennas with central dielectric rods " (Microwave and Opt. Technol. Letters, Vol. 20, N0 4,

February 20, 1999).

Néanmoins, ces antennes n'offrent pas une très grande largeur de bande.

On connaît également dans l'état de la technique des antennes à hélice à éléments rayonnants repliés illustrées respectivement dans un document de brevet US-6,229,499 de la société XM Satellite Radio (marque déposée) et dans un document de brevet US-6,278,414 de la société Qualcomm (marque déposée). Ces 5 antennes possèdent des éléments rayonnants qui sont en partie repliés sur euxmêmes permettant, ainsi, de réduire leur hauteur. Néanmoins, ces antennes

présentent l'inconvénient d'être à bande étroite.

L'invention a notamment pour objectif de pallier ces divers inconvénients

de l'état de la technique.

Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une antenne hélicodale résonante présentant une large bande passante, pouvant couvrir, par exemple, la bande d'émission et la bande de réception d'un système de communication. Notamment, un objectif de l'invention est de fournir une telle antenne 15 hélicodale présentant une largeur de bande importante (supérieure à celle obtenue selon l'art antérieur) dans chaque sous-bande, lorsque deux sous-bandes sont prévues. Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle antenne dont les

dimensions, les performances et le cot de revient sont acceptables pour des 20 terminaux portables de systèmes cellulaires terrestres.

Un autre objectif de l'invention est de fournir une antenne de taille réduite

tout en ayant un fonctionnement en large bande.

Un objectif de l'invention est également de fournir une antenne relativement

simple à fabriquer, et par conséquent de faible cot.

Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une alternative

technique aux solutions de l'art antérieur.

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'une antenne hélicodale comprenant au moins une hélice formée d'au moins deux brins rayonnants, au moins un des brins rayonnants étant associé à un brin parasite de largeur inférieure ou égale au ou aux brins

rayonnants de façon à élargir la bande passante de l'antenne.

Préférentiellement, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que chacun

des brins parasites est relié à la masse.

Ainsi, on optimise le fonctionnement de l'antenne et notamment des brins parasites. Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que les brins rayonnants et les brins parasites sont imprimés sur

un substrat.

De cette manière, l'antenne hélicodale peut être réalisée selon un mode de

fabrication à la fois simple, efficace et à faible cot.

Selon une caractéristique préférentielle, l'antenne est remarquable en ce que chacun des brins rayonnants est associé à un brin parasite de largeur inférieure

ou égale au brin rayonnant.

Ainsi, on obtient un comportement selfique (correspondant à un brin rayonnant et notamment à sa longueur) associé à un comportement capacitif global (correspondant à l'association d'un brin rayonnant et d'un brin parasite et dépendant de la distance entre ces deux brins et du rapport entre leur largeur), le

brin parasite étant préférentiellement de faible largeur.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que le rapport entre la largeur de chacun des brins parasites et

la largeur du brin rayonnant associé est inférieur ou égal à 0,15.

Ainsi, les performances de l'antenne sont optimales notamment dans les

bandes voisines de 1 GHz.

Préférentiellement, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que chacun des brins parasites est positionné par rapport au brin rayonnant associé de façon à

optimiser le couplage entre le brin parasite et le brin rayonnant associé.

Ainsi, un brin parasite et le brin rayonnant associé sont positionnés de

façon à optimiser la bande passante, un optimum de couplage étant, s'il existe, 30 dépendant de la distance les séparant.

Ainsi, l'antenne possède une meilleure adaptation.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que chacun des brins parasites est plus éloigné du brin

rayonnant associé que de l'un au moins des autres brins rayonnants.

En effet, une optimisation du couplage entre le brin parasite et le brin rayonnant associé est souvent obtenue en éloignant le brin parasite du brin rayonnant associé; ainsi, plus le brin parasite et le brin rayonnant associé sont

éloignés, plus la bande de rayonnement de l'antenne est large.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est 10 remarquable en ce que chacun des brins parasites est parallèle au brin rayonnant

auquel il est associé.

Ici, lorsqu'un brin parasite et le brin rayonnant associé sont rectilignes et de largeur constante ou variable, les deux brins sont parallèles si leurs lignes

médianes longitudinales sont parallèles.

Ici, lorsqu'un brin parasite et/ou le brin rayonnant associé forment une ligne brisée, les deux brins sont considérés comme parallèles si l'une des trois conditions suivantes est respectée: - leur lignes médianes longitudinales sont parallèles; ou - leur lignes tangentes extérieures et/ou intérieures suivant le sens de la 20 longueur sont parallèles; ou chacun des segments formant le brin parasite est parallèle à un segment

associé du brin rayonnant.

Ainsi, chacun des brins parasites et des brins rayonnants associés

présentent un effet capacitif.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que chacun des brins parasites présente sensiblement la même

longueur que le brin rayonnant auquel il est associé.

Ainsi, l'antenne est relativement simple à réaliser (et notamment plus

simple que si la liaison à la masse à une extrémité du brin parasite se faisait, par 30 exemple, au milieu du cylindre).

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que l'une des extrémités de chacun des brins rayonnants est reliée par une liaison conductrice à l'une des extrémités du brin rayonnant auquel

le brin parasite est associe.

Ainsi, les brins parasites et les brins rayonnants associés peuvent être gravés sur un même coté de substrat, l'autre coté du substrat étant alors disponible pour une autre utilisation (par exemple, pour la gravure de brins supplémentaires

ou d'une autre antenne hélice).

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est 10 remarquable en ce que l'une des extrémités de chacun des brins rayonnants est reliée par couplage à l'une des extrémités du brin rayonnant auquel le brin parasite

est associé.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que les brins rayonnants sont imprimés sur une première face 15 d'un substrat et en ce que les brins parasites sont imprimés sur une deuxième face

du substrat.

Ainsi, la fabrication de l'antenne est simplifiée puisque l'alimentation (reliée notamment à un brin rayonnant) et la masse (reliée notamment à un brin parasite) ne sont pas nécessairement présents sur le même coté du substrat. Des 20 trous métallisés permettant le passage de la masse du coté de l'alimentation ne

sont donc pas indispensables.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce qu'au moins un brin parasite et un brin rayonnant voisin du

brin rayonnant auquel le brin parasite est associé se chevauchent.

Ainsi, la distance entre un brin parasite et le brin rayonnant associé est plus grande que celle séparant deux brins rayonnants voisins. Cela permet notamment d'obtenir plus de marge pour le réglage du couplage entre un brin parasite et le brin rayonnant associé et donc de trouver plus facilement un optimum pour

améliorer la bande passante.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que l'extrémité des brins rayonnants non reliée à un brin

parasite est connectée à une ligne d'attaque d'un circuit d'alimentation.

Ainsi, le fonctionnement de l'antenne est optimisé.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce qu'au moins une des hélices est une hélice quadrifilaire,

comprenant quatre brins.

De cette façon, on obtient une bonne pureté de polarisation circulaire.

En outre, pour certains cas, l'ouverture de l'antenne est très large, le 10 diagramme de rayonnement étant quasi hémisphérique.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce que les brins rayonnants formant une hélice présentent tous les mêmes dimensions et en ce que les brins parasites présentent tous les mêmes dimensions. Ainsi, on obtient une meilleure polarisation circulaire, la symétrie des brins étant bonne. De plus, les brins possèdent une même distribution de courant

déphasée de 900.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce qu'au moins un des brins rayonnants et/ou parasites est formé 20 d'au moins deux segments, les angles d'enroulement d'au moins deux des segments étant différents et déterminés de façon aléatoire ou pseudo-aléatoire à

l'aide de moyens d'optimisation globale.

Ainsi, la ligne formée par chacun des brins rayonnant et/ou parasites est

brisée ce qui permet de réduire la taille de l'antenne tout en conservant de bonnes 25 performances.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est remarquable en ce qu'au moins un des brins rayonnants et/ou parasites présente une largeur variable, variant de façon régulière et monotone entre une largeur

maximale et une largeur minimale.

De cette manière, l'adaptation de l'antenne est simplifiée, un paramètre

supplémentaire de réglage étant disponible pour cette adaptation.

Selon une caractéristique particulière, l'antenne hélicodale est

remarquable en ce que les brins rayonnants présentent une longueur sensiblement 5 différente d'un multiple de la longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la bande d'émission de l'antenne, divisée par 4.

Ainsi, on peut jouer sur l'ouverture de l'antenne contrairement aux antennes connues du type dipôles avec brin parasite, qui ont une longueur

multiple de X/4 o k représente la longueur d'onde d'émission de l'antenne.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus

clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non

limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels: - Les figures I et 2 illustrent une antenne hélice quadrilifaire de type 15 connu, à brins classiques de largeur constante, respectivement lorsque l'hélice est développé (figure 1) et lorsqu'elle est enroulée sur un support cylindrique (figure 2); - La figure 3 est un exemple d'hélice selon l'invention, sous sa forme développée; - La figure 4 présente une vue de face de l'hélice de la figure 3, enroulée sur son support cylindrique; La figure 5 illustre un exemple de ROS mesuré à l'entrée d'un brin pour une antenne selon l'invention; - La figure 6 est une abaque de Smith représentant l'impédance d'entrée 25 d'une antenne selon l'invention; Les figures 7a et 7b illustrent une variante de l'invention selon laquelle des brins rayonnants et des brins parasites associés sont couplés en étant imprimés sur deux faces opposées d'un substrat; - La figure 8 présente un exemple d'antenne selon une variante de l'invention selon laquelle des brins rayonnants sont de largeur variable; et - Les figures 9a et 9b montrent un exemple d'antenne selon une autre 5 variante de l'invention présentant des brins rayonnants formant une

ligne brisée.

Les figures 1 et 2 présentent une antenne hélice quadrilifaire classique, telle que déjà discutée en préambule. Elle comprend quatre brins 11, à 114 de longueur L2 et de largeur d. Ces brins rayonnants sont imprimés sur un substrat diélectrique 10 12 de faible épaisseur enroulé ensuite sur un support cylindrique 13 transparent du point de vue radioélectrique, de rayon r, de circonférence c et de longueur axiale

LI, et a étant l'angle d'enroulement.

Classiquement, l'antenne nécessite un circuit d'alimentation qui assure l'excitation des différents brins par des signaux de même amplitude et en 15 quadrature de phase. Cette fonction peut être obtenue à partir de structures de coupleurs 3dB -90 et d'un anneau hybride, réalisée en circuit imprimé et placé à

la base des antennes.

La figure 3 présente un exemple d'hélice 30 selon l'invention, sous sa forme

développée. L'antenne HQI 30 comporte donc 4 brins rayonnants conducteurs 31 20 à 314 régulièrement espacés, imprimés sur un substrat 32 et de largeur égale à Wa.

Les quatre brins 31I à 314 sont repliés sur eux mêmes à l'une de leur extrémité respectivement 36, à 364 en formant chacun un brin parasite respectivement 34, à 344 et connectés à l'autre extrémité aux lignes d'attaque du circuit d'alimentation 33. Les brins parasites 34, à 344 ont une largeur Wb, inférieure à la largeur, W,

des brins rayonnants afin de garantir un fonctionnement en large bande de l'antenne. Les brins parasites 34, à 344 sont connectés à la masse 35 à l'extrémité opposée à l'extrémité respectivement 36, à 364. Dans le mode de réalisation décrit en regard de la figure 3, la largeur, Wbr, des brins parasites et la largeur, Wa, des 30 brins rayonnants sont constantes.

L'antenne 30 est ensuite enroulée sur un support cylindrique, comme illustrée sur la figure 4, qui présente une vue de face de l'antenne enroulée sur son

support cylindrique.

On décrit maintenant en détail un mode de réalisation particulier de 5 l'invention. Bien entendu, il ne s'agit que d'un simple exemple, et de nombreuses variantes et adaptations sont possibles, en fonction des besoins et des applications.

L'antenne réalisée et illustrée en regard des figures 3 et 4 présente les caractéristiques suivantes: - Longueur des brins: 0,83X o X représente la longueur d'onde 10 correspondant à la fréquence moyenne de la bande d'émission (cette longueur ayant été choisie pour optimiser l'ouverture de l'antenne) - Diamètre: 0,18X; - Distance d: 9 mm; - Largeur Wbr: 1,95 mm

- Rapport des largeurs de brin Wa/Wbr: 8.

- Angle d'enroulement, a: 500.

Généralement, la bande de l'antenne s'élargit lorsque la distance d augmente. Préférentiellement, le brin parasite est donc proche du brin rayonnant voisin. D'une manière générale, il existe un optimum de bande passante en fonction

de la distance entre un brin parasite et le brin rayonnant associé.

La figure 5 permet de visualiser le ROS 52 mesuré en fonction de la

fréquence 50 (exprimé en GHz sur la figure) mesurée à l'entrée d'un brin rayonnant pour l'antenne 30 illustrée en regard des figures 3 et 4, les autres étant 25 chargés sous 50Q.

Les antennes sont mesurées à la fréquence centrale FI égale à 1.5 GHz.

On constate que pour l'antenne HQI à brin replié selon l'invention, on obtient une adaptation de l'antenne HQI inférieure à -10dB sur l'intervalle allant de 1,27GHz à 1,65 GHz, soit une bande passante qui atteint 26%. Ainsi, l'antenne 30 HQI présente une augmentation significative de la bande passante. On passe en effet d'une bande passante de l'ordre 6 à 8 % pour une antenne HQI conventionnelle à une bande passante de l'ordre de 26% pour une antenne telle

qu'illustrée en regard des figures 3 et 4.

Ainsi, l'antenne hélice quadrifilaire imprimée repliée dont chaque brin 5 parasite est relié à la masse permet l'émission et/ou la réception dans une large bande passante ou dans deux sous-bandes différentes possédant chacune une large

bande passante.

La technique de l'invention donne donc une augmentation non négligeable de la bande passante. On obtient ainsi une antenne hélice quadrilifaire imprimée 10 fonctionnant dans une large bande passante et/ou dans deux sous-bandes

différentes ayant chacune une large bande passante, et dont la hauteur est réduite.

L'antenne hélice quadrifilaire imprimée repliée avec des brins parasites reliés à la masse permet donc une augmentation de la bande passante de l'antenne sans

réduction des longueurs de brins.

La figure 6 est une abaque de Smith représentant l'impédance 60 d'entrée

d'une antenne selon l'invention normalisée à 50 Ohms.

Une boucle 61 sur la courbe 60 est issue du couplage et donne la large bande puisque présente à l'intérieur d'un cercle 62 correspondant à un ROS inférieur ou

égal à 2.

La figure 7a présente un exemple d'hélice 70 selon une variante de

l'invention, sous sa forme développée. L'antenne HQI 70 comporte donc 4 brins rayonnants conducteurs 71, à 714 régulièrement espacés, imprimés sur une première face du substrat 72 et de largeur égale à Wa. Les quatre brins 71, à 714 sont connectés à l'une de leur extrémité aux lignes d'attaque du circuit 25 d'alimentation 73.

Des brins parasites 74, à 744 (représentés en pointillés) sont imprimés parallèlement aux brins rayonnants sur une seconde face du substrat 72 opposée à la première face. Les brins parasites 74, à 744 sont connectés à la masse 75 à l'une

de leur extrémité respectivement 71l à 714.

Chacun des brins parasites 74, à 744 est couplé par son extrémité respectivement 75, à 75, non reliée à la masse 75, à l'extrémité non reliée à l'alimentation du brin respectivement 71, à 714 auquel il est associé. Les brins parasites 74, à 744 ont une largeur Wbr inférieure ou égale et, préférentiellement 5 très inférieure (dans un rapport WbI/Wa inférieur à 0,15), à la largeur, Wa, des brins rayonnants afin de garantir un fonctionnement en large bande de l'antenne. Dans le mode de réalisation décrit en regard des figures 7a et 7b, la largeur, Wbr, des

brins parasites et la largeur, Wa, des brins rayonnants sont constantes.

Ici, la distance séparant un brin parasite et le brin rayonnant associé n'est 10 pas limitée par la distance séparant deux brins rayonnants. Ainsi, la distance entre un brin parasite et le brin rayonnant peut être supérieure à la distance séparant deux brins rayonnants. Le couplage entre un brin parasite et le brin rayonnant associé et donc la bande passante peuvent être alors améliorés. On possède alors

plus de possibilités dans la recherche de couplage optimum.

La figure 7b illustre en détail l'extrémité 751 du brin rayonnant 711 couplée au brin parasite 741. D'une manière générale, chacun des brins parasites et le brin rayonnant associé se chevauchent de part et d'autre du substrat 72 sur une distance E comprise entre 0 et la distance d séparant le brin parasite du brin rayonnant associé. Les autres caractéristiques de l'antenne 70 (enroulement autour d'un support cylindrique, dimensions des brins et de l'antenne...) étant similaires à celle de

l'antenne 30 des figures 3 et 4, elles ne seront pas décrites davantage.

La figure 8 présente un exemple d'antenne 80 selon une variante de l'invention selon laquelle des brins rayonnants 81, à 814 sont de largeur variable. 25 Chacun des brins rayonnants 81, à 814 est relié par l'une de ses extrémités à un

brin parasite 84, à 844.

Ce mode de réalisation a notamment pour objectif d'obtenir une antenne HQI 80 permettant d'élargir encore plus la bande passante et/ou de permettre une meilleure adaptation de l'antenne 80 (la variation de la largeur de la bande étant 30 un paramètre supplémentaire utilisable pour l'adaptation). Ceci est obtenu en faisant varier la largeur des brins rayonnants le long de l'hélice. Ainsi, les extrémités des brins rayonnants ont respectivement une largeur Wai et W,, différente. La variation de la largeur peut être: régulière suivant une loi linéaire, exponentielle, double exponentielle, en escalier... ou

- non régulière.

Préférentiellement, la largeur des brins parasites est constante et chacun

des brins parasites est parallèle à une ligne médiane longitudinale du brin rayonnant associé (illustrée, par exemple, par la ligne 87 correspondant au brin 10 81,).

A titre illustratif, chacun des brins rayonnant de l'antenne 80 présente une

largeur minimale Wai égale à 2mm et une largeur maximale Wa2 égale à 16 mm.

A l'exception de la largeur des brins rayonnants, les caractéristiques de

l'antenne 80 étant similaires à celles de l'antenne 30 illustrée en regard des figures 15 3 et 4, elles ne seront pas décrites davantage.

Selon une variante de l'invention non illustrée, les brins parasites d'une antenne hélicodale sont couplés et non reliés directement à des brins rayonnants de largeur variable, similaires aux brins 81, à 814 de l'antenne 80 (selon un

couplage similaire à celui des brins rayonnants et parasites de l'antenne 70).

Selon une autre variante de l'invention, la largeur des brins parasites est variable, les lignes médianes longitudinales de chacun des brins parasites et du

brin rayonnant associé sont parallèles.

Selon encore une autre variante non représentée, les brins parasites sontparallèles à l'un des cotés des brins rayonnants. Un brin parasite parallèle à un 25 brin rayonnant adjacent permet, notamment, d'éloigner ce brin parasite du brin rayonnant associé tout en le rapprochant du brin adjacent augmentant ainsi l'effet

capacitif et la bande passante de l'antenne.

D'une manière générale, les brins parasites et les brins rayonnants sont

reliés par un seul point de liaison.

La figure 9a montre un exemple d'antenne 90 selon une autre variante de

l'invention présentant des brins rayonnants 91, à 914 formant une ligne brisée.

Chacun des brins rayonnants 911 à 914 est reliés par l'une de ses extrémités

à un brin parasite 94, à 944.

Chaque brin rayonnant 91 à 914 (ou au moins certains) de l'antenne HQI est décomposé en un nombre limité de segments. D'après les expressions mathématiques liant les paramètres géométriques d'une antenne hélice, on constate qu'une modification de l'angle d'enroulement influe sur le pas de

l'antenne, donc sur la longueur axiale.

Ainsi il est possible de donner un angle d'enroulement différent pour chaque segment. La hauteur peut ainsi s'en trouver réduite. Instaurer des angles

d'enroulement différents peut être assimilé à un changement du pas de l'antenne.

Cependant, l'angle d'enroulement a est aussi un paramètre influant sur le diagramme de rayonnement d'une antenne HQI (angle d'ouverture à 3dB, rapport 15 d'ellipticité). C'est pourquoi, pour choisir les différents angles a adéquats, un programme d'optimisation globale tel que le recuit simulé ou l'algorithme

génétique peut être utilisé.

La synthèse est effectuée sur les diagrammes de rayonnement en

polarisation principale et croisée en introduisant un gabarit défini par les niveaux 20 d'amplitude et les angles d'ouverture -3dB voulus.

La mise en place de ce gabarit permet de contrôler parfaitement les angles

d'ouverture à -3dB, ainsi que la réjection de la polarisation inverse donc le rapport d'ellipticité. Les variables à optimiser sont les différents angles d'enroulement des brins de l'antenne HQI. L'algorithme donnera les angles a, 25 optimum.

Chacune des brins rayonnant 91, à 914 de l'antenne 90 présenté en regard

de la figure 9a est divisé par exemple en huit segments de longueur, L, identique.

Les angles d'enroulement correspondant à chacun des huit segments des brins rayonnant de l'antenne 90 sont les suivants: 30 - aL = 30 ; a2=33 ; - a3 = 55 ; - ca = 34 - a5= 65 ; - a6= 68 ; - a7= 54; et

- a8 = 33 .

Les brins rayonnant 911 et parasite 94, et en particulier les segments qui

composent le brin rayonnant 91, sont illustrés plus en détail en regard de la 10 figure 9b.

On obtient ainsi une antenne HQI 90 à pas variable aléatoire avec des

dimensions réduites.

Bien entendu, en fonction des besoins des contraintes différentes peuvent

être prises en compte lors de l'optimisation.

Ainsi une modification des angles d'enroulement permet d'une part de diminuer la longueur axiale de l'antenne HQI et d'autre part d'obtenir le rapport

d'ellipticité et la couverture souhaités.

Selon la figure 9b, le brin parasite 94, est parallèle à une tangente 97

intérieure (c'est-à-dire située entre le brin rayonnant 91, et le brin parasite 20 associé94,) du brin rayonnant 91,.

Selon une variante non illustrée, un ou plusieurs brins parasites sont parallèles à une tangente extérieure (c'est-à-dire située du coté opposé au brin parasite) du brin rayonnant associé (ce qui permet de rapprocher le brin parasite

d'un brin adjacent voisin) ou à une ligne médiane du brin rayonnant associé.

Selon une autre variante non illustrée, un ou plusieurs brins parasites forment une ligne brisée. Préférentiellement, chacun de ces brins parasites comporte le même nombre de segments que le brin rayonnant associé et chacun des segments du brin parasite a la même longueur et est parallèle à un segment correspondant sur le brin rayonnant associé (ainsi, outre une largeur différente, le brin parasite et le brin rayonnant associé ont la même forme), ce qui permet de

positionner un brin parasite très près d'un brin adjacent rayonnant.

Selon encore une autre variante de l'invention non illustrée, les brins

parasites d'une antenne hélicodale sont reliés par couplage (et non directement) à 5 des brins rayonnants formant une ligne brisée de façon similaire à la liaison par couplage présentée en regard des figures 7a et 7b.

De nombreuses variantes des modes de réalisation illustrés en regard des

figures 3 à 9 sont envisageables.

En particulier, il convient de rappeler que la largeur des brins parasites 10 peut prendre une valeur quelconque inférieure à celle d'un brin rayonnant associé

et préférentiellement de l'ordre du huitième de celle d'un brin rayonnant associé.

Par ailleurs, bien que l'invention peut s'appliquer à tout type d'antenne en

hélice, et non uniquement aux antennes quadrilifaires.

On peut également envisager que les brins ne présentent pas tous des 15 dimensions identiques.

Selon le mode de réalisation décrit, l'antenne est imprimée à plat, ensuite

enroulée sur un support pour former l'antenne. Selon un autre mode de réalisation encore plus rapide, le substrat destiné à recevoir les éléments imprimés peut être réalisé directement dans sa forme cylindrique définitive. Dans ce cas, l'impression 20 des brins et de la structure d'alimentation est effectuée directement sur le cylindre.

Par ailleurs, il est à noter que, bien qu'elle soit utilisable à l'unité,

l'antenne de l'invention se prête également à la réalisation de réseaux d'antennes.

Il est également possible de montrer coaxialement et concentriquement

deux (ou plus) antennes de ce type.

Enfin, la technique de l'invention est compatible avec des techniques visant à réduire la taille de l'antenne, telle que notamment celle proposée dans la demande de brevet dans le document de brevet FR-001 1830, au nom de France Telecom (antenne hélicodale à pas variable) ou à augmenter la largeur de bande, par exemple, selon une technique proposée dans le document de brevet 30 FR-001 1843, au nom de France Telecom (antenne hélicodale à brins de largeur

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variable). Dans ces différents cas, la présence de pas variable et/ou la variation de largeur peut être appliquée sur tous les brins, ou sélectivement sur certains d'entre eux.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Antenne hélicodale (30, 70, 80, 90) comprenant au moins une hélice formée d'au moins deux brins rayonnants (31, 71, 81, 91), caractérisée en ce qu'au moins un desdits brins rayonnants est associé à un brin parasite (34, 74, 84, 94) de largeur (Wbr) inférieure ou égale audit ou auxdits

brins rayonnants (Wa) de façon à élargir la bande passante de ladite antenne.

2. Antenne hélicodale selon la revendication 1, caractérisée en ce que

chacun desdits brins parasites est relié à la masse (35, 75, 85, 95).

3. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,

caractérisée en ce que lesdits brins rayonnants et lesdits brins parasites sont

imprimés sur un substrat (32, 72, 82, 92).

4. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chacun desdits brins rayonnants est associé à un brin 15 parasite de largeur inférieure ou égale audit brin rayonnant.

5. Antenne hélicodale selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rapport (Wbr/Wa) entre la largeur de chacun desdits brins parasites et la largeur

dudit brin rayonnant associé est inférieur ou égal à 0,15.

6. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 20 caractérisée en ce que chacun desdits brins parasites est positionné par rapport

audit brin rayonnant associé de façon à optimiser le couplage entre ledit brin

parasite et ledit brin rayonnant associé.

7. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chacun desdits brins parasites est plus éloigné dudit brin 25 rayonnant associé que de l'un au moins desdits autres brins rayonnants.

8. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chacun desdits brins parasites est parallèle au brin

rayonnant auquel il est associé.

9. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chacun desdits brins parasites présente sensiblement la

même longueur (Le, Le') que le brin rayonnant auquel il est associé.

10. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 5 caractérisée en ce que l'une des extrémités de chacun desdits brins rayonnants est reliée par une liaison conductrice (36, 86, 96) à l'une des extrémités dudit brin

rayonnant auquel ledit brin parasite est associé.

11. Antenne hélicodale (70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'une des extrémités (75) de chacun desdits brins 10 rayonnants est reliée par couplage à l'une des extrémités dudit brin rayonnant

auquel ledit brin parasite est associé.

12. Antenne hélicodale selon la revendication 11, caractérisée en ce que lesdits brins rayonnants sont imprimés sur une première face d'un substrat et en ce

que lesdits brins parasites sont imprimés sur une deuxième face dudit substrat.

13. Antenne hélicodale selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'au moins un brin parasite et un brin rayonnant voisin dudit brin rayonnant auquel

ledit brin parasite est associé se chevauchent.

14. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que l'extrémité desdits brins rayonnants non reliée à un brin 20 parasite est connectée à une ligne d'attaque d'un circuit d'alimentation (33, 73, 83,

93).

15. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisée en ce qu'au moins une des desdites hélices est une hélice quadrifllaire,

comprenant quatre brins.

16. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications 1 à 15,

caractérisée en ce que lesdits brins rayonnants formant une hélice présentent tous les mêmes dimensions et en ce que lesdits brins parasites présentent tous les

mêmes dimensions.

17. Antenne hélicodale (90) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, 30 caractérisée en ce qu'au moins un desdits brins rayonnants et/ou parasites est

formé d'au moins deux segments, les angles d'enroulement (ae.. u,) d'au moins deux desdits segments étant différents et déterminés de façon aléatoire ou pseudoaléatoire à l'aide de moyens d'optimisation globale.

18. Antenne hélicodale (80) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, 5 caractérisée en ce qu'au moins un desdits brins rayonnants et/ou parasites présente

une largeur variable, variant de façon régulière et monotone entre une largeur

maximale (Wa2) et une largeur minimale (Wa,).

19. Antenne hélicodale selon l'une quelconque des revendications l à 18, caractérisée en ce que lesdits brins rayonnants présentent une longueur (Le, Le') 10 sensiblement différente d'un multiple de la longueur d'onde correspondant à la

fréquence moyenne de la bande d'émission de ladite antenne, divisée par 4 (X/4).