FR2903232A1 - SYMMETRIC ANTENNA IN MICRO-RIBBON TECHNOLOGY. - Google Patents

SYMMETRIC ANTENNA IN MICRO-RIBBON TECHNOLOGY. Download PDF

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Abstract

Cette invention concerne une antenne symétrique par rapport à un plan médian (AA), portée par un support (1) formant deux plans, dits premier et second plans de support, caractérisée en ce qu'elle comporte,. une bande conductrice (4) sensiblement rectangulaire comportant de chaque côté du plan médian une fente de couplage (5,6) sensiblement en forme de L dont la petite branche débouche sur la longueur de la bande conductrice, et,. des carrés (7,8) de chaque côté de la bande conductrice formant une boucle conductrice ouverte à un sommet électriquement connecté à la bande conductrice de part et d'autre de la fente de couplage respective,formés sur le premier plan de support, et. une ligne d'alimentation (15) dont une extrémité se termine en forme de fourche dont chaque brin (17, 18) se termine parallèle à un côté du carré correspondant,formée sur le second plan de support.The invention relates to an antenna symmetrical about a median plane (AA) carried by a support (1) forming two planes, said first and second support planes, characterized in that it comprises ,. a substantially rectangular conductive strip (4) having on each side of the median plane a substantially L-shaped coupling slot (5, 6) whose small branch opens out along the length of the conductive strip, and ,. squares (7,8) on each side of the conductive strip forming an open-ended conductive loop electrically connected to the conductive strip on either side of the respective coupling slot, formed on the first support plane, and . a feed line (15), one end of which ends in the shape of a fork, each strand (17, 18) terminating parallel to one side of the corresponding square, formed on the second support plane.

Description

ANTENNE SYMETRIQUE EN TECHNOLOGIE MICRO-RUBAN La présente inventionSYMMETRIC ANTENNA IN MICRO-RIBBON TECHNOLOGY The present invention

concerne une antenne symétrique par rapport à un plan médian, ainsi qu'une structure et un réseau de telles antennes. Elle concerne également une station de base comportant une telle antenne.  relates to an antenna symmetrical with respect to a median plane, as well as a structure and a network of such antennas. It also relates to a base station comprising such an antenna.

Classiquement, l'association de deux antennes en forme de boucle carrée dans une réalisation en technologie filaire, connue sous le nom d'antenne bi-quad, permet d'obtenir une antenne ayant un diagramme parfaitement symétrique et une directivité ajustable, typiquement entre 7 et 14 dBi.  Conventionally, the combination of two antennas in the form of a square loop in a realization in wired technology, known as a bi-quad antenna, makes it possible to obtain an antenna having a perfectly symmetrical diagram and an adjustable directivity, typically between 7 and 14 dBi.

Pour ce type d'antenne, le passage d'une technologie filaire à une technologie de type micro-ruban, c'est-à-dire utilisant des technologies de circuit imprimé, s'effectue en utilisant un symétriseur séparé et distinct de l'antenne afin de résoudre le problème de l'excitation de cette antenne symétrique par une attaque dissymétrique constituée d'un connecteur axial.  For this type of antenna, the transition from a wired technology to a micro-ribbon type technology, that is to say using printed circuit technologies, is performed using a balun separate and distinct from the antenna in order to solve the problem of the excitation of this symmetrical antenna by an asymmetrical attack consisting of an axial connector.

Ronglin Li et al, Investigation of Circularly Polarized Loop Antennas with a Parasitic Element for Bandwidth Enhancement", IEEE, Transactions on Antennas and Propagation, vo1.53, n 12, December 2005, pp3930-3939, décrit une telle antenne bi-quad utilisant un symétriseur large bande fabriqué sur un support perpendiculaire au plan de l'antenne.  Ronglin Li et al, Investigation of Circularly Polarized Loop Antennas with a Parasitic Element for Bandwidth Enhancement, IEEE, Transactions on Antennas and Propagation, vo1.53, No. 12, December 2005, pp3930-3939, describes such a bi-quad antenna using a broadband balun manufactured on a support perpendicular to the plane of the antenna.

Or un tel symétriseur augmente l'encombrement de l'antenne et réduit donc les possibilités d'intégration de celle-ci. Ce problème d'encombrement des antennes de l'art antérieur trouve une solution dans une antenne de type bi-quad selon l'invention. Une antenne selon l'invention est une antenne symétrique par rapport à un plan médian, caractérisée en ce qu'elle est portée par un support diélectrique mince et rigide dont les faces forment deux plans parallèles et perpendiculaires au plan médian, dits premier et second plans de support, l'antenne comportant, • une bande conductrice sensiblement rectangulaire dont la grande médiane appartient au plan médian et comportant de chaque côté du plan médian une fente de couplage sensiblement en forme de L dont la petite branche débouche sur la longueur correspondante de la bande conductrice, et, 2903232 2 • des premiers carrés de chaque côté de la bande conductrice, chaque carré formant une boucle conductrice ouverte à un sommet, les extrémités ouvertes de la boucle étant électriquement connectées à la bande conductrice de part et 5 d'autre de la fente de couplage respective, formés sur le premier plan de support , et • une ligne d'alimentation d'un signal parallèle et couplée électriquement à la bande conductrice dont une extrémité est connectable à une sonde coaxiale et l'autre extrémité se 10 termine en forme de fourche formant diviseur au voisinage des fentes de couplage, chaque brin de la fourche se terminant parallèle à un côté du carré correspondant afin d'assurer le couplage électro-magnétique avec celui-ci, formée sur le second plan de support.  However, such a balun increases the congestion of the antenna and therefore reduces the possibilities of integration thereof. This congestion problem of antennas of the prior art finds a solution in a bi-quad type antenna according to the invention. An antenna according to the invention is an antenna symmetrical with respect to a median plane, characterized in that it is carried by a thin and rigid dielectric support whose faces form two planes parallel and perpendicular to the median plane, said first and second planes support, the antenna comprising: a substantially rectangular conductive strip whose large median belongs to the median plane and having on each side of the median plane a substantially L-shaped coupling slot whose small branch opens onto the corresponding length of the conductive strip, and, • first squares on each side of the conductive strip, each square forming a conductive loop open to a top, the open ends of the loop being electrically connected to the conductive strip on either side of the respective coupling slot, formed on the first support plane, and • a supply line of a signal p arallel and electrically coupled to the conductive strip having one end connectable to a coaxial probe and the other end terminating as a divider fork in the vicinity of the coupling slots, each fork leg terminating parallel to one side of the corresponding square to ensure the electromagnetic coupling with it, formed on the second support plane.

15 Ainsi, avantageusement, l'antenne intègre dans son plan un dispositif de couplage et un symétriseur permettant de réduire les dimensions de celle-ci. Une antenne selon l'invention fonctionne sans ajout de symétriseur externe. D'autres caractéristiques sont : 20 - pour chaque premier carré, un second carré formant une boucle conductrice de forme similaire au premier carré a un sommet connecté électriquement au sommet du premier carré diamétralement opposé au sommet ouvert dudit premier carré, les deux sommets connectés formant le sommet de jonction d'une croix constituée par les côtés adjacents des deux 25 carrés, permettant avantageusement d'obtenir une faible ou une forte directivité ; - tous les côtés des deux carrés adjacents au sommet de jonction sont en court-circuit, permettant avantageusement un élargissement du rayonnement avec un gain réduit ; 30 - les côtés des deux carrés adjacents au sommet de jonction formant une croix, les deux branches de la croix sont isolées électriquement au niveau du sommet de jonction, permettant avantageusement une meilleure directivité et un gain plus élevé ; 2903232 3 - une commande active disposée au sommet de jonction est adaptée pour isoler ou mettre en court-circuit les deux branches de la croix, permet avantageusement d'obtenir la directivité et le gain souhaité avec une même antenne en fonction du mode de conduction de la commande active ; 5 - la commande active est alimentée par des court-circuits positionnés à des points froids du fonctionnement haute-fréquence de l'antenne, permet avantageusement une auto-alimentation de la commande active ; - dans chaque premier carré est positionné un carré intérieur formant une boucle conductrice fermée et dont les côtés sont parallèles aux côtés du 10 premier carré, permettant avantageusement un fonctionnement large bande ; - elle comporte en outre un plan de sol constitué d'une structure à bande interdite magnétique positionnée sous forme d'une couche mince collée sur le second plan de support, permettant avantageusement un gain de directivité dans le plan de la mise en réseau tout en maintenant une faible 15 épaisseur de l'antenne ; Un autre objet de l'invention est une structure d'antenne caractérisée en ce qu'elle comporte deux antennes selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents positionnées sur une même ligne d'alimentation et un même support, permettant avantageusement une augmentation de la 20 directivité dans le plan orthogonal des antennes. Un autre objet de l'invention est un réseau monodimensionnel comportant un nombre pair d'antennes selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents dans lequel une première moitié des antennes crée une polarisation à - 45 et une seconde moitié des antennes crée une 25 polarisation à + 45 . Cet objet présente avantageusement une grande directivité dans le plan vertical. Un autre objet de l'invention est une station de base caractérisée en ce qu'elle comporte une antenne selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents ou un réseau d'antennes comme décrit ci-dessus. Cet objet 30 présente ainsi une grande efficacité de rayonnement avec un faible encombrement. Les différentes configurations permettent avantageusement de moduler la directivité et le gain de l'antenne en fonction des besoins.Thus, advantageously, the antenna integrates in its plane a coupling device and a balun to reduce the dimensions thereof. An antenna according to the invention operates without the addition of an external balun. Other features are: for each first square, a second square forming a conductive loop of similar shape to the first square has a top electrically connected to the top of the first square diametrically opposite the open top of said first square, the two connected vertices forming the vertex of junction of a cross constituted by the adjacent sides of the two squares, advantageously making it possible to obtain a weak or a strong directivity; all the sides of the two squares adjacent to the junction vertex are short-circuited, advantageously allowing an expansion of the radiation with a reduced gain; The sides of the two squares adjacent to the junction top forming a cross, the two branches of the cross are electrically insulated at the junction top, advantageously allowing a better directivity and a higher gain; - an active control disposed at the junction top is adapted to isolate or short-circuit the two branches of the cross, advantageously allows to obtain the directivity and the desired gain with the same antenna depending on the conduction mode of the active command; 5 - the active control is powered by short circuits positioned at cold points of the high-frequency operation of the antenna, advantageously allows self-supply of the active control; in each first square is positioned an inner square forming a closed conductive loop and whose sides are parallel to the sides of the first square, advantageously allowing wide band operation; it further comprises a ground plane constituted by a magnetic band gap structure positioned in the form of a thin layer bonded to the second support plane, advantageously allowing a gain in directivity in the plane of the network while now a low thickness of the antenna; Another object of the invention is an antenna structure characterized in that it comprises two antennas according to any one of the preceding embodiments positioned on the same power line and the same support, advantageously allowing an increase of the directivity in the orthogonal plane of the antennas. Another object of the invention is a one-dimensional network comprising an even number of antennas according to any one of the preceding embodiments in which a first half of the antennas creates a polarization at -45 and a second half of the antennas creates a 25 polarization at + 45. This object advantageously has a high directivity in the vertical plane. Another object of the invention is a base station characterized in that it comprises an antenna according to any one of the preceding embodiments or an antenna array as described above. This object 30 thus has a high radiation efficiency with a small footprint. The various configurations advantageously make it possible to modulate the directivity and the gain of the antenna according to the needs.

2903232 4 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux dessins en annexe dans lesquels : la figure 1 est une vue de face d'un mode de réalisation d'une 5 antenne selon l'invention ; la figure 2 est une vue de dessous de l'antenne de la figure 1 ; - la figure 3 est un diagramme de rayonnement de l'antenne de la figure 1 ; - la figure 4 est une courbe de gain de l'antenne de la figure 1 ; 10 la figure 5 est une vue de face d'une première variante d'antenne selon l'invention la figure 6 est un diagramme de rayonnement de l'antenne de la figure 5; la figure 7 est une courbe de gain de l'antenne de la figure 5 ; 15 - la figure 8 est une vue de face d'une deuxième variante d'antenne selon l'invention la figure 9 est un diagramme de rayonnement de l'antenne de la figure 8 ; la figure 10 est une courbe de gain de l'antenne de la figure 8 ; 20 la figure 11 est une vue de face d'une troisième variante d'antenne selon l'invention la figure 12 est une vue de face d'une quatrième variante d'antenne selon l'invention la figure 13 est un diagramme de rayonnement de l'antenne de la 25 figure 12 ; la figure 14 est une courbe de gain de l'antenne de la figure 12 ; la figure 15 est une vue en perspective d'une cinquième variante d'antenne selon l'invention ; et, - la figure 16 est une représentation schématique d'un réseau 30 d'antennes. La figure 1 représente la vue de face, et la figure 2 la vue de dessous d'une antenne bi-quad réalisé en technologie micro-ruban. Cette antenne est symétrique par rapport à un plan médian AA.The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a front view of an embodiment of FIG. an antenna according to the invention; Figure 2 is a bottom view of the antenna of Figure 1; FIG. 3 is a radiation diagram of the antenna of FIG. 1; FIG. 4 is a gain curve of the antenna of FIG. 1; Figure 5 is a front view of a first antenna variant according to the invention; Figure 6 is a radiation diagram of the antenna of Figure 5; Figure 7 is a gain curve of the antenna of Figure 5; FIG. 8 is a front view of a second antenna variant according to the invention; FIG. 9 is a radiation diagram of the antenna of FIG. 8; Figure 10 is a gain curve of the antenna of Figure 8; FIG. 11 is a front view of a third antenna variant according to the invention; FIG. 12 is a front view of a fourth antenna variant according to the invention; FIG. 13 is a radiation diagram of FIG. the antenna of Figure 12; Figure 14 is a gain curve of the antenna of Figure 12; FIG. 15 is a perspective view of a fifth antenna variant according to the invention; and, - Figure 16 is a schematic representation of an array of antennas. Figure 1 shows the front view, and Figure 2 the bottom view of a bi-quad antenna made of micro-ribbon technology. This antenna is symmetrical with respect to a median plane AA.

2903232 5 Elle est portée par un support 1 diélectrique mince et rigide formant deux plans 2, 3 parallèles et perpendiculaires au plan médian, appelés dans la suite de cette description, premier plan de support 2 et second plan de support 3.It is carried by a thin and rigid dielectric support 1 forming two planes 2, 3 parallel and perpendicular to the median plane, hereinafter referred to as the first support plane 2 and the second support plane 3.

5 Le support, ou substrat, est de préférence fabriqué dans un composant ayant une constante diélectrique élevée. Un exemple d'un tel substrat est le produit RT/duroid (Marque Déposée) 6006/6010 de la société Rogers Corporation. II permet d'appliquer sur ces faces des surfaces conductrices selon la 10 technologie micro-ruban. Sur le premier plan de support 2 est formée une bande conductrice 4 sensiblement rectangulaire, sa grande médiane appartenant au plan médian AA. A l'intérieur de cette bande conductrice, sont découpées deux fentes de 15 couplage 5, 6 sensiblement en forme de L. Les deux fentes de couplage 5, 6 sont en miroir par rapport au plan médian AA avec une branche du L parallèle à celui-ci et l'autre branche du L perpendiculaire au plan médian AA et débouchant sur la longueur correspondante de la bande conductrice 4. Des carrés 7, 8 sont formés, en miroir par rapport au plan médian AA, 20 de chaque côté de la bande conductrice 4 par deux rubans conducteurs 9, 10. Chaque ruban conducteur 9, 10 forme une boucle conductrice ouverte au sommet en contact avec la bande conductrice 4 du carré 7, 8 respectif. Les extrémités 11, 12, 13, 14 de chaque boucle sont connectées à la bande conductrice 4 de part et d'autre de la fente de couplage 5, 6 respective. Dans 25 un mode particulier de réalisation, il y a continuité de la métallisation des carrés 7,8 jusqu'à la bande conductrice 4. Une ligne d'alimentation 15 est formée sur le second plan de support 3 en parallèle à la bande conductrice 4. Sa ligne médiane appartient au plan médian AA.The support, or substrate, is preferably manufactured in a component having a high dielectric constant. An example of such a substrate is the RT / duroid (Trade Mark) product 6006/6010 from Rogers Corporation. It makes it possible to apply on these faces conductive surfaces according to micro-ribbon technology. On the first support plane 2 is formed a substantially rectangular conductive strip 4, its large median belonging to the median plane AA. Inside this conductive strip, two substantially L-shaped coupling slots 5, 6 are cut out. The two coupling slots 5, 6 are mirrored with respect to the medial plane AA with a branch of L parallel to that and the other branch of L perpendicular to the median plane AA and opening onto the corresponding length of the conductive strip 4. Squares 7, 8 are formed, in mirror with respect to the median plane AA, 20 on each side of the strip conductor 4 by two conductive strips 9, 10. Each conductive strip 9, 10 forms a conductive loop open at the top in contact with the conductive strip 4 of the square 7, 8 respectively. The ends 11, 12, 13, 14 of each loop are connected to the conductive strip 4 on either side of the respective coupling slot 5, 6. In a particular embodiment, there is continuity of the metallization of the squares 7, 8 up to the conductive strip 4. A feed line 15 is formed on the second support plane 3 in parallel with the conductive strip 4 Its median line belongs to the median plane AA.

30 L'extrémité 16 de la ligne d'alimentation 15, qui est la plus éloignée des fentes de couplage 5, 6 permet la connexion d'une sonde coaxiale d'arrivée d'un signal électromagnétique (la sonde coaxiale n'est pas représentée sur les figures 1 et 2), signal destiné à exciter l'antenne.The end 16 of the supply line 15, which is the farthest from the coupling slots 5, 6 allows the connection of a coaxial arrival probe of an electromagnetic signal (the coaxial probe is not shown in FIGS. 1 and 2), a signal intended to excite the antenna.

2903232 L'autre extrémité de la ligne d'alimentation 15 se divise au voisinage des fentes de couplage 5, 6 en une fourche à deux brins 17, 18. Chaque brin 17, 18 se termine parallèle à un côté du carré 7, 8 correspondant afin d'assurer un couplage électro-magnétique avec celui-ci.The other end of the supply line 15 splits in the vicinity of the coupling slots 5, 6 into a double-stranded fork 17, 18. Each strand 17, 18 ends parallel to a corresponding side of the square 7, 8 to ensure electromagnetic coupling with it.

5 Les dimensions globales varient en fonction de la gamme de fréquence d'émission choisie pour l'antenne. A titre d'exemple, pour une bande de fréquence de 2 GHz à 2,5 GHz, l'encombrement de l'antenne est au maximum de 150 * 150 mm2*1,524mm. En fonctionnement, la sonde coaxiale est connectée à la ligne 10 d'alimentation 15 par son extrémité 16 et à la bande conductrice 4 qui sert de plan de masse à la ligne d'alimentation 15. L'excitation par sonde coaxiale s'effectue en reliant la masse (gaine) de la sonde à la bande conductrice 4 et le conducteur central à la ligne d'alimentation 15. Cette excitation peut se faire parallèlement au plan de l'antenne imprimée, au bout de la bande conductrice 15 4 et de la ligne d'alimentation 15 ou bien perpendiculairement au plan de l'antenne. Cette excitation se fait selon les techniques connues de l'homme du métier. La ligne d'alimentation 15 se terminant en deux brins 17, 18 de la fourche d'extrémité, permet le passage d'un élément asymétrique, la ligne 20 d'alimentation 15 microruban dissymétrique, à un élément symétrique, les carrés 7, 8. Avec les fentes de couplage 5, 6, la fourche forme un dispositif de couplage large bande et un symétriseur intégré. Chaque carré 7, 8 est sectionné au niveau du point chaud situé aux extrémités ouvertes 11, 12, 13, 14 par la fente de couplage 5, 6 25 correspondante. Les fentes de couplage 5, 6 assurent aussi le couplage de l'énergie entre la ligne d'alimentation 15 et les carrés 7, 8. L'excitation du bon mode et des bonnes symétries sur les carrés 7, 8 est paramétrée par la forme et la position de ces fentes de couplage 5, 6. II est à noter que les paramètres que sont la longueur LI des fentes de 30 couplage 5, 6 et la longueur L2 de la partie de la ligne d'alimentation 15 qui dépasse des fentes de couplage 5, 6 constituent un ensemble d'adaptation de type double stub qui permet une adaptation large bande à n'importe quelle impédance d'entrée comme, par exemple, 50 ohms. Par exemple, la ligne microruban d'alimentation 15 qui passe sous le début d'un carré 7,8 se 2903232 7 prolonge au-delà de la fente de couplage d'une longueur L2 et ce termine par un circuit ouvert. Ce bout de ligne de longueur L2 est connu de l'homme du métier sous le nom de stub . Il en est de même pour la fente de couplage qui peut être considérée comme une ligne à fente qui se prolonge au-delà du 5 croisement avec la ligne microruban d'une longueur LI et finit par un court-circuit. Ce bout de ligne à fente de longueur L1 est également un stub . L'ensemble ds deux constitue ainsi un double stub et les deux paramètres L1 et L2 vont permettre de régler parfaitement l'adaptation. Chaque carré 7, 8 présente un encombrement de l'ordre de la demi- 10 onde. L'excitation privilégie un mode de fonctionnement dans lequel la répartition des courants électriques rend chaque carré 7, 8 équivalent à un dipôle électrique dirigé parallèlement à la bande conductrice 4. Chaque carré 7, 8 a donc, par lui-même, un rayonnement omnidirectionnel dans le plan perpendiculaire à la bande conductrice 4 et 15 directif dans le plan parallèle à celle-ci. La mise en réseau des deux carrés 7, 8 permet d'apporter de la directivité dans le plan perpendiculaire et rend ainsi les diagrammes de rayonnement parfaitement symétrique. L'antenne bi-quad en technologie micro-ruban ainsi formée a ainsi les mêmes caractéristiques que les antennes bi-quad fabriquées en technologie 20 filaire. A titre d'exemple, l'antenne adaptée pour la bande 2-2,5 GHz décrite précédemment présente une symétrie parfaite du diagramme de rayonnement, figure 3, avec un niveau maximal de polarisation croisée d'environ -20dB, avec un encombrement maximum de 150x150x1,524 mm.The overall dimensions vary according to the transmission frequency range chosen for the antenna. For example, for a frequency band of 2 GHz to 2.5 GHz, the size of the antenna is at most 150 * 150 mm2 * 1.524mm. In operation, the coaxial probe is connected to the supply line 15 at its end 16 and to the conductive strip 4 which serves as a ground plane to the supply line 15. The coaxial probe excitation is carried out connecting the mass (sheath) of the probe to the conductive strip 4 and the central conductor to the supply line 15. This excitation can be done parallel to the plane of the printed antenna, at the end of the conductive strip 4 and the supply line 15 or perpendicularly to the plane of the antenna. This excitation is done according to the techniques known to those skilled in the art. The feed line 15 ending in two ends 17, 18 of the end fork, allows the passage of an asymmetric element, the asymmetrical microstrip supply line, to a symmetrical element, the squares 7, 8 With the coupling slots 5, 6, the fork forms a wide band coupling device and an integrated balun. Each square 7, 8 is sectioned at the hot spot located at the open ends 11, 12, 13, 14 by the corresponding coupling slot 5, 6. The coupling slots 5, 6 also provide the coupling of the energy between the supply line 15 and the squares 7, 8. The excitation of the good mode and the good symmetries on the squares 7, 8 is parameterized by the shape and the position of these coupling slots 5, 6. It should be noted that the parameters are the length L1 of the coupling slots 5, 6 and the length L2 of the portion of the feed line 15 which protrudes from the slots coupling means 5, 6 constitute a double-stub type matching arrangement which allows broadband matching to any input impedance such as, for example, 50 ohms. For example, the microstrip line 15 which passes below the beginning of a square 7, 8 extends beyond the coupling slot by a length L 2 and ends with an open circuit. This end of line length L2 is known to those skilled in the art under the name of stub. It is the same for the coupling slot which may be considered as a slit line which extends beyond the crossing with the microstrip line by a length LI and ends with a short circuit. This slit line end of length L1 is also a stub. The set of two thus constitutes a double stub and the two parameters L1 and L2 will allow to perfectly adjust the adaptation. Each square 7, 8 has a footprint of the order of half wave. The excitation favors a mode of operation in which the distribution of electric currents makes each square 7, 8 equivalent to an electric dipole directed parallel to the conductive strip 4. Each square 7, 8 therefore has, by itself, an omnidirectional radiation in the plane perpendicular to the conductive strip 4 and directional in the plane parallel thereto. The networking of the two squares 7, 8 makes it possible to provide directivity in the perpendicular plane and thus makes the radiation patterns perfectly symmetrical. The bi-quad antenna in microstrip technology thus formed has the same characteristics as bi-quad antennas manufactured in wired technology. By way of example, the antenna adapted for the 2-2.5 GHz band described above has perfect symmetry of the radiation pattern, FIG. 3, with a maximum cross-polarization level of approximately -20 dB, with maximum bulk 150x150x1,524 mm.

25 La courbe de gain, figure 4, montre qu'elle permet d'obtenir des valeurs de l'ordre de 9,5dB. Des variantes de cette antenne vont maintenant être présentées. Elles se caractérisent par une gamme de directivité très étendue allant de 7dB à 14dB tout en conservant la simplicité de l'alimentation, ce qui permet 30 un niveau de pertes très faible et donc une excellente efficacité. Ces variantes se caractérisent par l'ajout de carrés rayonnants supplémentaires selon différentes configurations, ces carrés rayonnants étant autoalimentés par la structure.The gain curve, FIG. 4, shows that it makes it possible to obtain values of the order of 9.5 dB. Variants of this antenna will now be presented. They are characterized by a very wide range of directivity ranging from 7dB to 14dB while maintaining the simplicity of the power supply, which allows a very low level of losses and therefore excellent efficiency. These variants are characterized by the addition of additional radiating squares in different configurations, these radiating squares being self-powered by the structure.

2903232 8 Dans une première variante, figure 5, un carré rayonnant 20, 21 est joint et électriquement connecté par un sommet, au sommet extérieur de chaque carré 7, 8. Les carrés rayonnants 20, 21 sont de dimension identique aux carrés 7, 8. Les carrés 7, 20 d'une part et 8, 21 d'autre part forment 5 approximativement un 8 ou un pantographe, les côtés adjacents aux sommets 22, 23 des carrés 7, 20, 8, 21 formant deux croix. Selon le mode de connexion électrique au niveau des sommets 22, 23 de jonction, on obtient une antenne à faible directivité ou, au contraire, à directivité élevée.In a first variant, FIG. 5, a radiating square 20, 21 is joined and electrically connected by a vertex to the outer apex of each square 7, 8. The radiating squares 20, 21 are of identical size to the squares 7, 8 The squares 7, 20 on the one hand and 8, 21 on the other hand form approximately an 8 or a pantograph, the sides adjacent to the vertices 22, 23 of the squares 7, 20, 8, 21 forming two crosses. According to the electrical connection mode at the junction vertices 22, 23, an antenna with a low directivity or, on the contrary, a high directivity antenna is obtained.

10 Sur la figure 5 est représentée une variante dans laquelle le carré extérieur 20, 21 est court-circuité au niveau des sommets 22, 23. La distribution des courants sur les carrés rayonnants présente une loi de phase qui élargit les diagrammes dans le plan des carrés, figure 6. Les performances en gain, figure 7, sont plus faibles de 7 à 8 dB par rapport à 15 l'antenne de la figure 1. Dans la variante de la figure 8, on utilise les deux faces de support 1 pour mettre les carrés rayonnants en série. Pour cela, les court-circuits aux sommets 22, 23 sont supprimés par un croisement topologique des rubans. Ainsi chaque branche de la croix formée par les côtés adjacents au sommet 20 22, respectivement 23, des deux carrés 7, 20, respectivement 8, 21, est isolée électriquement de l'autre branche par le substrat 1. Cette géométrie impose une distribution des courants sur les carrés rayonnants telle que les contributions principales sont remises en phase. La directivité des diagrammes de rayonnement, figure 9, dans le plan des carrés 25 rayonnants en est augmentée par rapport à l'antenne de la figure 1. Ceci correspond à des performances en gain plus élevée, par rapport à la même antenne, de l'ordre de 12 ,5 dB, figure 10. Selon une troisième variante, le passage de l'état court-circuit tel que décrit dans la première variante à l'état série tel que décrit dans la seconde 30 variante s'effectue par une commande active, par exemple une diode P/N, disposée à chaque sommet 22, 23. L'alimentation du circuit de polarisation du composant actif est avantageusement réalisée par la disposition de court-circuits intercouche à des points froids du fonctionnement haute fréquence.FIG. 5 shows a variant in which the outer square 20, 21 is short-circuited at the vertices 22, 23. The distribution of the currents on the radiating squares has a phase law which widens the diagrams in the plane of the radii. The gain performance, FIG. 7, is 7 to 8 dB lower than the antenna of FIG. 1. In the variant of FIG. 8, the two support faces 1 are used. put the radiating squares in series. For this, the short circuits at vertices 22, 23 are removed by a topological crossing of the ribbons. Thus each branch of the cross formed by the sides adjacent to the apex 22, respectively 23, of the two squares 7, 20, respectively 8, 21, is electrically isolated from the other branch by the substrate 1. This geometry imposes a distribution of currents on the radiating squares such that the main contributions are re-phased. The directivity of the radiation patterns, FIG. 9, in the plane of the radiating squares is increased relative to the antenna of FIG. 1. This corresponds to higher gain performances, with respect to the same antenna, of the In a third variant, the transition from the short-circuit state as described in the first variant to the series state as described in the second variant is effected by means of a second variant. active control, for example a diode P / N, disposed at each apex 22, 23. The supply of the bias circuit of the active component is advantageously achieved by the provision of interlayer short circuits at cold points of the high frequency operation.

2903232 9 Une autre variante permettant un fonctionnement plus large bande est représentée figure 11. Elle consiste à adjoindre un carré rayonnant 24, 25 parasite passif au centre de chaque carré rayonnant. L'excitation par couplage électromagnétique de ces éléments supplémentaires permet 5 d'étendre la bande de fonctionnement de l'antenne. Une variante représentée figure 12 permet de maîtriser la directivité dans le plan orthogonal aux deux carrés rayonnants 7, 8. Elle consiste à ajouter une autre paire de carrés rayonnants 30, 31 sur la même ligne d'alimentation 4. Cette antenne est avantageusement alimentée par une 10 sonde coaxiale 32 perpendiculaire au plan de l'antenne. Cette variante est réalisable en positionnant le dispositif de couplage en tête-bêche, option A, ou dans le même sens, option B. Dans le mode tête-bêche, chaque paire de carrés rayonnants ainsi que son dispositif de couplage sont disposés en miroir par rapport à un plan de symétrie 15 perpendiculaire à la grande médiane de la bande conductrice 4. Alors que, dans l'option B, les dispositifs de couplage sont positionnés dans le même sens sur la ligne d'alimentation Un gain supplémentaire de 2dB, figure 14, est obtenu avec une augmentation de la directivité dans le plan de la mise en réseau, figure 13.Another variant allowing a wider band operation is shown in FIG. 11. It consists in adding a passive parasitic radiating square 24, 25 in the center of each radiating square. The electromagnetic coupling excitation of these additional elements makes it possible to extend the operating band of the antenna. A variant shown in FIG. 12 makes it possible to control the directivity in the plane orthogonal to the two radiating squares 7, 8. It consists of adding another pair of radiating squares 30, 31 on the same supply line 4. This antenna is advantageously powered by a coaxial probe 32 perpendicular to the plane of the antenna. This variant is achievable by positioning the coupling device head to tail, option A, or in the same direction, option B. In the head-to-toe mode, each pair of radiating squares and its coupling device are mirrored by relative to the median plane of the conductive strip 4. While in option B, the coupling devices are positioned in the same direction on the supply line An additional gain of 2 dB, FIG. 14, is obtained with an increase of the directivity in the plan of the networking, figure 13.

20 Dans toutes les descriptions d'antennes précédentes, afin d'obtenir une directivité optimale dans un demi-espace, les antennes sont associées classiquement à un plan de sol permettant de bloquer le rayonnement arrière et de gagner 2 à 3 dB sur le gain de l'antenne. Afin de ne pas court-circuiter l'antenne, ce plan de sol se situe approximativement à une distance de l'ordre 25 du quart d'onde de l'antenne. L'encombrement volumique ainsi imposé peut devenir un obstacle à l'intégration en particulier si les contraintes d'installation de l'antenne impose une structure ultra-mince car, par exemple, l'antenne doit s'intégrer dans un mur. Pour réduire cette épaisseur, on utilise avantageusement, figure 15, un 30 plan magnétique artificiel 40 réalisé par des structures à bande interdite électromagnétique (en anglais Electromagnetic Band Gap , EBG). On notera que, pour des raisons de clarté, la figure 15 ne représente qu'une demi-antenne coupée selon le plan médian AA. Un exemple d'un tel plan magnétique est décrit dans Fan Yang et al., Reflection Phase 2903232 10 Characterisation of the EBG Ground Plane for Low Profile Wire Antenna Application , IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.51, n 10, October 2003, pp 2691-2703. Un tel plan magnétique artificiel est avantageusement réalisé en 5 utilisant la même technologie micro-ruban que le reste de l'antenne. L'antenne bi-quad décrite intègre son symétriseur et permet donc d'obtenir des antennes bi-quad présentant un très faible encombrement. Elle est particulièrement adaptée à la construction d'un réseau monodimensionnel formant une antenne d'une station de base pour un 10 système de télécommunication cellulaire. Le réseau, figure 16, est constitué d'un nombre pair d'antennes bi-quad dont une première moitié 50 crée une polarisation à - 45 et l'autre moitié 51 une polarisation à + 45 . Il permet ainsi d'obtenir une excellente directivité dans le plan du réseau. Dans le cas où le réseau est disposé verticalement, cela permet donc d'augmenter la directivité 15 dans ce plan vertical. Les antennes, ou le réseau d'antennes, ainsi décrits sont particulièrement adaptés pour une utilisation dans des stations de base. Par station de base, on entend non seulement la station de base d'un réseau de télécommunication cellulaire de type GSM, DCS, UMTS, etc mais également 20 un point d'accès de type 802.11x et suivantes tel que WIFI, ou un point d'accès de type WIMAX, ou tout réseau de télécommunication sans fil équivalent.In all the descriptions of previous antennas, in order to obtain an optimal directivity in a half-space, the antennas are conventionally associated with a ground plane making it possible to block the rear radiation and to gain 2 to 3 dB on the gain of the antenna. In order not to short-circuit the antenna, this ground plane is approximately at a distance of about one-quarter of the antenna's wavelength. The volume congestion thus imposed can become an obstacle to integration, especially if the installation constraints of the antenna imposes an ultra-thin structure because, for example, the antenna must fit into a wall. To reduce this thickness, advantageously, FIG. 15, an artificial magnetic plane 40 made by Electromagnetic Band Gap (EBG) structures is advantageously used. It will be noted that, for the sake of clarity, FIG. 15 represents only one half-antenna cut along the median plane AA. An example of such a magnetic plane is described in Fan Yang et al., Reflection Phase 2903232 Characterization of the EBG Ground Plane for Low Profile Wire Antenna Application, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.51, No. 10, October 2003 , pp. 2691-2703. Such an artificial magnetic plane is advantageously made using the same micro-ribbon technology as the rest of the antenna. The bi-quad antenna described integrates its balun and thus provides bi-quad antennas with a very small footprint. It is particularly suited to the construction of a one-dimensional network forming an antenna of a base station for a cellular telecommunication system. The network, FIG. 16, consists of an even number of bi-quad antennas of which a first half 50 creates a polarization at 45 and the other half a polarization at 45. It thus makes it possible to obtain an excellent directivity in the plane of the network. In the case where the network is arranged vertically, this therefore increases the directivity in this vertical plane. The antennas, or antenna array, thus described are particularly suitable for use in base stations. By base station is meant not only the base station of a cellular telecommunication network of GSM, DCS, UMTS type, etc. but also an access point of type 802.11x and following such as WIFI, or a point WIMAX access type, or any equivalent wireless telecommunications network.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1. Antenne symétrique par rapport à un plan médian (AA), portée par un support (1) diélectrique mince et rigide dont les faces forment deux plans 5 (2,3) parallèles et perpendiculaires au plan médian, dits premier et second plans de support, caractérisée en ce qu'elle comporte, • une bande conductrice (4) sensiblement rectangulaire dont la grande médiane appartient au plan médian et comportant de chaque côté du plan médian une fente de couplage (5,6) sensiblement en forme de L dont la petite branche débouche sur la longueur correspondante de la bande conductrice, et, • des premiers carrés (7,8) de chaque côté de la bande conductrice, chaque carré formant une boucle conductrice ouverte à un sommet, les extrémités ouvertes (11, 12, 13, 14) de la boucle étant électriquement connectées à la bande conductrice de part et d'autre de la fente de couplage respective, formés sur le premier plan de support (2), et • une ligne d'alimentation (15) d'un signal parallèle, couplée électriquement à la bande conductrice, dont une extrémité (16) est connectable à une sonde coaxiale et l'autre extrémité se termine en forme de fourche formant diviseur au voisinage des fentes de couplage, chaque brin (17, 18) de la fourche se terminant parallèle à un côté du carré correspondant afin d'assurer le couplage électro-magnétique avec celui-ci, formée sur le second plan de support (3).  1. Antenna symmetrical with respect to a median plane (AA) carried by a thin and rigid dielectric support (1) whose faces form two planes (2, 3) parallel and perpendicular to the median plane, said first and second planes of support, characterized in that it comprises: • a substantially rectangular conducting strip (4) whose large median belongs to the median plane and having on each side of the median plane a substantially L-shaped coupling slot (5, 6) of which the small branch opens on the corresponding length of the conductive strip, and, • first squares (7,8) on each side of the conductive strip, each square forming a conductive loop open to a vertex, the open ends (11, 12 , 13, 14) of the loop being electrically connected to the conductive strip on either side of the respective coupling slot, formed on the first support plane (2), and • a feed line (15) d a parallel signal is electrically coupled to the conductive strip, one end (16) of which is connectable to a coaxial probe and the other end terminates in the form of a divider fork in the vicinity of the coupling slots, each strand (17, 18) of the fork terminating parallel to one side of the corresponding square for electro-magnetic coupling therewith, formed on the second support plane (3). 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chaque 30 premier carré, un second carré (20, 21) formant une boucle conductrice de forme similaire au premier carré a un sommet connecté électriquement au sommet du premier carré (7, 8) diamétralement opposé au sommet ouvert 10 15 20 25 2903232 12 dudit premier carré, les deux sommets connectés formant le sommet de jonction (22, 23) d'une croix constituée par les côtés adjacents des deux carrés.  2. Antenna according to claim 1, characterized in that, for each first square, a second square (20, 21) forming a conductive loop of similar shape to the first square has an apex electrically connected to the apex of the first square (7, 8) diametrically opposed to the open top 10 of said first square, the two connected vertices forming the joining vertex (22, 23) of a cross constituted by the adjacent sides of the two squares. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisé en ce que tous les côtés des deux carrés adjacents au sommet de jonction (22, 23) sont en court-circuit.  3. Antenna according to claim 2, characterized in that all sides of the two squares adjacent to the junction top (22, 23) are short-circuited. 4. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que, les côtés des deux carrés adjacents au sommet de jonction formant une croix, les deux branches de la croix sont isolées électriquement au niveau du sommet de jonction.  4. Antenna according to claim 2, characterized in that, the sides of the two squares adjacent to the junction top forming a cross, the two branches of the cross are electrically insulated at the junction top. 5. Antenne selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que une commande active disposée au sommet de jonction (22, 23) est adaptée pour isoler ou mettre en court-circuit les deux branches de la croix.  5. Antenna according to claims 3 and 4, characterized in that an active control disposed at the junction top (22, 23) is adapted to isolate or short-circuit the two branches of the cross. 6. Antenne selon la revendication 5, caractérisé en ce que la commande active est alimentée par des court-circuits positionnés à des points froids du fonctionnement haute-fréquence de l'antenne.  6. Antenna according to claim 5, characterized in that the active control is powered by short circuits positioned at cold points of the high-frequency operation of the antenna. 7. Antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans chaque premier carré est positionné un carré intérieur formant une boucle conductrice fermée et dont les côtés sont parallèles aux côtés du premier carré.  7. Antenna according to claim 1, characterized in that, in each first square is positioned an inner square forming a closed conductive loop and whose sides are parallel to the sides of the first square. 8. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un plan de sol (40) constitué d'une structure à bande interdite magnétique positionnée sous forme d'une couche mince collée sur le second plan de support. 30  8. Antenna according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a ground plane (40) consisting of a magnetic bandgap structure positioned in the form of a thin layer glued on the second plane of support. 30 9. Structure d'antenne caractérisée en ce qu'elle comporte deux antennes selon l'une quelconque des revendications précédentes positionnées sur une même ligne d'alimentation et un même support. 25 5 2903232 13  9. An antenna structure characterized in that it comprises two antennas according to any one of the preceding claims positioned on the same power line and the same support. 25 5 2903232 13 10. Réseau monodimensionnel comportant un nombre pair d'antennes selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel une première moitié (50) des antennes crée une polarisation à - 45 et une seconde moitié (51) des antennes crée une polarisation à + 45 .  A one-dimensional array having an even number of antennas according to any one of the preceding claims wherein a first half (50) of the antennas creates a polarization at -45 and a second half (51) of the antennas creates a +45 polarization . 11. Station de base caractérisée en ce qu'elle comporte une antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, ou une structure d'antenne selon la revendication 9, ou un réseau d'antennes selon la revendication 10.  11. Base station characterized in that it comprises an antenna according to any one of claims 1 to 8, or an antenna structure according to claim 9, or an antenna array according to claim 10.
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