FR2926402A1

FR2926402A1 - IMPROVEMENT TO PLANAR ANTENNAS COMPRISING AT LEAST ONE LONGITUDINAL RADIATION-TYPE SLITTED ELEMENT

Info

Publication number: FR2926402A1
Application number: FR0850173A
Authority: FR
Inventors: Julian Thevenard; Hine Tong Dominique Lo; Ali Louzir; Corinne Nicolas; Jean Philippe Coupez; Christian Person
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2009-07-17
Also published as: EP2079131A1

Abstract

La présente invention concerne une structure d'antenne planaire comportant au moins un élément rayonnant constitué d'une fente (3) à rayonnement longitudinal gravée sur un substrat (1). Cette structure comporte au moins un élément (6) de modification du diagramme de rayonnement positionné dans la zone de rayonnement de l'élément rayonnant.The present invention relates to a planar antenna structure comprising at least one radiating element consisting of a slot (3) with longitudinal radiation etched on a substrate (1). This structure comprises at least one element (6) for modifying the radiation pattern positioned in the radiating zone of the radiating element.

Description

La présente invention concerne un perfectionnement aux antennes planaires, plus particulièrement aux antennes comportant au moins un élément rayonnant constitué d'une fente à rayonnement longitudinal. Le développement croissant des systèmes de communication, notamment sans fils, nécessite l'utilisation de systèmes de plus en plus complexes et performants, tout en gardant des coûts de fabrication les plus bas possibles et un encombrement minimal. Or, dans ce domaine, les antennes représentent une exception à cette possibilité de miniaturisation. En effet, elles sont soumises aux lois de la physique qui imposent un io encombrement minimal pour un fonctionnement à une fréquence donnée. Ainsi, dans le cas des antennes planaires imprimées, les dimensions sont de l'ordre de la longueur d'onde à la fréquence centrale de fonctionnement. Toutefois, il est certain que les structures planaires imprimées sont des structures parfaitement adaptées pour une production de masse de 15 dispositifs intégrant des fonctions passives et actives. Cependant, en ce qui concerne les éléments rayonnants, une structure planaire ne permet pas un contrôle complet du rayonnement de l'antenne, notamment en élévation. D'autre part, la directivité et l'ouverture angulaire du lobe principal du diagramme de rayonnement de l'antenne sont directement liées aux 20 dimensions de l'antenne qu'il est nécessaire d'augmenter pour obtenir une directivité importante et une grande ouverture du lobe principal. La présente invention propose donc une structure d'antenne dans laquelle on peut modifier et optimiser le diagramme de rayonnement de l'antenne sans toutefois modifier les dimensions physiques de la structure 25 d'antenne. Ainsi, la présente invention concerne une structure d'antenne comportant au moins un élément rayonnant constitué d'une fente à rayonnement longitudinal gravée sur un substrat muni d'un plan de masse et excité par une ligne d'alimentation, caractérisée en ce qu'elle comporte au 30 moins un élément de modification du diagramme de rayonnement positionné dans la zone de rayonnement de l'élément rayonnant. The present invention relates to an improvement to planar antennas, more particularly to antennas comprising at least one radiating element consisting of a longitudinal radiation slot. The increasing development of communication systems, especially wireless, requires the use of increasingly complex and efficient systems, while keeping manufacturing costs as low as possible and minimal bulk. In this field, antennas represent an exception to this possibility of miniaturization. Indeed, they are subject to the laws of physics which impose a minimum encumbrance for operation at a given frequency. Thus, in the case of printed planar antennas, the dimensions are of the order of the wavelength at the central operating frequency. However, it is certain that the printed planar structures are perfectly adapted structures for mass production of devices incorporating passive and active functions. However, as regards the radiating elements, a planar structure does not allow a complete control of the radiation of the antenna, especially in elevation. On the other hand, the directivity and the angular aperture of the main lobe of the radiation pattern of the antenna are directly related to the dimensions of the antenna which need to be increased to obtain a high directivity and a large aperture of the main lobe. The present invention therefore provides an antenna structure in which the radiation pattern of the antenna can be modified and optimized without changing the physical dimensions of the antenna structure. Thus, the present invention relates to an antenna structure comprising at least one radiating element consisting of a longitudinal radiation slot etched on a substrate provided with a ground plane and excited by a power supply line, characterized in that it comprises at least one modifying element of the radiation pattern positioned in the radiating zone of the radiating element.

Cet élément de modification du diagramme de rayonnement est constitué par un élément conducteur positionné dans un plan prolongeant le plan du substrat ou plan E. Cet élément conducteur peut être positionné perpendiculairement à l'axe de symétrie de l'élément rayonnant ou décalé angulairement par rapport à cet axe de symétrie ou par rapport à un axe perpendiculaire à cet axe de symétrie. Selon une autre caractéristique de la présente invention, un autre élément de modification du diagramme de rayonnement est constitué par un élément conducteur positionné dans un plan perpendiculaire au plan du io substrat ou plan H. Ces éléments conducteurs peuvent être combinés entre eux et présenter une excroissance agissant sur les paramètres d'adaptation de l'élément rayonnant. L'élément conducteur est constitué par une tige ou une bande métallique. De préférence, lorsque l'élément rayonnant est entouré par un 15 radome, l'élément conducteur est constitué par une bande métallique réalisée directement sur le radome. Selon un mode de réalisation préférentiel, la structure d'antenne est constituée par N (N>1) éléments rayonnants réalisés sur N substrats interconnectés selon un axe commun perpendiculaire à l'axe de 20 rayonnement de chaque élément rayonnant, chaque élément rayonnant étant associé avec au moins un élément de modification du diagramme de rayonnement positionné dans la zone de rayonnement de l'élément rayonnant, comme mentionné ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation, cette lecture étant faite avec référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels : Figure 1 est une représentation en plan schématique d'une antenne de type Vivaldi utilisée dans la présente invention. 30 Figure 2 est une vue en coupe selon A-A de figure 1. This modifying element of the radiation pattern is constituted by a conductive element positioned in a plane extending the plane of the substrate or plane E. This conductive element may be positioned perpendicularly to the axis of symmetry of the radiating element or offset angularly relative to to this axis of symmetry or with respect to an axis perpendicular to this axis of symmetry. According to another characteristic of the present invention, another element for modifying the radiation pattern is constituted by a conductive element positioned in a plane perpendicular to the plane of the substrate or plane H. These conductive elements may be combined with one another and have an outgrowth acting on the adaptation parameters of the radiating element. The conductive element is constituted by a rod or a metal strip. Preferably, when the radiating element is surrounded by a radome, the conductive element consists of a metal strip made directly on the radome. According to a preferred embodiment, the antenna structure consists of N (N> 1) radiating elements made on N substrates interconnected along a common axis perpendicular to the radiation axis of each radiating element, each radiating element being associated with at least one modifying element of the radiation pattern positioned in the radiation region of the radiating element, as mentioned above. Other features and advantages of the present invention will appear on reading the description of various embodiments, this reading being made with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic representation of a Vivaldi type antenna used in the present invention. Figure 2 is a sectional view along A-A of Figure 1.

Figure 3 est une vue en perspective schématique d'un premier mode de réalisation d'une structure d'antenne conforme à la présente invention. Figure 4 représente une courbe donnant l'adaptation de l'antenne en fonction de la fréquence, respectivement pour une antenne seule (courbe A), pour une antenne en présence d'un élément directeur de longueur 30 mm (courbe B) et pour une antenne en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm (courbe C). Figure 5 représente le diagramme de rayonnement dans le plan io d'élévation pour les différentes structures d'antenne mentionnées ci-dessus. Figure 6 représente le diagramme de rayonnement dans le plan azimutal pour les différentes structures d'antenne mentionnées ci-dessus. Figures 7 et 8 sont des vues schématiques en perspective d'une structure d'antenne conforme à celle de la figure 3, dans lesquelles l'élément 15 de modification du diagramme de rayonnement présente différentes positions. Figures 9 et 10 représentent respectivement le diagramme de rayonnement dans le plan d'élévation et le diagramme de rayonnement dans le plan azimutal pour la structure d'antenne des figures 3, 7 et 8 avec un 20 élément directeur de longueur 20 mm décalé de 10° vers la partie supérieure (courbe A'), un élément directeur de longueur 20 mm placé dans l'axe de l'antenne (courbe B') et un élément directeur de longueur 20 mm décalé de 10° vers la partie inférieure de l'antenne (courbe C'). Figures 11 et 12 représentent respectivement le diagramme de 25 rayonnement dans le plan d'élévation et le diagramme de rayonnement dans le plan azimutal, pour une structure d'antenne avec un élément directeur de longueur 20 mm décalé de 15° vers la partie gauche de l'antenne (courbe A"), avec un élément directeur de longueur 20 mm placé dans l'axe de l'antenne (courbe B") et avec un élément directeur de longueur 20 mm 30 décalé de 15° vers la partie droite de l'antenne (courbe C"). Figure 3 is a schematic perspective view of a first embodiment of an antenna structure according to the present invention. FIG. 4 represents a curve giving the adaptation of the antenna as a function of frequency, respectively for a single antenna (curve A), for an antenna in the presence of a steering element of length 30 mm (curve B) and for a antenna in the presence of a director element of length 20 mm (curve C). Figure 5 shows the radiation pattern in the plane of elevation for the various antenna structures mentioned above. Figure 6 shows the azimuthal radiation pattern for the various antenna structures mentioned above. Figures 7 and 8 are schematic perspective views of an antenna structure according to that of Figure 3, wherein the element 15 for modifying the radiation pattern has different positions. Figures 9 and 10 show respectively the radiation pattern in the elevation plane and the azimuthal radiation pattern for the antenna structure of Figures 3, 7 and 8 with a 20 mm director element shifted by 10. To the upper part (curve A '), a director element of length 20 mm placed in the axis of the antenna (curve B') and a director element of length 20 mm offset by 10 ° towards the lower part of the antenna (curve C '). Figures 11 and 12 show respectively the radiation pattern in the plane of elevation and the azimuthal radiation pattern, for an antenna structure with a 20 mm director element shifted by 15 ° to the left side of the antenna. the antenna (curve A "), with a director element of length 20 mm placed in the axis of the antenna (curve B") and with a director element of length 20 mm shifted by 15 ° towards the right part of the antenna (curve C ").

Figure 13 représente schématiquement en perspective une structure d'antenne conforme à la présente invention avec un élément de modification positionné selon le plan H. Figure 14 représente la courbe d'adaptation en fonction de la fréquence, pour une antenne seule (courbe D) et pour un structure d'antenne en présence d'un élément directeur horizontal (courbe E). Figures 15 et 16 représentent respectivement le diagramme de rayonnement dans un plan azimutal et le diagramme de rayonnement dans un plan d'élévation pour une antenne seule (courbe D), pour une structure io d'antenne en présence d'un élément directeur horizontal (courbe E), la courbe F donnant la polarisation croisée de l'antenne seule et la courbe G la polarisation croisée de la structure d'antenne en présence d'un élément directeur horizontal. Figure 17 est une vue en perspective schématique d'une structure 15 d'antenne présentant un élément rayonnant et un élément de modification du diagramme de rayonnement vertical associé à une excroissance permettant d'agir sur l'adaptation de l'antenne. Figure 18 représente des courbes d'adaptation de l'antenne en fonction de la fréquence lorsque l'antenne est en présence d'un élément 20 directeur de longueur 20 mm (courbe H) et lorsque l'antenne est en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm associé à un cercle métallique de rayon 4 mm (courbe I). Figures 19 et 20 représentent respectivement le diagramme de rayonnement dans le plan azimutal et le diagramme de rayonnement dans le 25 plan d'élévation pour une antenne en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm (courbe H) et pour une antenne en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm associé à un cercle métallique de rayon 4 mm (courbe I). Figure 21 représente une vue en perspective schématique d'une 30 structure d'antenne comportant un élément rayonnant associé à un élément de modification du diagramme de rayonnement constitué d'une tige verticale et d'une tige horizontale. FIG. 13 schematically represents in perspective an antenna structure according to the present invention with a modification element positioned according to the plane H. FIG. 14 represents the adaptation curve as a function of frequency, for a single antenna (curve D) and for an antenna structure in the presence of a horizontal director element (curve E). Figures 15 and 16 show respectively the radiation pattern in an azimuthal plane and the radiation pattern in an elevation plane for a single antenna (curve D), for an antenna structure in the presence of a horizontal steering element ( curve E), the curve F giving the cross polarization of the antenna alone and the curve G the cross polarization of the antenna structure in the presence of a horizontal director element. Figure 17 is a schematic perspective view of an antenna structure having a radiating element and a modification element of the vertical radiation pattern associated with an outgrowth for acting on the adaptation of the antenna. FIG. 18 represents antenna adaptation curves as a function of frequency when the antenna is in the presence of a 20 mm-long steering element (curve H) and when the antenna is in the presence of an element. director of 20 mm length associated with a metal circle of radius 4 mm (curve I). Figures 19 and 20 show respectively the azimuthal radiation pattern and the elevation plane radiation diagram for an antenna in the presence of a 20 mm-long director element (curve H) and for an antenna in the presence a 20 mm long director element associated with a 4 mm radius metal circle (curve I). Figure 21 is a schematic perspective view of an antenna structure having a radiating element associated with a radiation pattern modifying element consisting of a vertical rod and a horizontal rod.

Figure 22 représente une vue en perspective schématique d'une structure d'antenne comportant un élément rayonnant, associé à un élément de modification du diagramme de rayonnement formé d'un élément vertical, d'un élément horizontal et d'une excroissance modifiant l'adaptation de l'antenne. Figures 23 et 24 représentent respectivement le diagramme de rayonnement dans un plan azimutal et le diagramme de rayonnement dans un plan en élévation d'une structure d'antenne en présence d'un élément directeur vertical de longueur 20 mm et d'un élément horizontal de longueur io 25 mm associé à un cercle métallique central de rayon 4 mm (courbe J) et d'une structure d'antenne en présence d'un élément directeur vertical de longueur 20 mm et d'un élément horizontal de longueur 25 mm (courbe K). Figure 25 représente le diagramme de rayonnement dans le plan azimutal d'une antenne seule (courbe L) et d'une structure d'antenne en 15 présence d'un élément directeur vertical de longueur 20 mm et d'un élément horizontal de longueur 25 mm associé à un cercle métallique central de rayon 4 mm (courbe J). Figure 26 représente des courbes d'adaptation en fonction de la fréquence, respectivement pour une antenne seule (courbe L) et pour une 20 structure d'antenne en présence d'un élément directeur vertical de longueur 20 mm et d'un élément directeur horizontal de longueur 25 mm associé à un cercle métallique central (courbe J). Figure 27 représente une structure d'antenne à un élément rayonnant telle que représentée à la figure 3, cette structure étant entourée 25 d'un radome muni d'éléments de modification du diagramme de rayonnement, conformément à la présente invention. Figures 28 et 29 représentent respectivement une vue schématique en perspective et une vue en coupe longitudinale d'une structure d'antenne comportant quatre éléments rayonnants interconnectés 30 entourés par un radome sur lequel sont montés des éléments de modification du diagramme de rayonnement, conformément à la présente invention. FIG. 22 represents a schematic perspective view of an antenna structure comprising a radiating element, associated with a modification element of the radiation pattern formed by a vertical element, a horizontal element and a protruding protuberance; adaptation of the antenna. Figures 23 and 24 show respectively the radiation pattern in an azimuth plane and the radiation pattern in an elevation of an antenna structure in the presence of a vertical director element of length 20 mm and a horizontal element of length 25 mm associated with a central metal circle radius 4 mm (J curve) and an antenna structure in the presence of a vertical director element length 20 mm and a horizontal element length 25 mm (curve K). Figure 25 shows the azimuthal plane radiation pattern of a single antenna (L-curve) and antenna structure in the presence of a 20 mm long vertical director element and a horizontal element of length 25 mm. mm associated with a central metal circle of radius 4 mm (curve J). Figure 26 shows frequency matching curves, respectively for single antenna (L curve) and antenna structure in the presence of a 20 mm vertical directional element and horizontal directional element. length 25 mm associated with a central metal circle (curve J). Figure 27 shows an antenna structure with a radiating element as shown in Figure 3, this structure being surrounded by a radome provided with modifying elements of the radiation pattern according to the present invention. Figures 28 and 29 show respectively a schematic perspective view and a longitudinal sectional view of an antenna structure having four interconnected radiating elements surrounded by a radome on which radiation pattern modification elements are mounted, in accordance with the present invention.

Pour simplifier la description qui va suivre, dans les figures les mêmes éléments portent les mêmes références. To simplify the description which follows, in the figures the same elements bear the same references.

La présente invention sera décrite en prenant comme élément rayonnant constitué d'une fente à rayonnement longitudinal, une antenne de type LTSA (Linearly Tapered Slot Antenna en langue anglaise) telle qu'une antenne Vivaldi. Comme représenté sur les figures 1 et 2, une antenne de ce type est obtenue en gravant sur un substrat 1, une fente 3 qui s'élargit io progressivement jusqu'à un bord 1' du substrat. Sur l'autre face du substrat 1, est gravée une ligne microruban 4 permettant l'excitation par couplage électromagnétique de ladite fente. D'autres types d'alimentation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de la présente invention, notamment une alimentation par ligne coplanaire. 15 Comme représenté sur la figure 1, la ligne d'excitation 4 se prolonge jusqu'à un 1" des bords du substrat 1 pour obtenir un point d'accès 5. Ce type d'antenne donne une excellente adaptation sur une large bande de fréquences. Ainsi, il a été démontré que, selon une première approche, la directivité d'une antenne LTSA peut être déterminée comme suit : 20 - L'ouverture à 3dB du faisceau rayonnant dans le plan E (plan contenant le substrat) est inversement proportionnelle à la largeur de l'embouchure (e). - L'ouverture à 3dB du faisceau dans le plan H (plan perpendiculaire au plan E) est inversement proportionnelle à la longueur du 25 profil (I). Pour modifier le diagramme de rayonnement d'une antenne de ce type, sans jouer sur les dimensions de l'antenne, il est proposé, conformément à la présente invention, d'utiliser des éléments conducteurs, plus particulièrement des tiges ou des bandes métalliques qui modifient le 30 comportement de l'antenne, notamment en ce qui concerne son diagramme de rayonnement. The present invention will be described by taking as a radiating element consisting of a longitudinal radiation slot, an antenna type LTSA (Linearly Tapered Slot Antenna in English) such as a Vivaldi antenna. As shown in FIGS. 1 and 2, an antenna of this type is obtained by etching on a substrate 1, a slot 3 which widens gradually to an edge 1 'of the substrate. On the other side of the substrate 1 is etched a microstrip line 4 for excitation by electromagnetic coupling of said slot. Other types of power supply can be envisaged without departing from the scope of the present invention, especially a power supply coplanar line. As shown in FIG. 1, the excitation line 4 extends to a 1 "edge of the substrate 1 to obtain an access point 5. This type of antenna gives an excellent adaptation over a wide band of Thus, it has been demonstrated that, according to a first approach, the directivity of an LTSA antenna can be determined as follows: The opening at 3dB of the radiating beam in the plane E (plane containing the substrate) is inversely proportional to the width of the mouth (e) The opening at 3dB of the beam in the plane H (plane perpendicular to the plane E) is inversely proportional to the length of the profile (I). of an antenna of this type, without affecting the dimensions of the antenna, it is proposed, in accordance with the present invention, to use conductive elements, more particularly rods or metal strips which modify the behavior of the antenna. antenna, especially e Regarding its radiation pattern.

Ainsi, comme représenté sur la figure 3, une tige métallique 6 est positionnée perpendiculairement à l'axe de symétrie de la partie fente 3 de l'antenne, à savoir l'axe Ox dans le mode de réalisation représenté. La figure 3 représente une antenne de type Vivaldi semblable à l'antenne de la figure 1 associée avec un élément vertical 6 réalisé dans le plan du substrat, à savoir le plan E de l'antenne. Une antenne de ce type a été simulée en utilisant des éléments 6 de différentes longueurs. L'antenne simulée à l'aide du logiciel commercial HFSS basé sur une méthode fréquentielle des éléments finis, présente les io caractéristiques suivantes : substrat de type FR4 d'épaisseur 0.67mm, (Er=4.4 et Tan D=0.02), antenne au profil circulaire de longueur 33mm et d'ouverture 33mm, dimensions totales de l'antenne : 44mm de haut * 41 mm de long. Les résultats des simulations sont donnés par la figure 4 qui représente l'adaptation de l'antenne et par les figures 5 et 6 qui représentent 15 respectivement le diagramme de rayonnement dans le plan d'élévation (O = 0 °, plan XoZ) et dans le plan azimutal, à (8 = 90 °, plan XoY). Dans ces différentes figures, les courbes A représentent une antenne de type Vivaldi seule. Les courbes B représentent une antenne de type Vivaldi en présence d'un élément 6 ayant une longueur de 30 mm, à 20 savoir une longueur supérieure à X/2, et la courbe C, une antenne en présence d'un élément 6 de longueur 20 mm, à savoir une longueur inférieure à X/2 où est la longueur d'onde à la fréquence de fonctionnement de l'antenne. Les résultats des figures 5 et 6 montrent qu'un élément de 25 longueur supérieure à X/2 se comporte comme un réflecteur, tandis qu'un élément de longueur inférieure à X/2 se comporte comme un élément directeur. Ceci s'applique lorsque l'ouverture e de la fente présente une longueur supérieure ou égale à X/2. Dans le cas contraire, l'élément conducteur 6 forme un élément réflecteur si sa longueur est supérieure à la 30 longueur de l'ouverture e et un élément directeur si sa longueur est inférieure. En effet, concernant les résultats des figures 5 et 6, le gain augmente de 1.3 dB avec un élément directeur pour passer à 6.6 dB et diminue de 2.4 dB pour passer à 2.9 dB avec un élément réflecteur. La figure 4 montre que l'ajout d'un élément 6 dans le faisceau de rayonnement de l'antenne entraîne toutefois une dégradation de la bande passante de l'antenne. Thus, as shown in Figure 3, a metal rod 6 is positioned perpendicular to the axis of symmetry of the slot portion 3 of the antenna, namely the axis Ox in the embodiment shown. FIG. 3 represents a Vivaldi antenna similar to the antenna of FIG. 1 associated with a vertical element 6 made in the plane of the substrate, namely the plane E of the antenna. An antenna of this type has been simulated using elements 6 of different lengths. The antenna simulated using the HFSS commercial software based on a finite element frequency method, has the following characteristics: FR4 type substrate of thickness 0.67mm, (Er = 4.4 and Tan D = 0.02), antenna at Circular profile of 33mm length and aperture 33mm, overall dimensions of the antenna: 44mm high * 41mm long. The results of the simulations are given in FIG. 4 which represents the adaptation of the antenna and in FIGS. 5 and 6 which respectively represent the radiation diagram in the elevation plane (O = 0 °, plane XoZ) and in the azimuthal plane, at (8 = 90 °, plane XoY). In these different figures, the curves A represent an antenna of the Vivaldi type alone. The curves B represent a Vivaldi type antenna in the presence of an element 6 having a length of 30 mm, namely a length greater than X / 2, and the curve C, an antenna in the presence of an element 6 of length 20 mm, ie a length less than X / 2 where is the wavelength at the operating frequency of the antenna. The results of FIGS. 5 and 6 show that an element of length greater than X / 2 behaves as a reflector, while an element of length less than X / 2 behaves as a steering element. This applies when the opening e of the slot has a length greater than or equal to X / 2. In the opposite case, the conductive element 6 forms a reflective element if its length is greater than the length of the opening e and a director element if its length is shorter. Indeed, concerning the results of Figures 5 and 6, the gain increases 1.3 dB with a directional element to 6.6 dB and decreases by 2.4 dB to 2.9 dB with a reflective element. Figure 4 shows that the addition of an element 6 in the radiation beam of the antenna however causes a degradation of the bandwidth of the antenna.

D'autre part, si l'on modifie la position de l'élément vertical 6, comme représenté par la position de l'élément 6' et celle de l'élément 6" sur les figures 7 et 8, on peut contrôler la direction du faisceau principal. On observe ces résultats sur les diagrammes obtenus aux figures 9 et 10 représentant respectivement le diagramme de rayonnement dans le plan io d'élévation et dans le plan azimutal pour une antenne en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm décalé de 10° vers la partie supérieure de l'antenne, comme représenté à la figure 8 (courbe A') ou d'une antenne en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm décalé de 10° vers la partie inférieure de l'antenne, comme représenté à la figure 7 (courbe C'), la 15 courbe D' donnant les résultats obtenus avec une antenne en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm positionné dans le plan E, comme représenté à la figure 3. Le décalage du faisceau principal B' lorsque l'élément directeur est décalé vers le haut ou vers le bas, est confirmé principalement par le diagramme de la figure 9 où les courbes A' et C' se 20 trouvent de chaque côté de la courbe B'. Comme représenté sur les figures 11 et 12, ce décalage du faisceau de rayonnement est aussi observé lorsque l'élément de modification du diagramme de rayonnement est décalé vers la partie gauche ou vers la partie droite de l'élément rayonnant plutôt que vers la partie supérieure ou 25 vers la partie inférieure de l'élément rayonnant. Ceci résulte notamment des courbes A" et C" des figures 11 et 12. Selon une autre caractéristique de l'invention et comme représenté à la figure 13, un élément de modification des paramètres de rayonnement est constitué par une tige ou bande conductrice 7, plus 30 particulièrement une tige ou bande métallique, positionnée selon le plan H, à savoir perpendiculairement au plan du substrat de l'antenne. Dans ce cas, les simulations effectuées ont donné des courbes d'adaptation en fonction de la fréquence représentées à la figure 14 et un diagramme de rayonnement dans le plan azimutal et dans le plan d'élévation représenté aux figures 15 et 16. Les simulations ont été effectuées avec un élément 7 de largeur 1 mm et de longueur 25 mm, les paramètres de l'antenne étant identiques à ceux mentionnés ci-dessus. La courbe D représente l'antenne sans élément de modification tandis que la courbe E représente une structure d'antenne en présence d'un élément de modification horizontal. D'après les figures 15 et 16, l'on observe peu de modifications au niveau du gain total de l'antenne lorsqu'un élément conducteur horizontal est io placé dans le faisceau du diagramme de rayonnement de l'antenne mais l'on observe une modification de la polarisation croisée, plus particulièrement une diminution des niveaux de polarisation croisée (courbe G) sans perturbation de l'adaptation de l'antenne de la figure 14. On décrira maintenant avec référence aux figures 17, 18, 19 et 20 15 une modification de l'élément directeur vertical permettant de remédier à la dégradation de l'adaptation de l'antenne observée. Dans ce cas, une excroissance 8a, plus particulièrement un disque est inséré au milieu du bras métallique vertical 8. Toutefois, il est évident que l'excroissance peut avoir une autre forme telle qu'une forme carrée ou polygonale. Cet élément vient 20 modifier l'environnement électromagnétique proche de l'ouverture de l'élément rayonnant et permet d'élargir la bande passante à -10dB, comme représenté sur la figure 18. II permet également de diminuer le rayonnement arrière de l'ordre de 2dB en conservant un gain maximal très proche du gain de l'antenne associée à l'élément directeur vertical, comme représenté par le 25 diagramme de la figure 19, notamment par la courbe H qui représente une structure d'antenne en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm et la courbe I qui représente une structure d'antenne en présence d'un élément directeur de longueur 20 mm associé à un cercle métallique de rayon 4 mm. 30 Les figures 21 à 24 représentent respectivement pour les figures 21 et 22, deux autres modes de réalisation de l'élément de modification du diagramme de rayonnement et les figures 23 et 24, respectivement le l0 diagramme de rayonnement dans le plan azimutal et le diagramme de rayonnement dans le plan d'élévation des deux modes de réalisation ci-dessus. Sur la figure 21, l'élément de modification 9 est constitué respectivement d'un élément conducteur vertical 9A et d'un élément conducteur horizontal 9B tandis que sur la figure 22, l'élément de modification du diagramme de rayonnement 10 est constitué d'un bras vertical 10A, d'un bras horizontal 10B et d'une excroissance formée par un cercle 10C. Le comportement de ces deux modes de réalisation est donné respectivement par les courbes J pour une structure d'antenne en présence io d'un élément directeur vertical de longueur 20 mm et d'un élément horizontal de longueur 20 mm associé à un cercle métallique central de rayon 4 mm, comme représenté sur la figure 22 et par les courbes K pour une structure d'antenne en présence d'un élément directeur vertical de longueur 20 mm et d'un élément horizontal de longueur 25 mm pour le mode de réalisation de la 15 figure 21. Les diagrammes des figures 23 et 24 permettent de mettre en évidence l'amélioration du rapport avant-arrière dans le cas d'un élément semblable à celui de la figure 22. Le diagramme de rayonnement de la figure 25 et la courbe 20 d'adaptation de la figure 26 montrent les avantages d'une structure d'antenne munie d'un élément de modification du diagramme de rayonnement tel que représenté à la figure 22 (courbe J), par rapport à une antenne seule (courbe L). Le mode de réalisation de la figure 22 permet d'obtenir une adaptation semblable à celle d'une antenne seule tout en 25 améliorant le gain de l'antenne et la direction du faisceau principal, et cela sans modifier les dimensions physiques de l'élément rayonnant lui-même. II est évident pour l'homme de l'art que la présente invention s'applique aussi au cas où plusieurs éléments de modification du diagramme de rayonnement sont associés les uns avec les autres pour former par 30 exemple un réseau d'éléments directeurs identiques ou différents On décrira maintenant avec référence aux figures 27, 28 et 29, différents modes de réalisation de l'élément de modification du diagramme de rayonnement. La figure 27 représente une structure d'antenne comportant un seul élément rayonnant 1 du type décrit ci-dessus, cet élément rayonnant étant entouré par un radome formé d'une enveloppe cylindrique extérieure 20A et d'une enveloppe cylindrique intérieure 20B. Dans ce cas, deux éléments directeurs verticaux sont positionnés selon le plan E de l'élément rayonnant. Ces éléments directeurs 30A et 30B sont constitués par des io bandes métalliques réalisées directement sur le radome à l'aide d'une technique de métallisation de matière plastique. Sur les figures 28 et 29, on a représenté une structure d'antenne 100 à quatre éléments rayonnants, ces quatre éléments étant interconnectés selon un axe vertical commun. La structure de deux 100A et 100B éléments 15 rayonnants est représentée de manière plus claire sur la figure 29. Les quatre éléments sont montés sur un support horizontal 101 et recouverts d'un radome 110, formé d'une enveloppe extérieure 110A et d'une enveloppe intérieure 110B. Comme dans le mode de réalisation de la figure 27, des éléments 20 directeurs métalliques verticaux 111A et 111B sont gravés sur la partie extérieure 110A et sur la partie intérieure 110B du radome dans le plan E de chaque élément rayonnant 100A, 100B. La présente invention s'applique aussi à des structures d'antenne protégées par des radomes multicouches avec au moins un élément de 25 modification du diagramme de rayonnement gravé sur chacune des couches. D'autres modes de réalisation peuvent être envisagés pour fixer des éléments de modification du diagramme de rayonnement. On peut insérer un substrat perpendiculaire au substrat sur lequel sont réalisés les éléments rayonnants et les motifs formant les éléments de modification du 30 diagramme de rayonnement sont gravés sur ce substrat. On peut aussi prolonger le substrat recevant l'élément rayonnant et graver les motifs dans la tranche de ce substrat, par exemple à l'aide de trous métallisés. Les motifs On the other hand, if we change the position of the vertical element 6, as represented by the position of the element 6 'and that of the element 6 "in FIGS. 7 and 8, it is possible to control the direction of the main beam These results are observed on the diagrams obtained in FIGS. 9 and 10 respectively representing the radiation pattern in the plane of elevation and in the azimuthal plane for an antenna in the presence of a steering element of length 20 mm offset. 10 ° towards the upper part of the antenna, as represented in FIG. 8 (curve A ') or of an antenna in the presence of a director element of length 20 mm shifted by 10 ° towards the lower part of the antenna antenna, as shown in FIG. 7 (curve C '), the curve D' giving the results obtained with an antenna in the presence of a director element of length 20 mm positioned in the plane E, as represented in FIG. The offset of the main beam B 'when the lement director is shifted up or down, is confirmed mainly by the diagram of Figure 9 where the curves A 'and C' 20 on each side of the curve B '. As shown in FIGS. 11 and 12, this offset of the radiation beam is also observed when the modifying element of the radiation pattern is shifted to the left side or to the right part of the radiating element rather than to the upper part. or towards the lower part of the radiating element. This results in particular from curves A "and C" of FIGS. 11 and 12. According to another characteristic of the invention and as represented in FIG. 13, a radiation parameter modification element is constituted by a rod or conductive strip 7, more particularly a rod or metal strip, positioned in the plane H, ie perpendicular to the plane of the antenna substrate. In this case, the simulations performed yielded frequency-matching curves shown in Figure 14 and a radiation pattern in the azimuthal plane and in the elevation plane shown in Figures 15 and 16. The simulations were were made with an element 7 of width 1 mm and length 25 mm, the parameters of the antenna being identical to those mentioned above. Curve D represents the antenna without modifying element while curve E represents an antenna structure in the presence of a horizontal modification element. From FIGS. 15 and 16, there is little change in the total gain of the antenna when a horizontal conductive element is placed in the beam of the antenna radiation pattern but it is observed that a modification of the cross polarization, more particularly a decrease of the cross polarization levels (curve G) without disturbing the adaptation of the antenna of FIG. 14. We will now describe with reference to FIGS. 17, 18, 19 and 20 a modification of the vertical steering element making it possible to remedy the degradation of the adaptation of the antenna observed. In this case, a protrusion 8a, more particularly a disc is inserted in the middle of the vertical metal arm 8. However, it is obvious that the protrusion may have another shape such as a square or polygonal shape. This element modifies the electromagnetic environment close to the opening of the radiating element and makes it possible to widen the bandwidth at -10 dB, as shown in FIG. 18. It also makes it possible to reduce the backward radiation of the order 2dB while maintaining a maximum gain very close to the gain of the antenna associated with the vertical steering element, as represented by the diagram of FIG. 19, in particular by the curve H which represents an antenna structure in the presence of a director element of length 20 mm and the curve I which represents an antenna structure in the presence of a director element of length 20 mm associated with a metal circle of radius 4 mm. FIGS. 21 to 24 show, respectively for FIGS. 21 and 22, two further embodiments of the radiation pattern modification element and FIGS. 23 and 24, respectively, the azimuthal radiation pattern and the diagram. of radiation in the plane of elevation of the two embodiments above. In FIG. 21, the modifying element 9 consists respectively of a vertical conductive element 9A and of a horizontal conductive element 9B while in FIG. 22, the modification element of the radiation pattern 10 consists of a vertical arm 10A, a horizontal arm 10B and an outgrowth formed by a circle 10C. The behavior of these two embodiments is given respectively by the curves J for an antenna structure in the presence of a vertical director element of length 20 mm and a horizontal element of length 20 mm associated with a central metal circle. of radius 4 mm, as shown in FIG. 22 and by curves K for an antenna structure in the presence of a vertical director element of length 20 mm and of a horizontal element of length 25 mm for the embodiment of FIG. 23 and 24 show the improvement of the front-to-back ratio in the case of an element similar to that of FIG. FIG. 26 shows the advantages of an antenna structure provided with an element for modifying the radiation pattern as shown in FIG. 22 (curve J), with respect to a single antenna. e (curve L). The embodiment of FIG. 22 provides an antenna-like fit while improving the gain of the antenna and the direction of the main beam, without changing the physical dimensions of the element. radiating himself. It is obvious to those skilled in the art that the present invention is also applicable to the case where a plurality of radiation pattern modifying elements are associated with each other to form, for example, a network of identical or identical guiding elements. The following will now be described with reference to FIGS. 27, 28 and 29 different embodiments of the modifying element of the radiation pattern. FIG. 27 represents an antenna structure comprising a single radiating element 1 of the type described above, this radiating element being surrounded by a radome formed by an outer cylindrical envelope 20A and an inner cylindrical envelope 20B. In this case, two vertical guide elements are positioned according to the plane E of the radiating element. These guiding elements 30A and 30B consist of metal strips made directly on the radome using a plastic metallization technique. FIGS. 28 and 29 show an antenna structure 100 with four radiating elements, these four elements being interconnected along a common vertical axis. The structure of two 100A and 100B radiating elements is shown more clearly in FIG. 29. The four elements are mounted on a horizontal support 101 and covered by a radome 110, formed of an outer envelope 110A and a inner envelope 110B. As in the embodiment of Fig. 27, vertical metal guiding elements 111A and 111B are etched on the outer portion 110A and on the inner portion 110B of the radome in the plane E of each radiating element 100A, 100B. The present invention also applies to antenna structures protected by multilayer radomes with at least one modification element of the radiation pattern etched on each of the layers. Other embodiments may be envisaged to fix modifying elements of the radiation pattern. It is possible to insert a substrate perpendicular to the substrate on which the radiating elements are made and the patterns forming the modifying elements of the radiation pattern are etched on this substrate. It is also possible to extend the substrate receiving the radiating element and to etch the patterns in the wafer of this substrate, for example using metallized holes. The reasons

peuvent aussi être réalisés directement sur l'extension du substrat en utilisant de plus, la profondeur de l'élément directeur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la longueur électrique des éléments de modification du diagramme de rayonnement peut être modifiée en activant/désactivant des éléments de commutation tels que des diodes ou des MEMs placés entre les éléments par exemple. II est aussi possible de prévoir des éléments de commutation interconnectant plusieurs éléments de modification entre eux. En fonction de l'état passant ou non des Io éléments de commutation, il est possible de modifier la structure du réseau d'éléments de modification. can also be made directly on the extension of the substrate using more, the depth of the director element. According to another characteristic of the invention, the electrical length of the modifying elements of the radiation pattern can be modified by activating / deactivating switching elements such as diodes or MEMs placed between the elements for example. It is also possible to provide switching elements interconnecting several modifying elements with each other. Depending on whether the switching elements are on or off, it is possible to modify the structure of the network of modification elements.

Claims

1 - planar antenna structure comprising at least one radiating element consisting of a slot (3) with longitudinal radiation etched on a substrate (1) provided with a ground plane and excited by a power supply line (4), characterized in that it comprises at least one element (6, 6 ', 6 ", 7, 8, 9, 10) for modifying the radiation pattern positioned in the radiating zone of the radiating element.

2 - Structure according to claim 1, characterized in that the modifying element of the radiation pattern is constituted by a conductive element (6, 6 ', 6 ") positioned in a plane extending the plane of the substrate or plane E.

3. Structure according to claim 2, characterized in that the conductive element is positioned perpendicular to the axis of symmetry of the radiating element or offset angularly with respect to said axis of symmetry or with respect to an axis perpendicular to the axis of symmetry.

4 - Structure according to one of claims 2 or 3, characterized in that the longitudinal radiation slot has an opening length greater than or equal to X / 2 (X the wavelength at the operating frequency), the conductive element forming a reflector element if its length is greater than X / 2 and a director element if its length is less than X / 2 5 - Structure according to one of claims 2 or 3, characterized in that the longitudinal radiation slot has an aperture of length less than X / 2 (X the wavelength at the operating frequency), the conductive element forming a reflector element if its length is greater than the length of the aperture and a guiding element if its length is less than the length of the opening. Io 156 ù Structure according to claim 1, characterized in that the modifying element of the radiation pattern is constituted by a conductive element (7) positioned in a plane perpendicular to the plane of the substrate or plane H. 7 - Structure according to the any one of claims 2 to 6, characterized in that the conductive element is constituted by a rod or metal strip. 8 - Structure according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the element (8, 10) conductor has a protrusion (8a, 10c) acting on the adaptation parameters of the radiating element. 9 ùStructure according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the radiating element is surrounded by a radome (20, 110). 10. Structure according to claim 9, characterized in that the conductive element consists of a metal strip made on the radome (30A, 30B, 111A, 111B). 11 ù An antenna structure comprising N (N> 1) radiating elements made on N substrates interconnected along a common axis perpendicular to the radiating axis of each radiating element, characterized in that each radiating element is associated with at least one modification element of the radiation pattern positioned in the radiating area of the radiating element according to one of the claims 2 to 10.