FR2971370A1 - antenna system is circularly polarized and radiofrequency tag reader comprising such a system - Google Patents

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Abstract

Ce système d'antenne en polarisation circulaire, du type comportant des éléments rayonnants (11, 16, 17), disposés sur des moyens formant plan de masse (12), est caractérisé en ce que les éléments rayonnants comportent des antennes quart-d'ondes court-circuitées. This circularly polarized antenna system, of the type comprising radiating elements (11, 16, 17) arranged on the means forming a ground plane (12), is characterized in that the radiating elements comprise antennas quarter of shorted waves.

Description

Système d'antenne à polarisation circulaire et lecteur d'étiquette radiofréquence comportant un tel système System circularly polarized antenna and RF tag reader comprising such a system

La présente invention concerne un système d'antenne à polarisation circulaire et et un lecteur d'étiquette radiofréquence comportant un tel système. The present invention relates to a circularly polarized antenna system and a radio frequency tag reader comprising such a system. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système d'antenne qui comporte des éléments rayonnants disposés sur des moyens formant plan de masse. More particularly, the invention relates to such an antenna system which includes radiating elements disposed on means forming a ground plane. Il existe déjà dans l'état de la technique, des systèmes d'antenne à polarisation circulaire Cependant ceux-ci nécessitent l'utilisation de circuits annexes et/ou d'éléments rayonnants à plusieurs couches imprimées ou plaquées, superposées. Already exist in the prior art, circular polarization of antenna systems, however these require the use of additional circuits and / or radiating elements multilayered printed or coated, superimposed.

Ceci se traduit alors par une complexité de réalisation relativement importante de ces systèmes d'antenne, de même que par des dimensions, un encombrement et un poids relativement élevés. This then results in a relatively high realization complexity of these antenna systems, as well as by size, bulk and relatively high weight. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. The purpose of the invention to solve these problems. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'antenne en polarisation circulaire, du type comportant des éléments rayonnants disposés sur des moyens formant plan de masse, caractérisé en ce que les éléments rayonnants comportent des antennes quart- d'onde court-circuitées. To this end, the invention relates to a circularly polarized antenna system, of the type comprising radiating elements disposed on means forming a ground plane, characterized in that the radiating elements comprise quarter of an short wave antennas -circuitées. Selon d'autres caractéristiques prises seules ou en combinaison : - les éléments rayonnants sont associés à des lignes d'alimentation, - les lignes d'alimentation sont formées par une liaison coaxiale, - les éléments rayonnants sont associés à des lignes de court-circuit, - les éléments rayonnants présentent une section carrée, - les éléments rayonnants présentent une section rectangulaire, et - les éléments rayonnants présentent la forme générale d'un L. According to other features taken alone or in combination: - the radiating elements are associated with the supply lines, - the supply lines are formed by a coaxial connection, - the radiating elements are associated with short-circuit lines - the radiating elements have a square cross section, - the radiating elements have a rectangular section, and - the radiating elements have the general shape of an L.

Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un lecteur d'étiquette radiofréquence, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système d'antenne tel que décrit précédemment. According to another aspect, the invention also relates to a radio frequency tag reader, characterized in that it comprises at least one antenna system as described above. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite se référant aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre de façon schématique un premier mode de réalisation d'un système d'antenne selon l'invention, la figure 2 représente le coefficient de réflexion S' de l'antenne illustrée sur cette figure 1, The invention will be better understood on reading the description which will follow, given by way of example only and made with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 illustrates schematically a first embodiment of a system antenna according to the invention, Figure 2 shows the reflection coefficient S 'of the antenna illustrated in FIG 1,

2 la figure 3 illustre l'obtention d'une polarisation circulaire, la figure 4 représente des coefficients de réflexion simulé et mesuré, la figure 5 illustre de façon schématique un deuxième exemple de réalisation d'un système d'antenne selon l'invention, la figure 6 représente le coefficient de réflexion S' de l'antenne illustrée sur cette figure 5, et la figure 7 illustre l'obtention d'une polarisation circulaire avec un tel système d'antenne. 2 Figure 3 illustrates the production of circular polarization, Figure 4 shows simulated and measured reflection coefficients, Figure 5 illustrates schematically a second embodiment of an antenna system according to the invention, Figure 6 shows the reflection coefficient S 'of the antenna illustrated in this Figure 5, and Figure 7 illustrates the production of a circular polarization antenna with such a system. On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la figure 1, un système d'antenne à polarisation circulaire du type comportant des éléments rayonnants disposés sur des moyens formant plan de masse. effect is illustrated in these figures and in particular Figure 1, a circular polarized antenna system of the type comprising radiating elements disposed on means forming a ground plane. Sur cette figure 1, le système d'antenne est désigné par la référence générale 1 et comporte des éléments rayonnants désignés par la référence générale 2, disposés sur des moyens formant plan de masse désignés par la référence générale 3. In this figure 1, the antenna system is designated by the general reference 1 and comprises the radiating elements designated by the general reference 2, disposed on means forming a ground plane designated by the general reference 3.

En fait, les éléments rayonnants comportent selon l'invention, des antennes quart- d'onde court-circuitées. In fact, the radiating elements comprise according to the invention, antennas quarter of an shorted wave. Ces antennes sont alors associées à des lignes d'alimentation telles que désignées par la référence générale 4 sur cette figure 1, constituées par exemple par une liaison coaxiale et à des lignes de court-circuit, telles que celles désignées par les références générales 5 et 6 sur cette figure 1. En fait, cette structure met alors en ceuvre par exemple des antennes de type «PIFA » (Planar Inverted Folded Antenna), c'est-à-dire des antennes quart-d'onde court-circuitées, connues en soi dans l'état de la technique, mais qui n'ont jamais été jusqu'à présent proposées en polarisation circulaire. These antennas are then associated with the supply lines as designated by the general reference 4 in this figure 1, constituted for example by a coaxial connection and short-circuit lines, such as those designated by the general reference 5 and 6 in this figure 1. in fact, this structure then sets ceuvre e.g. type antennas "PIFA" (Planar Inverted Folded antenna), that is to say, the antennas quarter wave shorted known se in the state of the art, but have not so far been proposed in circular polarization.

Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, les éléments rayonnants comportent alors un élément de section carrée ou rectangulaire. In the embodiment shown in Figure 1, the radiating elements then comprise a square or rectangular section element. D'autres modes de réalisation possibles peuvent être envisagés comme cela sera décrit plus en détail par la suite. Other possible embodiments may be considered as will be described in more detail later. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1, l'antenne est alors une antenne de type « PIFA » dont les dimensions peuvent par exemple être les suivantes : longueur : 65 mm, largeur : 70 mm, hauteur : 20 mm, avec une alimentation de type coaxiale. In the embodiment illustrated in Figure 1, the antenna is then a type antenna "PIFA" whose dimensions may for example be as follows: length: 65 mm, width: 70 mm, height: 20 mm, with a coaxial type diet.

Les courts-circuits peuvent également être de section rectangulaire et avoir pour dimensions : L Court-Circuit = 2 mm, W_CC = 0,3 mm, avec une hauteur identique à la hauteur de l'antenne, soit 20 mm. Short circuits can also be rectangular and have the dimensions: L = Short Circuit 2 mm, W_CC = 0.3 mm, with a height identical to the height of the antenna, or 20 mm. Le matériau conducteur utilisé pour l'antenne et les courts-circuits est le « maillechort » d'épaisseur 0,3 mm. The conductive material used for the antenna and the short-circuit is the "nickel" 0.3 mm thick. La figure 2 illustre le coefficient de réflexion S' de cette antenne, tel qu'obtenu par simulation. 2 illustrates the reflection coefficient S 'of this antenna, as obtained by simulation. Le point d'alimentation est placé sur la diagonale du système pour avoir une adaptation proche des 50 ohms. The feeding point is placed on the diagonal of the system to have a close adaptation of 50 ohms.

On observe une fréquence de résonance du système égale à 880 MHz avec un coefficient S' _ - 19,9 dB. a resonant frequency of the system equal to 880 MHz is observed with a coefficient S '_ - 19.9 dB. On constate alors que cette antenne est très bien adaptée dans la bande de fréquence 847 MHz-916 MHz, ce qui donne une largeur de bande théorique de 69 MHz. It is then found that the antenna is well adapted in the frequency band 847 MHz to 916 MHz, which gives a theoretical bandwidth of 69 MHz. La figure 3 montre le rapport axial dans le plan phi = 0 °, en fonction de l'angle thêta mesuré par rapport à la verticale de l'antenne (de 0° à 30°), pour plusieurs fréquences dans la bande 830-975 MHz. Figure 3 shows the axial ratio in the plane phi = 0 °, depending on the measured angle theta relative to the vertical antenna (from 0 ° to 30 °) for several frequencies in the band 830-975 MHz. Ces résultats montrent que la polarisation circulaire considérée pour un rapport axial inférieur à 3 dB, est obtenue et conservée pour un angle thêta autour de 13° dans le plan phi = 0°(plan vertical colinéaire au bord de l'antenne du côté court-circuit n°5 et point d'alimentation), pour des fréquences allant de 830 à 976 MHz, soit une bande de 146 MHz. These results show that the circular polarization considered for an axial ratio less than 3 dB is obtained and retained at an angle theta of about 13 ° in the plane phi = 0 ° (vertical plane collinear along the antenna of the short side Circuit # 5 and feed point), for frequencies up to MHz 830-976, a 146 MHz band. La polarisation circulaire est ainsi obtenue pour une ouverture minimale de lobe de 4° dans la bande allant de 860 à 975 MHz. The circular polarization is obtained for a minimum opening 4 ° lobe in the band from 860-975 MHz. Les résultats de simulation ont été vérifiés en réalisant cette antenne et en procédant à des mesures sur celle-ci. Simulation results were verified by conducting this antenna and performing measurements on it. Les résultats simulés et mesurés sont relativement proches comme le montre la figure 4. En réalisation, on observe une bande passante de 69 MHz avec un minima de coefficient de réflexion S' de -13,2 dB. The simulated and measured results are relatively close as shown in Figure 4. In embodiment, a 69 MHz bandwidth observed with a reflectance minimum S '-13.2 dB.

Le rayonnement de cette antenne a été mesuré dans une chambre anécho'ide afin de vérifier l'existence de la polarisation circulaire dans la bande de fréquence souhaitée. The radiation of this antenna was measured in a room anécho'ide to verify the existence of the circular polarization in the desired frequency band. Cette polarisation circulaire existe dans la direction phi = 0° et thêta = 20°. This circular polarization is in the direction phi = 0 ° and theta = 20 °. Elle est présente au moins dans la bande 870-920 MHz et peut être même au-delà car les tests ont été limités à 920 MHz. It is present at least in the 870-920 MHz band and maybe even beyond because the tests were limited to 920 MHz.

La figure 5 illustre un autre exemple de réalisation d'un tel système d'antenne dont les éléments rayonnants présentent la forme générale d'un L, c'est-à-dire de deux antennes « PIFA » classiques croisées. 5 illustrates another exemplary embodiment of such an antenna system whose radiating elements have the general shape of an L, that is to say with two antennas "PIFA" cross conventional. Sur cette figure 5, le système d'antenne est désigné par la référence générale 10, les éléments rayonnants par la référence générale 11, le plan de masse par la référence générale 12, la ligne d'alimentation coaxiale par la référence générale 13 et les lignes de court-circuit respectivement par les références 14 et 15. En fait, l'élément rayonnant comporte deux antennes de type « PIFA » croisées, désignées par les références générales 16 et 17. In this figure 5, the antenna system is designated by the general reference 10, the radiating elements by the general reference 11, the ground plane by the general reference 12, the general coaxial with the reference power supply line 13 and the short circuit lines respectively by the references 14 and 15. in fact, the radiating element comprises two type antennas "PIFA" cross, designated by the general references 16 and 17.

Les dimensions de ces différentes portions d'antennes peuvent alors être les suivantes : pour l'une, une longueur de 49 mm, une largeur de 12 mm et une hauteur de 20 mm, et pour l'autre, une longueur de 50 mm, une largeur de 12 mm et une hauteur de 20 mm. The dimensions of these different portions of antennas can then be as follows: for a, a length of 49 mm, a width of 12 mm and a height of 20 mm, and for the other, a length of 50 mm, a width of 12 mm and a height of 20 mm. L'alimentation peut être de type coaxial et les courts-circuits peuvent présenter des sections rectangulaires ayant pour dimensions L_Court-Circuit = 2 mm et W_CC = 0,3 mm. Power can be coaxial type and short-circuit may have rectangular sections having dimensions L_Court Circuit = 2 mm and W_CC = 0.3 mm. La hauteur peut également être égale à 20 mm et la distance entre les courts- circuits et l'alimentation est de 10 mm. The height can also be equal to 20 mm and the distance between the short circuit and the power supply is 10 mm. Le matériau conducteur utilisé pour l'antenne et les courts-circuits est le « maillechort » d'épaisseur 0,3 mm. The conductive material used for the antenna and the short-circuit is the "nickel" 0.3 mm thick. Le coefficient de réception correspondant S' est illustré sur la figure 6. On observe alors une bonne adaptation, c'est-à-dire un coefficient S' minimal d'environ - 30 dB, dans la bande de fréquence 854-890 MHz (S' s 10 dB), ce qui donne une bande passante de 36 MHz. The reception coefficient corresponding S 'is illustrated in Figure 6. We then observe a good fit, that is to say a coefficient S minimum of about - 30 dB, in the 854-890 MHz frequency band ( s 's 10 dB), which gives a bandwidth of 36 MHz. Cette bande de fréquence est légèrement inférieure à celle observée pour l'exemple de réalisation précédent (BP = 69 MHz). This frequency band is slightly less than that observed for the preceding embodiment (BP = 69 MHz). Le rapport axial dans la bande de fréquence 850-890 MHz et dans le plan phi = 0 °, est illustré sur la figure 7 pour les angles allant de 0 à 40°. The axial ratio in the frequency band 850-890 MHz and in the plane phi = 0 °, is shown in Figure 7 for angles from 0 to 40 °. On observe également de la polarisation croisée dans toute la bande de fréquence (854-890 MHz) avec phi = 0 ° et dans un angle thêta = 24°. It is also observed from the cross-polarization in the entire frequency band (854-890 MHz) with phi = 0 ° and an angle theta = 24 °. On conçoit alors que les exemples d'antennes illustrés présentent un certain nombre d'avantages par rapport à celles proposées dans l'état de la technique. It will be understood that the illustrated examples of antennas have a number of advantages over those proposed in the prior art.

En effet, les dimensions globales des antennes présentées sont très inférieures à celles des antennes classiques imprimées ou plaquées. Indeed, the overall dimensions of the antennas presented are much lower than those of conventional antennas printed or plated.

Bien entendu d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés et les dimensions mentionnées peuvent encore être réduites par l'utilisation de diélectrique de permittivités supérieures à 1 placé sur et/ou sous l'antenne, entre élément rayonnant et plan de masse. Of course, other embodiments may be envisaged and even the mentioned dimensions can be further reduced by the use of dielectric permittivities of greater than 1 placed on and / or below the antenna, between radiating element and ground plane.

On notera également qu'une polarisation circulaire de sens opposé peut être obtenue par la réalisation de structures symétriques par rapport à l'axe diagonal du système. Note also that a circular polarization in the opposite direction can be achieved by the realization of symmetrical structures relative to the diagonal axis of the system. Un tel système d'antenne trouve avantageusement des applications par exemple dans la réalisation d'un lecteur d'étiquettes radiofréquences telles que les étiquettes connues sous le nom de RFID. Such an antenna system advantageously has applications for example in the embodiment of an RF tag reader such as the known labels as the RFID. Bien entendu, d'autres modes de réalisation et d'autres applications peuvent être envisagés. Of course, other embodiments and other applications can be envisaged.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1.- Système d'antenne en polarisation circulaire, du type comportant des éléments rayonnants (2 ; 11) disposés sur des moyens formant plan de masse (3 ; 12) caractérisé en ce que les éléments rayonnants comportent des antennes quart-d'onde court-circuitées. REVENDICATIONS1.- antenna system with circular polarization, of the type comprising radiating elements (2; 11) arranged on the means forming a ground plane (3; 12) characterized in that the radiating elements comprise quarter-wave antennas shorted.
    2.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments rayonnants sont associés à des lignes d'alimentation (4 ; 13). 2. An antenna system with circular polarization according to claim 1, characterized in that the radiating elements are associated with the supply lines (4; 13).
    3.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lignes d'alimentation sont formées par une liaison coaxiale (4 ; 13). 3. An antenna system with circular polarization according to claim 2, characterized in that the supply lines are formed by a coaxial link (4; 13).
    4.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments rayonnants sont associés à des lignes de court-circuit (5, 6 ; 14, 15). 4.- System circular polarization antenna according to any one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements are associated with short-circuit lines (5, 6; 14, 15).
    5.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments rayonnants présentent une section carrée. 5.- System circular polarization antenna according to any one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements have a square section.
    6.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments rayonnants présentent une section rectangulaire. 6. An antenna system in circular polarization, according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the radiating elements have a rectangular section.
    7.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments rayonnants présentent la forme générale d'un L. 7. The antenna system with circular polarization, according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the radiating elements have the general shape of an L.
    8.- Lecteur d'étiquette radiofréquence, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système d'antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. A radio frequency tag reader, characterized in that it comprises at least one antenna system as claimed in any preceding claim.
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