FR2986913A1 - Antenne large bande et procede d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale plane - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet une antenne large bande (20), comprenant une antenne spirale (21) et au moins un circuit résonant fermé (23), caractérisée par le fait que chaque circuit résonant fermé (23) est formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane (21) ou dans le plan de base de l'antenne spirale (21), le contour de chaque circuit résonant fermé (23) ayant sensiblement la forme de la périphérie de l'antenne spirale (21) de telle sorte que la projection dans le plan de l'antenne spirale (21) de chaque circuit résonant fermé (23) se superpose à la périphérie de l'antenne spirale (21) ou entoure celle-ci, le contour de chaque circuit résonant fermé (23) étant en outre constitué de motifs répétitifs et/ou auto-similaires.

Description

ANTENNE LARGE BANDE ET PROCEDE D'AUGMENTATION DE LA BANDE PASSANTE D'UNE ANTENNE SPIRALE La présente invention concerne le domaine des 5 antennes, et porte plus particulièrement sur les antennes large bande de fréquences. Les antennes large bande sont très largement utilisées dans de nombreux domaines tels que le domaine spatial, le domaine militaire et les télécommunications. 10 On connaît notamment comme type d'antenne large bande les antennes spirales, qui présentent l'avantage d'un encombrement réduit pour une bande passante importante. Le brevet américain US3638226 donne un exemple d'une telle antenne spirale. Les antennes spirales permettent, du fait 15 de leur configuration en spirale, d'obtenir une grande longueur et donc une bande passante importante. On cherche cependant, d'une manière générale, à miniaturiser ces antennes large bande, notamment dans le domaine spatial où l'encombrement est un facteur critique. 20 Du fait des très grandes longueurs d'ondes mises en jeu en très hautes fréquences (VHF) (30MHz - 300MHz), la miniaturisation d'antennes dans cette bande de fréquences s'avère souvent très problématique. Cela est particulièrement vrai si l'on désire concevoir des antennes 25 aux diagrammes de rayonnement directifs permettant de s'affranchir de la structure du satellite. Pour les antennes spirales planes, on connaît de la publication Q. Liu et al. intitulée « Nouvelle antenne en spirale d'Archimède compacte avec charge d'espace » (« A 30 novel compact Archimedean spiral antenna with gaploading »), Progress In Electromagnetics Research letters, Vol. 3, 169-177, 2008, une configuration d'antenne spirale plane entourée d'un anneau, permettant d'obtenir, par rapport à une antenne spirale plane seule, un facteur de réduction de la fréquence de fonctionnement de l'antenne d'environ 7% (en absence de substrat). La présente invention vise à proposer une 5 structure d'antenne large bande qui, par rapport à une antenne spirale classique, permet soit d'augmenter la bande passante à dimensions équivalentes, soit une miniaturisation de l'antenne large bande à bande passante constante, avec des performances bien supérieures à celles 10 obtenues dans la publication Q, Liu et al, précitée. Une application de cette invention est aux antennes VHF dans le but de rendre leur intégration sur satellite plus facile, par un encombrement réduit. Les antennes large bande selon l'invention 15 peuvent également notamment, mais pas exclusivement, trouver des applications pour l'augmentation des débits, les applications radar, les applications goniométriques, les techniques d'étalement de spectre, la détection, l'imagerie médicale et/ou la diminution du nombre 20 d'antennes embarquées sur un système. La présente invention a donc pour objet une antenne large bande, comprenant une antenne spirale et au moins un circuit résonant fermé, caractérisée par le fait que chaque circuit résonant fermé est formé dans un plan 25 parallèle au plan de base de l'antenne spirale ou dans le plan de base de l'antenne spirale, le contour de chaque circuit résonant fermé ayant sensiblement la forme de la périphérie de l'antenne spirale de telle sorte que la projection dans le plan de base de l'antenne spirale de 30 chaque circuit résonant fermé se superpose à la périphérie de l'antenne spirale ou entoure celle-ci, le contour de chaque circuit résonant fermé étant en outre constitué de motifs répétitifs et/ou auto-similaires.

L'antenne spirale peut être une antenne spirale plane, ou une antenne spirale formée sur une surface tridimensionnelle, telle qu'un cône, un cône tronqué, une demi-sphère, etc.

Lorsque l'antenne spirale est une antenne spirale plane, son plan de base est le plan dans lequel elle est formée. Lorsque l'antenne spirale est formée sur une forme tridimensionnelle, son plan de base est le plan contenant la périphérie de la spirale de plus grand diamètre, orthogonal à la droite suivant laquelle s'étend la spirale sur la forme tridimensionnelle. Le plan de base d'une spirale est donc, de manière générale, le plan orthogonal à l'axe de rotation de la spirale, contenant les extrémités de la spirale. Le plan de base est confondu avec le plan dans lequel est formée la spirale dans le cas d'une spirale plane. Par exemple, lorsque l'antenne spirale est formée sur la surface d'un cône en s'étendant du sommet du cône vers la base du cône, le plan de base de l'antenne spirale est la base du cône. Lorsque l'antenne spirale est formée sur la surface d'une demi-sphère en s'étendant du pôle de la demi-sphère vers le plan équatorial de celle-ci, le plan de base de l'antenne spirale est le plan équatorial de la demi-sphère. Du fait des motifs répétitifs et/ou auto-similaires formés sur le contour de chaque circuit résonant fermé, la longueur du circuit résonant fermé est supérieure à la longueur de la périphérie de l'antenne spirale dans son plan de base. Par ajustement des motifs répétitifs et de leur nombre, on peut ajuster la longueur du circuit résonant fermé de telle sorte que sa fréquence de résonance soit, de préférence, à la fois proche de la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne spirale et inférieure à celle-ci pour favoriser un couplage du circuit résonant fermé et de l'antenne spirale. De préférence, le rapport entre la fréquence de résonance de chaque circuit résonant fermé et la fréquence minimale à laquelle le coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieur à -10dB est inférieur à 1, de préférence compris entre 0,3 et 1, de façon davantage préférée compris entre 0,5 et 0,85.

Le coefficient de réflexion en entrée (ISIII) est défini par la formule suivante : où al et bl désignent respectivement les amplitudes des ondes incidente et réfléchie sur le port d'excitation de l'antenne. Ce coefficient peut également se mettre sous la forme J5 - Zant)/(Zref + Zant)l, où Zref et Zant désignent respectivement une impédance de référence et l'impédance d'entrée de l'antenne. Dans ce qui suit, l'impédance de référence Zref sera de 200 Q. La fréquence minimale de fonctionnement de 20 l'antenne large bande sera,considérée dans cette demande comme étant la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée (IS111) de l'antenne large bande est inférieure à -10dB. En dessous de -10dB, l'antenne large bande est considérée comme adaptée. 25 Le fait que la fréquence de résonance du ou des circuits résonants fermés soit proche de la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne spirale et inférieure à celle-ci permet un couplage entre le ou les circuits résonants fermés et l'antenne spirale qui a pour 30 effet d'abaisser la fréquence de fonctionnement minimale de l'antenne globale sans modifier la fréquence maximale de fonctionnement.

Il en résulte que, pour un même encombrement d'antenne globale, l'antenne large bande selon l'invention a une bande passante plus importante que l'antenne spirale seule. Ceci signifie également, à bande passante constante, qu'il est possible de miniaturiser l'antenne globale par rapport à l'antenne spirale seule. Selon une première caractéristique particulière de l'antenne large bande selon l'invention, le contour de chaque circuit résonant fermé est constitué d'un ou plusieurs motifs répétitifs périodiques et/ou autosimilaires (fractals). Ainsi, le contour de chaque circuit résonant fermé peut être constitué d'un ou plusieurs motifs répétitifs périodiques de type créneau, sinusoïde ou triangle ou d'une superposition de motifs périodiques. Un seul et même motif répétitif et/ou autosimilaire peut être répété sur tout le contour du ou des circuits résonants fermés. Par ajustement du nombre de motifs, on peut ainsi ajuster la longueur totale de chaque circuit résonant fermé pour rechercher une fréquence de résonance de chaque circuit résonant fermé qui soit proche de et inférieure à la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne spirale seule.

Selon un mode de réalisation, l'antenne large bande comprend un circuit résonant fermé formé dans le plan de base de l'antenne spirale qui comprend la périphérie de l'antenne spirale. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne 30 large bande comprend un circuit résonant fermé formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale et ne comprenant pas la périphérie de l'antenne spirale.

Selon un autre mode de réalisation, l'antenne large bande comprend deux circuits résonants fermés, un premier circuit résonant fermé étant formé dans le plan de base de l'antenne spirale qui comprend la périphérie de l'antenne spirale et un deuxième circuit résonant fermé étant formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne large bande comprend deux circuits résonants fermés, un 10 premier circuit résonant fermé étant formé dans un premier plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale et un deuxième circuit résonant fermé étant formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale, différent du premier plan dans lequel est formé le 15 premier circuit résonant fermé, le premier plan et le deuxième plan ne comprenant pas la périphérie de l'antenne spirale. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne large bande comprend trois circuits résonants fermés, un 20 premier circuit résonant fermé formé dans le plan de base de l'antenne spirale et comprenant la périphérie de l'antenne spirale, un deuxième circuit résonant fermé formé dans un premier plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane et un troisième circuit résonant fermé formé 25 dans un deuxième plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane et au premier plan. Les circuits résonants fermés peuvent être identiques. Les motifs des contours des circuits résonants 30 fermés situés dans différents plans parallèles peuvent être alignés, c'est-à-dire que les projections orthogonales des circuits résonants fermés dans le plan de base de l'antenne spirale sont confondues. On augmente ainsi l'effet de couplage des circuits résonants fermés avec l'antenne spirale. Selon une caractéristique particulière, le circuit résonant fermé formé dans le plan de base de l'antenne spirale qui comprend la périphérie de l'antenne spirale est connecté en un ou plusieurs points à la périphérie de l'antenne spirale. Les circuits résonants fermés formés dans des plans parallèles au plan de base de l'antenne spirale sont formés dans des plans situés d'un même côté ou de part et d'autre du plan de base de l'antenne spirale comprenant la périphérie de l'antenne spirale. L'antenne spirale peut être une antenne spirale de type Archimède ou logarithmique ou sinueuse. L'antenne spirale peut notamment être une antenne spirale plane de type Archimède à deux brins auto-complémentaires. La spirale de l'antenne spirale peut être arrondie, chaque circuit résonant fermé étant alors un anneau, ou la spirale de l'antenne spirale peut être carrée, chaque circuit résonant fermé étant alors de forme carrée. La géométrie du circuit résonant peut être adaptée à la géométrie de la spirale. Le nombre de circuits résonants fermés pouvant être associés à l'antenne spirale dans l'antenne large bande selon l'invention n'est pas limité au nombre de circuits résonants fermés décrits dans les différents modes de réalisation, et tout nombre de circuits résonants fermés associés à une antenne spirale dans une antenne large bande peut être envisagé selon l'invention.

L'invention a également pour objet un procédé d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à déterminer une longueur de circuit résonant fermé telle que la fréquence de résonance du circuit résonant fermé et la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieure à -10dB est inférieur à 1, de préférence compris entre 0,3 et 1, de façon davantage préférée compris entre 0,5 et 0,85, de manière à améliorer le niveau d'adaptation d'impédance de l'antenne large bande formée par l'antenne spirale et un ou plusieurs circuits résonants fermés entre la fréquence de résonance des circuits résonants fermés et la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieure à -10dB, à augmenter la longueur déployée des circuits résonants fermés afin de diminuer la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande, et à former le ou les circuits résonants fermés dans le plan de base de l'antenne spirale comprenant la périphérie de l'antenne spirale ou dans un ou des plans parallèles au plan de base de l'antenne spirale pour obtenir une antenne large bande ayant une bande passante supérieure à celle de l'antenne spirale seule. Le procédé d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale seule, à encombrement constant, est équivalent à une miniaturisation de l'antenne spirale, à 25 bande passante constante. Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après un mode de réalisation particulier avec référence aux dessins annexés. Sur ces dessins, 30 - la Figure lA est une vue schématique de dessus d'une antenne spirale plane de type Archimède à deux brins auto-complémentaires ; - la Figure 13 est une vue schématique de dessus d'une antennè large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon l'état antérieur de la technique ; - les Figures 2A et 2B sont des vues d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon un premier mode de réalisation de l'invention, respectivement de dessus et en coupe dans le plan de l'antenne spirale plane ; - la Figure 3 est une vue du détail D de la Figure 2A ; - la Figure 4 représente le coefficient de réflexion (simulé) en entrée 1S111 d'antennes en fonction de la fréquence, illustrant les performances de plusieurs antennes large bande selon le premier mode de réalisation par rapport aux antennes des Figures lA et 1B ; - les Figures 5A et 5B sont des vues d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, respectivement en perspective partielle et en coupe dans le plan de l'antenne spirale plane ; la Figure 6 représente le coefficient de réflexion (simulé) en entrée 511 d'antennes en fonction de la fréquence, illustrant les performances de plusieurs antennes large bande selon le deuxième mode de réalisation par rapport à l'antenne de la Figure lA ; - les Figures 7A et 7B sont des vues analogues aux vues des Figures 5A et 5B d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 8 représente le coefficient de réflexion 10 (simulé) en entrée IS111 d'antennes en fonction de la fréquence, illustrant les performances de plusieurs antennes large bande selon le troisième mode de réalisation par rapport à l'antenne de la Figure lA 15 - les Figures 9A et 9B sont des vues analogues aux vues des Figures 5A et 5B d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; et 20 - la Figure 10 représente le coefficient de réflexion (simulé) en entrée d'antennes en fonction de la fréquence, illustrant les performances d'une antenne large bande selon le quatrième mode de réalisation par rapport aux antennes des Figures lA et 1B. 25 Si l'on se réfère à la Figure 1A, on peut voir que l'on y a représenté schématiquement une antenne spirale plane 1, de type Archimède auto-complémentaire à deux brins, respectivement 2A, 2B. Ce type d'antenne constitue 30 l'état de la technique bien connu et est présenté uniquement en tant que référence. Il ne sera pas décrit plus en détail.

Si,l'on se réfère à la Figure 1B, on peut voir que l'on y a représenté schématiquement une antenne large bande 10, constituée d'une antenne spirale plane 11 de type Archimède auto-complémentaire à deux brins 12A, 12B, 5 entourée d'un anneau résonant 13 dit lisse (contour sans motif). Ce type d'antenne large bande permet; comme indiqué dans la publication Q. Liu et al. citée en préambule, d'obtenir un couplage de l'anneau 13 et de l'antenne spirale plane 11 pour avoir, par rapport à une antenne 10 spirale seule, une réduction de la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande 10. Cette antenne large bande 10 ne sera pas décrite plus en détail ici. Si l'on se réfère aux Figures 2A, 2B, 3 et 4, on peut voir qu'il y est représenté une antenne large bande 20 15 selon un premier mode de réalisation de l'invention. L'antenne large bande 20 selon le premier mode de réalisation comprend une antenne spirale plane 21 de type Archimède auto-complémentaire à deux brins 22A, 22B, et un anneau résonant 23, positionné comme indiqué 20 schématiquement sur la Figure 2B dans spirale plane 21. Le contour permet d'avoir, à le plan de l'antenne de l'anneau 23 est crénelé, ce qui encombrement d'antenne large bande équivalent, une longueur du circuit résonant fermé formé 25 par l'anneau 23 plus longue que la longueur du circuit résonant fermé formé par un simple anneau lisse, comme représenté sur la Figure 1B. Le contour crénelé de l'anneau 23 a été pris à titre d'exemple uniquement, et l'invention n'est pas 30 limitée à ce type de motif. Tout type de motif, par exemple sinusoïdal, superposition de motifs sinusoïdaux ou même un motif fractal (auto-similaire), pourrait être utilisé dans le cadre de la présente invention. Le contour à motifs de l'anneau 23 présente l'intérêt de pouvoir faire varier la longueur du circuit résonant fermé formé par l'anneau 23, en fonction du choix du motif et de sa période lorsqu'il est périodique, à encombrement constant par rapport à un simple anneau comme représenté sur la Figure 1B. Comme on peut le voir sur la Figure 3, dans ce mode de réalisation, l'espace entre les brins 22A, 22B, noté p, est égal à la largeur d'un brin et à la hauteur d'un motif de créneau de l'anneau 23. La largeur du brin formant l'anneau 23, notée d, est inférieure à L. Si l'on se réfère plus particulièrement à la Figure 4, on peut voir que l'on a représenté le coefficient de réflexion en entrée IS111 d'antennes en fonction de la fréquence pour une antenne en spirale d'Archimède seule (Figure 1A), une antenne large bande du type de celle représentée sur la Figure 1B, et pour des antennes large bande 20 selon le premier mode de réalisation, pour trois longueurs d'anneaux 23 différentes, les différentes longueurs étant obtenues en faisant varier le nombre de créneaux N sur l'anneau 23. Pour le graphique de la Figure 4, on utilise des antennes large bande ayant le même diamètre de lm, donc le même encombrement global. Ainsi, on utilise une antenne spirale d'Archimède de diamètre lm, et une antenne large bande constituée d'une antenne spirale d'Archimède entourée d'un anneau simple lisse de lm de diamètre (Figure 1B) et des antennes large bande 20 selon le premier mode de réalisation, entourées chacune d'un anneau 23 de lm de diamètre, crénelé, ayant différentes longueurs déployées.

Les brins des antennes spirales 21 sont pris de largeur 1,2cm, avec un espacement entre brins 22A, 22B de 1,2cm, l'anneau 23 étant situé également à 1,2cm de la périphérie de l'antenne spirale plane 21, le brin constituant l'anneau ayant une largeur de 0,24cm. Par variation du nombre de motifs (créneaux) sur l'anneau 23, on peut faire varier la longueur du circuit 5 résonant fermé formé par cet anneau 23. L'anneau 23 n'ayant une influence sur le niveau d'adaptation de l'antenne que sur la bande de fréquences 55MHz-130MHz, l'abscisse de la Figure 4 est limitée à 130MHz. 10 Les courbes dessinées sur la Figure 4 montrent que l'antenne spirale seule est adaptée à partir de 103MHz. L'antenne spirale 11 avec un anneau simple 13 présente une adaptation à partir de 97MHz, due à la résonance de l'anneau 13 à environ 100MHz. 15 On observe que l'augmentation du nombre de créneaux N sur l'anneau 23 pour l'antenne 20 selon le premier mode de réalisation, donc l'augmentation de la longueur du circuit résonant fermé formé par l'anneau 23, a pour effet de diminuer la fréquence de résonance de 20 l'anneau 23 (décalage des fréquences d'adaptation - ou pics - vers la gauche sur la Figure 4). Pour une longueur d'anneau 23 telle que la fréquence de résonance de l'anneau 23 soit proche de la bande passante de l'antenne spirale seule (103MHz), N=10 25 sur la Figure 4, la fréquence de résonance de l'anneau 23 permet d'abaisser la fréquence de fonctionnement minimale de l'antenne 20 (à 93MHz sur la Figure 4 pour N=10). Pour une longueur d'anneau 23 plus longue (N=30 ou 100 sur la Figure 4), la fréquence de résonance de 30 l'anneau 23 est trop éloignée de la bande passante de l'antenne spirale seule et l'antenne 20 selon le premier mode de réalisation de l'invention est désadaptée dans une plage de fréquences (appelée bande de fréquences intermédiaires) entre la fréquence de résonance de l'anneau 23 et la bande passante de l'antenne spirale seule 21. Si l'on se réfère aux Figures 5A, 5B et 6, on peut voir que l'on y a représenté une antenne large bande 5 30 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. L'antenne large bande 30 comprend une antenne spirale d'Archimède auto-complémentaire 31 à deux brins 32A, 32B, et un anneau 33 crénelé, comme dans le premier mode de réalisation, formé dans un plan parallèle à celui 10 de l'antenne spirale plane 31, à une hauteur h par rapport au plan de l'antenne spirale plane 31, comme représenté sur la Figure 5B. Le graphique de la Figure 6 a été réalisé, pour l'antenne selon le deuxième mode de réalisation, avec un 15 anneau 33 ayant une fréquence de résonance autour de 92,5MHz. Les caractéristiques de l'antenne spirale simple sont les mêmes que pour la Figure 4. Les antennes large bande selon le deuxième mode de réalisation ont également les mêmes caractéristiques (largeurs de brin, diamètre) 20 pour le graphique de la Figure 6 que dans le graphique de la Figure 4. On constate que plus l'anneau 33 est proche de l'antenne spirale plane 31 (petite valeur de h), plus la résonance de l'antenne 30 est marquée. Cependant, pour la 25 bande de fréquences intermédiaires entre la fréquence de résonance de l'anneau 33 et la bande passante de l'antenne spirale plane seule 31, l'adaptation de l'antenne 30 selon le deuxième mode de réalisation se dégrade avec la diminution de la valeur de h. On constate également que 30 l'adaptation de l'antenne 30 est meilleure dans la bande de fréquences intermédiaires avec une faible valeur de h. On constate encore que pour une valeur de h=36mm, on retrouve le même impact sur la fréquence de fonctionnement de l'antenne 30 que pour l'antenne 20 avec son anneau 23 dans le plan de l'antenne spirale 21. On obtient donc le même résultat pour un anneau proche de l'antenne spirale plane, dans un plan parallèle à celui de l'antenne spirale plane et un anneau dans le plan de l'antenne spirale plane connecté à l'antenne spirale plane, l'anneau dans le plan de l'antenne spirale plane connecté à l'antenne spirale plane présentant l'avantage d'une structure plus simple par rapport à un anneau proche de l'antenne spirale plane, dans un plan parallèle à celui de l'antenne spirale plane. Si l'on se réfère aux Figures 7A, 7B et 8, on peut voir que l'on a représenté une antenne 40 selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

L'antenne 40 comprend une antenne spirale plane d'Archimède auto-complémentaire 41 à deux brins 42A et 42B, et deux anneaux 43A, 43B, identiques, situés dans deux plans différents parallèles au plan de l'antenne spirale plane 41, le premier anneau 43A étant situé dans un plan à une hauteur hl du plan de l'antenne spirale plane 41, le deuxième anneau 43B étant situé dans un plan à une hauteur h2 du plan de l'antenne spirale plane 41, avec hl différent de h2 et les deux anneaux 43A, 43B du même côté du plan de l'antenne spirale plane 41.

Les motifs des anneaux 43A et 43B sont alignés, c'est-à-dire que les projections orthogonales dans le plan de l'antenne spirale plane 41 des anneaux 43A et 43B sont confondues. Le couplage entre les anneaux 43A et 43B et l'antenne spirale plane 41 est ainsi augmenté.

Sur le graphique de la Figure 8, on a représenté le coefficient de réflexion en entrée 'Sul de l'antenne spirale seule et de deux antennes selon le troisième mode de réalisation, avec deux anneaux 43A, 43B situés l'un à une hauteur de 36mm, l'autre à une hauteur de 2,4mm. Une première courbe représente le coefficient de réflexion en entrée IS111 pour un nombre de créneaux N de chaque anneau de 20, l'autre pour un nombre de créneaux N de chaque anneau de 46. Les caractéristiques de l'antenne spirale simple sont les mêmes que pour la Figure 4. Les antennes large bande selon le troisième mode de réalisation ont également les mêmes caractéristiques (largeurs de brin, diamètre) pour le graphique de la Figure 8 que dans le graphique de la Figure 4. On constate qu'avec des anneaux plus longs, l'adaptation débute dès 85,7MHz avec 'S'il inférieur à - 12dB sur toute la bande de fréquences intermédiaires. Par rapport au mode de réalisation précédent, les 15 deux anneaux 43A, 43B combinent leurs effets pour améliorer le niveau d'adaptation d'impédance. La fréquence de résonance de l'anneau 43A le plus éloigné de l'antenne spirale plane 41 permet d'ajuster la fréquence de fonctionnement basse de l'antenne 40, tandis que l'anneau 20 le plus proche 43B améliore le niveau d'adaptation de l'antenne 40 dans la bande de fréquences intermédiaires. On pourrait, sans s'éloigner du cadre de la présente invention, avoir une antenne large bande avec un anneau situé dans le plan de l'antenne spirale plane et un 25 anneau situé dans un plan parallèle à celui de l'antenne spirale plane. Si l'on se réfère aux Figures 9A, 9B et 10, on peut voir que l'on y a représenté une antenne large bande 50 selon un quatrième mode de réalisation. 30 L'antenne large bande 50 comprend une antenne spirale plane d'Archimède auto-complémentaire 51 à deux brins 52A et 52B, et trois anneaux 53A, 53B et 53C, identiques, situés pour les deux premiers anneaux 53A, 53B dans deux plans différents parallèles au plan de l'antenne spirale plane 51, le premier anneau 53A étant situé dans un plan à une hauteur h2 du plan de l'antenne spirale plane 51, le deuxième anneau 53B étant situé dans un plan à une hauteur hl du plan de l'antenne spirale plane 51, avec hl différent de h2 et les deux anneaux 53A, 53B du même côté du plan de l'antenne spirale plane 51, et le troisième anneau 53C étant situé dans le plan de l'antenne spirale 51, entourant celle-ci.

Lés motifs des anneaux 53A, 53B et 53C sont alignés, c'est-à-dire que les projections orthogonales dans le plan de l'antenne spirale plane 51 des anneaux 53A et 53B sont confondues avec l'anneau 53C. Le couplage entre les anneaux 53A, 53B et 53C et l'antenne spirale plane 51 est ainsi augmenté. Sur le graphique de la Figure 10, on a représenté le coefficient de réflexion en entrée ISill de l'antenne spirale seule de diamètre 1m, de l'antenne selon la Figure 1B avec anneau simple de diamètre lm et d'une antenne selon le quatrième mode de réalisation, avec deux anneaux 53A, 53B situés l'un à une hauteur de 36mm, l'autre à une hauteur de 60mm, et un anneau 53C dans le plan de l'antenne spirale 51, connecté à celle-ci par l'extrémité des deux brins 52A, 52B. Cet anneau 53C a la même influence qu'un anneau très proche placé au-dessus de l'antenne spirale plane 51. Les caractéristiques de l'antenne spirale simple sont les mêmes que pour la Figure 4. L'antenne large bande selon le quatrième mode de réalisation a également les mêmes caractéristiques (largeurs de brin, diamètre) pour le graphique de la Figure 10 que dans le graphique de la Figure 4. Les anneaux 53A, 53B et 53C font 4m76 de long, avec 80 motifs en créneau. Cette longueur a été choisie pour que la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne 50 selon le quatrième mode de réalisation soit la plus basse possible, avec une adaptation sur la bande de fréquences intermédiaires inférieure à -12dB.

L'antenne spirale plane 51 garantit l'adaptation à partir de 103MHz sur plusieurs centaines de MHz. L'anneau 53C a pour rôle d'améliorer l'adaptation de l'antenne sur la bande de fréquences intermédiaires. Les deux autres anneaux 53A, 53B assurent 10 l'adaptation de l'antenne autour de leur fréquence de résonance de 86MHz. La fréquence basse de fonctionnement devient donc 82,3 MHz, soit une réduction de 20% par rapport à celle de l'antenne spirale seule (Figure 1A), à diamètre constant. 15 Des anneaux à profil fractal permettent de réaliser des longueurs déployées ajustables sur une gamme très étendue, et présentent également des degrés de libertés (descripteurs) en plus grand nombre que les profils classiques (euclidiens). Ces anneaux fractals, 20 superposés à l'antenne spirale plane, assurent donc un contrôle simple de la longueur déployée, et donc de la fréquence de fonctionnement minimale de l'antenne. Les antennes selon les différents modes de réalisation de l'invention sont par exemple formées sur des 25 substrats multi-couches du type de ceux utilisés pour les circuits imprimés, les anneaux étant alors formés soit dans le plan de l'antenne spirale plane, soit dans des couches supérieures, les couches portant les anneaux et/ou l'antenne spirale plane étant séparées par des couches 30 ayant une permittivité diélectrique relative proche de 1. L'invention peut permettre de miniaturiser des antennes.

Le procédé général de miniaturisation consiste à superposer des anneaux au-dessus de l'antenne spirale, les anneaux étant tous de même diamètre. La longueur déployée de ces anneaux est ajustable grâce aux descripteurs du profil choisi (périodicité pour les motifs crénelés, dimensions fractales et lacunarité pour les motifs auto-similaires, Dans un premier temps, on ajuste les dimensions d'un seul anneau de manière à améliorer le niveau d'adaptation d'impédance de l'antenne large bande entre la fréquence de résonance de l'anneau et la fréquence basse de fonctionnement de l'antenne spirale plane seule. Dans un second temps, on augmente la longueur déployée des anneaux (et donc on dégrade le niveau d'adaptation de l'antenne large bande jusqu'à une limite fixée) afin de diminuer la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande. Cette technique de miniaturisation des antennes large bande a permis expérimentalement de réduire leur diamètre d'environ 20%, alors que l'état de l'art de Q. Liu et al., cité dans le préambule, n'excède pas une réduction théorique d'environ 7%. Bien que l'invention ait été décrite pour des antennes spirales planes, elle n'est pas limitée à celles- ci et des antennes spirales formées sur des surfaces tridimensionnelles telles que des cônes ou des demi-sphères, entrent également dans le cadre de la présente invention.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50), comprenant une antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) et au moins un circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C), caractérisée par le fait que chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) est formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) ou dans le plan de base de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51), le contour de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) ayant sensiblement la forme de la périphérie de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) de telle sorte que la projection dans le plan de base de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) se superpose à la périphérie de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) ou entoure celle-ci, le contour de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) étant en outre constitué de motifs répétitifs et/ou auto-similaires.
2. 2 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le rapport entre la fréquence de résonance de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) et la fréquence minimale à laquelle le coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) est inférieur à - 10dB est inférieur à 1, de préférence compris entre 0,3 et 1, de façon davantage préférée compris entre 0,5 et 0,85.
3. 3 - Antenne large bande selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que le contour de chaque circuit résonant fermé est constitué d'un ou plusieurs motifs répétitifs périodiques et/ou autosimilaires.
4. 4 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50) selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le contour de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) est constitué d'un ou plusieurs motifs répétitifs périodiques de type créneau, sinusoïde ou triangle ou d'une superposition de motifs périodiques.
5. 5 - Antenne large bande (20) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend un circuit résonant fermé (23) formé dans le plan de base de l'antenne spirale (21) qui comprend la périphérie de l'antenne spirale (21).
6. 6 - Antenne large bande (30) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend un circuit résonant fermé (33) formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale (31) et ne comprenant pas la périphérie de l'antenne spirale (21).
7. 7 - Antenne large bande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux circuits résonants fermés, un premier circuit résonant fermé étant formé dans le plan de base de l'antenne spirale qui comprend la périphérie de l'antenne spirale et un deuxième circuit résonant fermé étant formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base.
8. 8 - Antenne large bande (40) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux circuits résonants fermés (43A, 43B), un premier circuit résonant fermé (43A) étant formé dans un premier plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale (41) et un deuxième circuit résonant fermé (43B) étant formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale (41), différent du premier plan dans lequel est formé le premier circuit résonant fermé (43A),le premier plan et le deuxième plan ne comprenant pas la périphérie de l'antenne spirale (41).
9. 9 - Antenne large bande (50) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle 5 comprend trois circuits résonants fermés (53A, 53B, 53C), un premier circuit résonant fermé (53C) formé dans le plan de base de l'antenne spirale (51) qui comprend la périphérie de l'antenne spirale (51), un deuxième circuit résonant fermé (53A) formé dans un premier plan parallèle 10 au plan de base de l'antenne spirale plane (51) et un troisième circuit résonant fermé (53B) formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane (51) et au premier plan.
10. 10 - Antenne large bande (40 ; 50) selon l'une 15 des revendications 7 à 9, caractérisée par le fait que les motifs des contours des circuits résonants fermés (43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) situés dans différents plans parallèles sont alignés.
11. 11 - Antenne large bande (20, 50) selon l'une des 20 revendications 5, 7 ou 9, caractérisée par le fait que le circuit résonant fermé (23, 53) formé dans le plan de base de l'antenne spirale (21, 51) qui comprend la périphérie de l'antenne spirale (21, 51) est connecté en un ou plusieurs points à la périphérie de l'antenne spirale (21, 51). 25
12. 12 - Antenne large bande (40, 50) selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée par le fait que les circuits résonants fermés (43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) formés dans des plans parallèles au plan de base de l'antenne spirale (41 ; 51) sont formés dans des plans situés d'un 30 même côté ou de part et d'autre du plan de base de l'antenne spirale (41 ; 51) comprenant la périphérie de l'antenne spirale (21, 51).
13. 13 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée par le fait que l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) est une antenne spirale de type Archimède ou logarithmique.
14. 14 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50) selon la revendication 13, caractérisée par le fait que la spirale de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) est arrondie, chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) étant alors un anneau, ou la spirale de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) est carrée, chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) étant alors de forme carrée. - Procédé d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale, caractérisé par le fait qu'il 15 comprend les étapes consistant à déterminer une longueur de circuit résonant fermé telle que la fréquence de résonance du circuit résonant fermé et la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieure à -10dB est inférieur à 1, de préférence compris entre 0,3 et 1, de façon davantage préférée compris entre 0,5 et 0,85, de manière à améliorer le niveau d'adaptation d'impédance de l'antenne large bande formée par l'antenne spirale et un ou plusieurs circuits résonants fermés entre la fréquence de résonance des circuits résonants fermés et la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieure à 10dB, à augmenter la longueur déployée des circuits résonants fermés afin de diminuer la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande, et à former le ou les circuits résonants fermés dans le plan de base de l'antenne spirale comprenant la périphérie de l'antenne spirale ou dans un ou des plans parallèles au plan de basede l'antenne spirale pour obtenir une antenne large bande ayant une bande passante supérieure à celle de l'antenne spirale seule.