FR3003696A1

FR3003696A1 - Antenne radioelectrique et dispositif radioelectrique

Info

Publication number: FR3003696A1
Application number: FR1352467A
Authority: FR
Inventors: Yasmina Layouni; Dhaou Bouchouicha
Original assignee: INST NAT SCIENCES APPLIQ; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL; Ecole Centrale de Lyon; Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Current assignee: INST NAT SCIENCES APPLIQ; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL; Ecole Centrale de Lyon; Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-26
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: FR3003696B1; WO2014147097A1

Abstract

L'invention concerne une antenne radioélectrique, comportant -un substrat diélectrique ; -une piste (10) électriquement conductrice, de largeur W, s'étendant longitudinalement, entre deux extrémités terminales (20, 22), uniquement à l'intérieur d'une bande (24) de largeur L délimitée, d'un côté, par une limite extérieure (26) et, de l'autre côté, par une limite intérieure (28), ces limites formant chacune une boucle fermée ; et dans laquelle : -la piste dessine un motif périodique (30), répété N fois, présentant une forme en « U » ou en « V » et comportant des brins de piste, séparés l'un de l'autre par une distance d'espacement S et formant des barres latérales du « U » ou du « V », -L est inférieure à 5mm ; -N est supérieur à 3 ; -W est supérieure ou égale à 0, 1 5mm ; -S est supérieure ou égale à 0,01mm.

Description

ANTENNE RADIOÉLECTRIQUE ET DISPOSITIF RADIOÉLECTRIQUE [001] L'invention concerne une antenne radioélectrique. L'invention concerne également un dispositif radioélectrique comportant cette antenne radioélectrique. [002] On connaît des antennes radioélectriques planes, comportant un conducteur électrique s'étendant sur une surface généralement plane en formant des méandres. Cette disposition en méandres permet d'augmenter la longueur de l'antenne (dont dépend notamment la fréquence de résonance de l'antenne) tout en minimisant la superficie occupée par l'antenne. Ces antennes sont typiquement utilisées dans des applications RFID (« Radio-Frequency identification Device » en langue anglaise) notamment pour alimenter électriquement des circuits électroniques passifs miniaturisés. La demande de brevet US-6147655-A (BRUCE B. ROESNER) décrit une telle antenne. [003] Cependant, cette antenne a pour inconvénient de présenter des propriétés électromagnétiques qui ne sont pas satisfaisantes pour certaines applications de récupération d'énergie (« energy harvesting en langue anglaise) ou de communication sans contact (« Radio-Frequency Identification Device » en langue anglaise). Par exemple, cette antenne présente un gain d'antenne négatif pour une fréquence de 2,4 GHz. Il est donc nécessaire d'associer cette antenne à un amplificateur de signal reçu ou émis. Ainsi, la diminution de l'encombrement de l'antenne est en partie compensée par la nécessité d'y associer un amplificateur d'autant plus encombrant que l'amplification à réaliser est importante. En outre, l'utilisation d'un tel amplificateur tend à augmenter la consommation électrique de l'antenne, ce qui est rédhibitoire. [004] Il existe donc un besoin pour une antenne radioélectrique présentant un rapport de longueur sur superficie qui soit élevé, sans pour autant nécessiter une amplification importante du signal émis ou reçu. [005] L'invention concerne donc une antenne radioélectrique, comportant : -un substrat diélectrique, présentant une permittivité relative statique supérieure ou 30 égale à 2, ce substrat présentant une face ; -une piste électriquement conductrice, de largeur W, réalisée sur la face du substrat, s'étendant longitudinalement, entre deux extrémités terminales, uniquement à l'intérieur d'une bande de largeur L délimitée, d'un côté, par une limite extérieure et, de l'autre côté, par une limite intérieure, ces limites formant chacune une boucle 35 fermée et la limite extérieure se déduisant de la limite intérieure par une homothétie de centre O et de rapport k strictement supérieur à 1, le centre O étant le centre géométrique de la surface délimitée par la limite intérieure, la limite intérieure formant une ellipse ou un polygone inscrit dans un cercle et présentant un facteur de forme compris entre 1 et 1,43, ce facteur de forme étant défini comme étant le rapport entre la longueur et la largeur du rectangle de plus petite superficie contenant entièrement la limite intérieure ; et dans laquelle : -la piste dessine un motif périodique répété N fois et présentant une forme en « U » 5 ou en « V », ce motif étant composé : - de premier et second brins de piste, séparés l'un de l'autre par une distance d'espacement S, ces premier et second brins de piste formant des barres latérales du « U » ou du « V », ces premier et second brins s'étendant le long de trajectoires respectives présentant au plus un point d'inflexion, les 10 extrémités, dites intérieures, des premier et second brins étant situées sur la limite intérieure et les extrémités, dites extérieures, de ces premier et second brins étant situées sur la limite extérieure, la distance d'espacement S étant mesurée entre les points d'intersections respectifs de la limite extérieure avec des première et seconde droites, ces première et seconde droites étant 15 respectivement tangentes aux premiers et second brins en des points d'intersection desdits brins avec une ligne équidistante aux limites intérieure et extérieure, les extrémités intérieures étant confondues uniquement dans le cas de la forme « en V », et - uniquement dans le cas de la forme « en U », d'un troisième brin s'étendant le 20 long de la limite extérieure, reliant directement les extrémités intérieures des premier et second brins, pour former le fond du « U » ; -les extrémités extérieures de chaque exemplaire du motif périodique sont raccordées aux extrémités extérieures d'autres exemplaires de ce motif périodique situés, respectivement, immédiatement en amont et en aval dans la même bande, sauf pour 25 les exemplaires qui sont directement raccordés aux extrémités terminales de la piste ; cette antenne étant caractérisée en ce que : -la largeur L de la bande est inférieure à 5mm ; -le nombre N de motifs est supérieur à 3 ; -la largeur W est supérieure ou égale à 0,15mm ; 30 -la distance d'espacement S est supérieure ou égale à 0,01mm. [6] De façon surprenante, il a été découvert qu'avec ce choix de valeurs de L, N, S et W ci-dessus, l'antenne présente un gain d'antenne positif pour des fréquences élevées, c'est-à-dire supérieures ou égales à 300MHz ou à 500MHz. [7] Les modes de réalisation de l'invention peuvent présenter une ou plusieurs 35 des caractéristiques suivantes : -la limite intérieure présente au moins trois symétries de rotation par rapport à un axe passant par le centre O et étant perpendiculaire au plan de la face du substrat ; -les extrémités extérieures de chaque exemplaire du motif périodique sont raccordées aux extrémités extérieures d'autres exemplaires de ce motif au moyen d'un quatrième brin, s'étendant le long de la limite extérieure ; -les premier et second brins sont rectilignes et s'étendent chacun 5 perpendiculairement aux limites intérieure et extérieure ; -la largeur W est supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm ; -la distance d'espacement S est supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm ; -la distance d'espacement S est égale à la largeur W ; 10 -le motif périodique est régulièrement réparti dans la totalité de la bande ; -les premier et second brins s'étendent parallèlement entre eux ; -la piste présente une hauteur supérieure ou égale à 2pm. [008] Ces modes de réalisation présentent en outre les caractéristiques suivantes : -le fait que la limite intérieure présente au moins trois symétries de rotation permet 15 d'augmenter le gain de l'antenne ; -le choix des valeurs de W et S entre 0,2mm et 0,5mm permet d'améliorer les caractéristiques de l'antenne et, notamment, d'obtenir une large bande passante ; - en accolant l'antenne au réflecteur de forme parabolique, le gain d'antenne du dispositif radioélectrique ainsi formé est deux fois plus élevé que le gain d'antenne de 20 l'antenne seule. [009] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un dispositif radioélectrique comportant : -une antenne radioélectrique conforme à l'une quelconque des revendications précédentes ; 25 -un réflecteur d'ondes radioélectriques, présentant une forme parabolique, ce réflecteur d'ondes radioélectriques étant accolé sur une face arrière du substrat de l'antenne opposée à la face sur laquelle s'étend la piste, et étant conformé de façon à ce que les ondes radioélectriques réfléchies par ce réflecteur d'ondes radioélectriques convergent en un point de focalisation, situé à une distance du 30 centre O inférieure ou égale à la moitié de la profondeur de ce réflecteur d'ondes radioélectriques. [cm cl L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : 35 -la figure 1 est une illustration schématique d'un dispositif radioélectrique comportant une antenne radioélectrique associée à un réflecteur parabolique ; -la figure 2 est une illustration schématique, selon une vue du dessus, de l'antenne radioélectrique de la figure 1 ; -la figure 3 est une illustration schématique du détail d'un motif périodique de 40 l'antenne de la figure 2 ; -la figure 4 est une vue en coupe d'une portion du motif de la figure 3 ; -la figure 5 est une représentation graphique, en fonction de la fréquence, des coefficients de réflexion électromagnétique S11 respectifs d'une antenne selon l'état de la technique et de l'antenne de la figure 2 ; -les figures 6 à 10 représentent schématiquement d'autres modes de réalisation de l'antenne radioélectrique de la figure 2 ; -la figure 11 est une représentation graphique, en fonction de la fréquence, des coefficients de réflexion S11 respectifs des antennes des figures 2 et 6 à 8 ; -les figures 12 et 13 sont des illustrations schématiques d'autres modes de réalisation 10 du motif périodique de l'une quelconque des antennes des figures 2 ou 6 à 10. [0011] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [0012] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détails. 15 [0013] La figure 1 représente un dispositif radioélectrique 2. Ce dispositif 2 comporte : -une antenne 4 radioélectrique planaire microruban (« planar microstrip antenna » en langue anglaise), et -un réflecteur parabolique 6. 20 [0014] L'antenne 4 comporte : -un substrat 8 diélectrique, et -une piste électriquement conductrice 10, déposée sur une face 12 du substrat 8 et formant un circuit d'antenne de centre géométrique O. [0015] Le substrat 8 présente une permittivité diélectrique relative statique 25 supérieure ou égale à 2 ou à 3 ou à 3,5 et, de préférence, supérieure ou égale à 4. Cette permittivité est ici égale à 4,4. Ce substrat 8 comporte par exemple le matériau composite à base de résine d'époxy connu sous la dénomination « FR4 ». Ce substrat 8 présente ici une forme plane. Dans ce qui suit, la face 12 est plane et définit un plan, dit « plan du substrat », qui s'étend selon une direction horizontale. Ce 30 substrat présente une épaisseur h, mesurée selon une direction perpendiculaire au substrat 8, ici égale à 0,8mm. [0016] La piste 10 est ici une ligne de transmission différentielle (« coplanar strip » en langue anglaise) réalisée dans un matériau électriquement conducteur, tel que du cuivre. Cette piste 10 présente ici une largeur constante W, définie comme étant la 35 plus petite largeur de piste, et mesurée parallèlement au plan du substrat. Cette largeur W est ici supérieure ou égale à 0,15mm ou à 0,2mm. [0017] Le réflecteur 6 est configuré pour réfléchir un rayonnement électromagnétique incident et pour focaliser ce rayonnement en un point de focalisation, ou foyer. Ici, ce réflecteur 6 est une paraboloïde de révolution, de 40 diamètre D et de profondeur d. Ce réflecteur 6 présente ainsi un bord circulaire qui délimite une ouverture. Le diamètre D est le diamètre de ce bord circulaire. La profondeur d est mesurée le long de l'axe de rotation de cette paraboloïde de révolution, entre l'origine de cette paraboloïde et le centre géométrique de la surface délimitée par le bord circulaire. Ce diamètre D est ici supérieur ou égal à 3cm et inférieur ou égal à 20cm. De préférence, ce diamètre D est égal à 6cm. La profondeur d est ici inférieure ou égale à 0,8*D ou à 0,6*D et est supérieure ou égale à 0,1*D. Cette profondeur d est ici égale à 0,5*D, soit 3cm. Le réflecteur 6 est accolé à une face arrière du substrat 8 (ici opposée à la face 12) et est positionné de façon à ce que le point de focalisation du réflecteur 6 soit compris dans le plan du substrat. Pour ce faire, ici, le substrat 8 recouvre entièrement l'ouverture du réflecteur 6 et est en contact avec tout le bord du réflecteur 6. La distance séparant le centre O du point de focalisation est avantageusement inférieure ou égale à 17,5mm ou à 10mm et, de préférence, inférieure ou égale à 3mm ou à 2mm. Ici, ce point de focalisation est confondu avec le centre O. Ce réflecteur 6 est ici formé d'un polymère rigide revêtu d'une couche d'un matériau métallique. [0018] L'association du réflecteur 6 à l'antenne 4 permet d'améliorer les propriétés électromagnétiques de l'antenne 4. La configuration du réflecteur 6 et sa disposition par rapport à l'antenne 4 permettent d'augmenter le gain total du dispositif 2. [0019] La figure 2 représente plus en détail l'antenne 4 et la piste 10. La piste 10 s'étend longitudinalement sur la face 12, entre deux extrémités terminales 20 et 22. La piste 10 ne présente ici pas de croisement avec elle-même. Ces extrémités 20 et 22 sont aptes à être connectées électriquement à une prise de contact électrique. Plus précisément, la piste 10 s'étend dans un plan parallèle au plan du substrat, uniquement à l'intérieur d'une bande 24 de largeur L. Cette bande 24 est délimitée d'un côté, par une limite extérieure 26 et, de l'autre côté, par une limite intérieure 28. Chacune de ces limites 26 et 28 forme une boucle fermée. La largeur L est ici mesurée dans le plan du substrat, comme étant la plus petite distance séparant les limites 26 et 28. [0020] La limite 28 présente la forme d'une ellipse ou d'un polygone inscrit dans un cercle et ayant pour centre géométrique le centre O. On considère ici qu'un cercle peut être un cas dégénéré d'une ellipse. Cependant, on ne considère pas ici qu'un segment ou un point est un cas dégénéré d'une ellipse. On définit un facteur de forme pour cette ellipse ou ce polygone inscrit, comme étant le rapport entre la longueur et la largeur du rectangle de plus petite superficie contenant entièrement la limite 28. Ce facteur de forme est supérieur ou égal à 1. Ce facteur de forme est en outre inférieur à 1,43 ou à 1,4 et, de préférence, inférieur à 1,2. Dans cette description, le centre géométrique O est à la fois le centre géométrique de la limite 28 et le centre géométrique du circuit d'antenne formé par l'enroulement de la piste 10. [0021] Avantageusement, la limite 28 présente au moins trois symétries de rotation par rapport à un axe vertical passant par le centre O. [0022] La limite 26 se déduit de la limite 28, au moyen d'une opération mathématique d'homothétie de centre O et de rapport k, où k est un nombre strictement supérieur à 1. La valeur de k est choisie pour que la bande 24 présente la largeur L. Cette largeur L est ici inférieure ou égale à 5mm. [0023] Dans cet exemple, les limites 26 et 28 sont des carrés de centre O. Ces limites comportent ainsi quatre symétries de rotation. [0024] À l'intérieur de la bande 24, la piste 10 décrit une pluralité de motifs, en forme de méandre. Par exemple, un même motif 30 est répété N fois, où N est un nombre entier supérieur ou égal à trois. Par exemple, N est supérieur ou égal à 10 ou à 15, ou à 20. Ici, ce nombre N est égal à 36. Pour simplifier la figure 2, cependant, l'antenne 4 illustrée ne comporte pas 36 exemplaires du motif 30. [0025] Dans cet exemple, les exemplaires du motif sont répartis de façon régulière à l'intérieur de la bande 24 et sont en contact direct avec les limites 26 et 28. Ces motifs emplissent l'essentiel de la bande 24, à l'exception de zones 29 situées aux angles de la bande, où aucun motif n'est en contact avec la limite 26. Ici, le bande 24 comporte quatre telles zones, situées dans les angles droits de la limite 26. Pour faciliter la lecture de la figure 2 et des figures suivantes, les exemplaires du motif ne sont pas toujours dessinés en contact direct avec les limites 26 et 28. [0026] La figure 3 représente plus en détail un tel motif 30. Ce motif présente ici une forme « en U » et comporte des premier 40, second 42 et troisième 44 brins de piste 10. [0027] Les brins 40 et 42 forment des barres latérales du « U ». A cet effet, ces brins 40 et 42 s'étendent, face à face l'un par rapport à l'autre, le long de trajectoires respectives présentant au plus un point d'inflexion, entre des extrémités intérieure et extérieure. Les extrémités intérieures respectives des brins 40 et 42 sont situées sur la limite 28. Les extrémités extérieures respectives des brins 40 et 42 sont situées sur la limite 26. Les brins 40 et 42 sont séparés l'un de l'autre et sont espacés d'une distance d'espacement S. Cette distance S est définie comme étant la plus petite distance séparant des bords de ces brins 40 et 42 et étant mesurée, parallèlement au plan du substrat. Ici, cette distance S est mesurée entre des points d'intersection de la limite 26 avec deux droites 45 et 47. Ces droites 45 et 47 sont tangentes, respectivement, aux brins 40 et 42 en des points respectifs de ces brins situés : -sur un côté intérieur de ce brin, et -à l'intersection de ce brin avec une ligne 46. Cette ligne 46 est équidistante aux 35 limites 26 et 28. Lorsque la ligne 46 n'est pas rectiligne, la distance S est mesurée le long de la trajectoire de la ligne 46 entre les bords de ces brins. [0028] Le côté intérieur des brins 40 et 42 correspond au côté de ce brin qui s'étend à l'intérieur du motif 30. [0029] Dans cet exemple, les brins 40 et 42 sont parallèles entre eux et s'étendent 40 perpendiculairement aux limites 26 et 28. Le motif 30 délimite donc ici un créneau rectiligne. La distance S est mesurée selon une direction parallèle à la ligne 46. Cette distance S est supérieure ou égale à 0,001mm ou à 0,002mm ou à 0,005mm ou à 0,1mm ou à 0,2mm ou à 0,5mm. [0030] Le brin 44 relie directement l'une à l'autre les extrémités intérieures des brins 40 et 42 et s'étend le long de la limite 28, formant ainsi le fond du « U ». [0031] Le motif 30 est ici relié à d'autres exemplaires du motif, situés immédiatement en amont ou en aval, par l'intermédiaire de quatrièmes brins 48 de la piste 10. Ces brins 48 relient directement l'extrémité extérieure d'un brin 42 d'un exemplaire amont du motif à l'extrémité extérieure du brin 40 de l'exemplaire du motif 30 immédiatement en aval. Le brin 48 s'étend le long de la limite 26. Chacun des exemplaires de ce motif 30, à l'exception des exemplaires qui sont directement raccordés aux extrémités 20 et 22, est ainsi raccordé aux exemplaires du motif 30 immédiatement voisins. [0032] La figure 4 représente une vue en coupe du motif 30, selon un plan vertical contenant la ligne 46. La piste 10 présente une hauteur h' supérieure ou égale à 2pm.

Avantageusement, cette hauteur h' est supérieure ou égale à 4pm ou à 8pm ou à 10pm. Cette hauteur h' est avantageusement inférieure ou égale à 40pm ou à 35pm. Ici, cette hauteur h' est comprise entre 17pm et 34pm. Cette hauteur h' est mesurée selon une direction verticale. La hauteur h' est typiquement constante sur toute la longueur de la piste 10. [0033] Dans cet exemple, l'antenne 4 présente les caractéristiques suivantes : -la limite extérieure 26 présente une longueur de côté égale à 22,7 mm ; -la distance S est égale à 0,3mm ; -la largeur W est égale à 0,3mm ; -le nombre N est égal à 48 ; 25 -la largeur L est égale à 3mm. [0034] La figure 5 représente l'évolution, en fonction de la fréquence d'un signal radio, des coefficients de réflexion S11 respectifs de cette antenne 4 (courbe 60) et de l'antenne radioélectrique connue décrite dans la demande de brevet US-6147655-A (BRUCE B. ROESNER) précédemment citée (courbe 62), obtenus au moyen de 30 simulations numériques, réalisées à l'aide du logiciel Ansoft, distribué par la société « Ansys ». Plus précisément, ces simulations ont été réalisées avec les modules « HFSS » version 14, et « Optimetrics » de ce logiciel. [0035] Dans cette description, on définit, pour une antenne radioélectrique, le coefficient de réflexion Sil, de la façon suivante : IS1112 = 13113,, 35 où P, est la puissance incidente d'un signal électromagnétique reçu par l'antenne et Pr puissance réfléchie par l'antenne en réponse à ce signal électromagnétique reçu. [0036] L'antenne 4 présente une fréquence de résonance égale à 2,44GHz, avec une bande passante à -10dB égale à 110MHz et un gain d'antenne égal à 1,57dBi. [0037] En revanche, l'antenne connue ne présente pas de résonance dans cette 40 bande de fréquences et, notamment, pas dans la bande allant de 2,3GHz à 2,8GHz.

En fait, cette antenne connue ne présente pas d'adaptation, et ne peut donc pas présenter de gain d'antenne positif. Cette antenne connue a été simulée avec les caractéristiques suivantes, telles que décrites dans la demande de brevet précédemment citée : L = 4mm, S = W = 0,05mm, N = 92 et une longueur totale de piste égale à 382mm. [0038] Les inventeurs ont également réalisé des essais additionnels illustrant l'influence des paramètres L, W, S et N sur les propriétés de l'antenne 4. Sauf mention contraire, dans la suite de la description, les propriétés électromagnétiques de chacune des antennes ont été obtenues par simulation numérique avec le même logiciel. [0039] Le tableau suivant résume l'influence du nombre N de motifs sur les performances de l'antenne 4, avec les caractéristiques L= 3mm et S = W = 0,3mm : N 20 40 60 80 Fréquence de résonance (GHz) 4,44 2,84 2,04 1,64 Bande passante à -10dB (MHz) 200 130 90 70 Gain d'antenne (dBi) 1,2 1,21 1,46 1,33 [0040] On constate que le gain d'antenne présente une valeur positive pour des valeurs de N supérieures ou égales à 20. D'autres simulations, non illustrées ici, montrent que l'on obtient un gain d'antenne positif pour des valeurs de N supérieures à trois. Par exemple, pour N = 7 et avec les valeurs de L, S et W précédemment choisies, des simulations montrent que l'on obtient un gain d'antenne égal à 1,59dBi pour une fréquence de résonance de 7,75GHz. En revanche, on observe que la fréquence de résonance ainsi que la bande passante à -10dB diminuent lorsque la valeur de N augmente. Aussi, lorsque l'on souhaite obtenir une fréquence de résonance aux alentours de 2,45GHz, la valeur de N est choisie de préférence supérieure ou égale à 35 et inférieure ou égale à 70, pour les valeurs de S, W et L données. [0041] Le tableau suivant résume l'influence de la largeur L sur les performances de l'antenne 4, avec les caractéristiques N = 30 et S = W = 0,3mm : L (mm) 2 3 5 7 10 Fréquence de résonance (GHz) 3,02 2,45 1,78 1,4 1,08 Sil (dB) à la fréquence de résonance -25,9 -26,18 -15,64 -12,89 -12,82 Bande passante à -10dB (MHz) 165 110 56 31 18 Gain d'antenne (dBi) 1,87 1,68 0,53 -0,19 -1,20 [0042] On constate ainsi une dégradation significative des performances de l'antenne pour des valeurs de L strictement supérieures à 5mm. En particulier, le gain d'antenne devient négatif pour des valeurs de L supérieures ou égales à 7mm [0043] Le tableau suivant résume l'influence de la largeur W sur les performances de l'antenne 4, avec les caractéristiques L = 3mm, N = 24 et S = W : W (mm) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 Fréquence de résonance (GHz) 3,42 2,78 2,42 2,16 1,78 S11 (dB) à la fréquence de résonance -13,03 -15,97 -23 -32,32 -17,53 Bande passante à -10dB (MHz) 87 92 105 110 98 Gain d'antenne (dBi) -0,9 0,7 1,68 1,91 2,24 [0044] On constate ainsi une dégradation des performances de l'antenne lorsque W est strictement inférieure à 0,2mm, en particulier du gain d'antenne, qui présente alors une valeur négative. En revanche, on observe que la bande passante à -10dB diminue lorsque la valeur de W augmente au-delà d'une certaine valeur, ici 0,6mm.

Aussi, la valeur de W sera choisie de préférence supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm si l'on souhaite obtenir, en plus d'un gain d'antenne positif, une large bande passante à -10dB . [0045] Le tableau suivant résume l'influence de la distance S sur les performances de l'antenne 4, avec les caractéristiques L = 3mm, N = 24 et W = 0,4mm : S (mm) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Fréquence de résonance (GHz) 3,24 2,74 2,38 2,16 1,98 1,84 S11 (dB) à la fréquence de -22,4 -26,3 -32,6 -28,23 -28,41 -22,3 résonance Bande passante à -10dB (MHz) 200 150 120 105 98 90 Gain d'antenne (dBi) 1,85 1,89 1,88 1,91 1,92 1,94 [0046] On constate ainsi des propriétés satisfaisantes lorsque S est supérieur ou égal à 0,1mm, comme notamment le gain d'antenne, qui présente alors une valeur positive. En revanche, on observe que la bande passante à -10dB diminue lorsque la valeur de S augmente. Aussi, la valeur de S sera choisie de préférence supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm si l'on souhaite obtenir, en plus d'un gain d'antenne positif, une large bande passante à -10dB. D'autres simulations, dont les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous, montrent que l'antenne présente toujours des propriétés satisfaisantes lorsque S est supérieur ou égal à 0,01mm. Ces simulations ont été réalisées avec les caractéristiques suivantes : L = 3mm, W = 0,3mm, N = 64 : S (mm) 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Fréquence de résonance (GHz) 7 6 5,2 4,65 4,4 4,15 Gain d'antenne (dBi) 0,93 1,61 1,72 1,61 0,9 0,91 [0047] Ainsi, avec les dimensions et les valeurs de L, W, N et S choisies, l'antenne 4 présente des propriétés électromagnétiques améliorées et, en particulier, un gain d'antenne positif. L'antenne 4 est ainsi apte à fonctionner, par exemple, dans un dispositif de récupération d'énergie électromagnétique. Dans cet exemple, l'antenne 4 est avantageusement apte à être utilisée pour des applications dans la bande de fréquences ISM (« Industrial, Scientific, Medical » en langue anglaise) telle que définie par la norme NF EN 55011. [0048] La figure 6 représente une antenne 70 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Pour simplifier la figure 6 et les suivantes, le substrat 8 n'est pas illustré.

Cette antenne 70 est identique à l'antenne 4, sauf que la bande 24 carrée est remplacée par une bande 72 de forme triangulaire. À cet effet, les limites 26 et 28 sont remplacées, respectivement, par des limites 74 et 76 qui présentent une forme de triangle équilatéral de centre O. Ces limites présentent ainsi trois symétries de rotation. Les dimensions du substrat de cette antenne sont adaptées, pour tenir compte de la modification de forme de la bande, de sorte à ce que ce substrat forme un carré de côté de 27mm dans lequel la bande 72 est inscrite. Les valeurs de L, W, S et N sont inchangées par rapport à celles de l'antenne 4. Cette antenne présente ainsi une fréquence de résonance égale à 2,39GHz, une bande passante à -10dB égale à 100MHz et un gain d'antenne égal à 1,318dBi. Là encore, pour simplifier la figure 6 et les suivantes, le nombre d'exemplaires du motif illustré est différent de N. [0049] La figure 7 représente une antenne 90 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Cette antenne 90 est identique à l'antenne 4, sauf que la bande 24 carrée est remplacée par une bande 92 de forme circulaire. À cet effet, les limites 26 et 28 sont remplacées, respectivement, par des limites 94 et 96 qui décrivent chacune un cercle de centre O. Ces limites présentent ici une infinité de symétries de rotation. Dans ce cas, les brins 40 et 42 de chacun des motifs de la piste 10 ne sont plus parallèles entre eux, mais sont alignés le long de rayons des limites 26 ou 28. Les dimensions du substrat de cette antenne sont adaptées, pour tenir compte de la modification de forme de la bande, de sorte à ce que la face 12 forme un carré de côté de 22mm dans lequel la bande 92 est inscrite. Les valeurs de L, W, S et N sont inchangées par rapport à celles de l'antenne 4. Cette antenne présente ainsi une fréquence de résonance égale à 2,97GHz, une bande passante à -10dB égale à 120MHz et un gain d'antenne égal à 1,577dBi. [0050] La figure 8 représente une antenne 110 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Cette antenne 110 est identique à l'antenne 4, sauf que la bande 24 carrée est remplacée par une bande 112 de forme hexagonale. À cet effet, les limites 26 et 28 sont remplacées, respectivement, par des limites 114 et 116 qui forment chacune un hexagone régulier de centre O. Ces limites présentent ici six symétries de rotation. Les dimensions du substrat de cette antenne sont adaptées, pour tenir compte de la modification de forme de la bande, de sorte à ce que ce dernier forme un carré de côté de 27mm dans lequel la bande 112 est inscrite. Les valeurs de L, W, S et N sont inchangées par rapport à celles de l'antenne 4. Cette antenne présente ainsi une fréquence de résonance égale à 2,39GHz, une bande passante à -10dB égale à 110MHz et un gain d'antenne égal à 1,599dBi. [0051] La figure 9 représente une antenne 120 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Cette antenne 120 est identique à l'antenne 4, sauf que la bande 24 carrée est remplacée par une bande 122 de forme rectangulaire. À cet effet, les limites 26 et 28 sont remplacées, respectivement, par des limites 124 et 126 qui présentent une forme rectangulaire, de centre O, et dont le facteur de forme est inférieur à 1,4. Ces limites présentent ici deux symétries de rotation. Les valeurs de L, W, S sont inchangées par rapport à celles de l'antenne 4. La valeur de N est choisie égale à 48. Cette antenne présente ainsi une fréquence de résonance égale à 2,4GHz et un gain d'antenne égal à 1,25dBi. [0052] La figure 10 représente une antenne 130 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Pour simplifier la figure 10, le substrat 8 n'est pas illustré. Cette antenne 130 est identique à l'antenne 120, sauf qu'à chaque angle, dans les zones 29, le brin 48 forme des motifs supplémentaires. Ces motifs supplémentaires ont ici la même forme que le motif 30 sauf que leurs extrémités inférieures ne sont pas sur la limite 126. Ces motifs supplémentaires sont par exemple formés par des brins 48. Ces motifs supplémentaires sont ici au nombre de N' sur toute l'antenne 130. Pour simplifier cette figure, la position des extrémités 20 et 22 est modifiée. Cette antenne 130 présente des propriétés proches de l'antenne 4, avec les paramètres suivants : L = 3mm, S = W = 0,3mm, N+N' = 48. Cette antenne 130 présente notamment une fréquence de résonance égale à 2,45 GHz et un gain d'antenne positif à cette fréquence. [0053] La figure 11 représente l'évolution, en fonction de la fréquence d'un signal radio, des coefficients S11 respectifs des antennes 4 (courbe 150), 70 (courbe 152), 90 (courbe 154) et 110 (courbe 156). [0054] La figure 12 représente un motif 170 apte à remplacer le motif 30. Ce motif présente ici une forme en « V ». À cet effet, les brins 40 et 42 sont remplacés, respectivement, par des brins 172 et 174 de piste 10, formant des barres latérales du « V ». Ces brins 172 et 174 sont identiques, respectivement, aux brins 40 et 42, sauf qu'ils ne sont pas parallèles l'un à l'autre et ne s'étendent pas perpendiculairement aux limites 26 et 28. En outre, ces brins 172 et 174 sont des segments rectilignes et sont reliés directement l'un à l'autre. Plus précisément, les extrémités intérieures des brins 170 et 172 sont confondues l'une avec l'autre et sont situées sur la limite 28. Les extrémités extérieures des brins 170 et 172 sont situées sur la limite 26. On définit pour ces brins 172 et 174, respectivement, des droites tangentes 176 et 178, de la même façon que pour les brins 40 et 42. Les extrémités extérieures de chaque exemplaire du motif sont ici confondues avec les extrémités extérieures des exemplaires immédiatement voisins de ce motif situés en amont ou en aval, à l'exception des motifs qui sont directement raccordés aux extrémités 20 et 22. Ainsi, le motif 170 ne comporte pas les brins 46 et 50. Le motif 170 présente ainsi une forme triangulaire. Par exemple, une antenne identique à l'antenne 4 sauf que le motif 170 est utilisé à la place du motif 30 présente une fréquence de résonance de 2,45GHz et un gain d'antenne de 2,33dBi. [0055] La figure 13 représente un motif 190 apte à remplacer le motif 30. Ce motif 190 est identique au motif 170, sauf que les brins 172 et 174 sont remplacés, 5 respectivement, par des brins 192 et 194 de piste 10. Ces brins 192 et 194 sont, respectivement, identiques aux brins 172 et 174, sauf qu'ils ne s'étendent pas de façon rectiligne, mais présentent un unique point d'inflexion, de façon à ce que le motif 190 présente une forme essentiellement sinusoïdale. Par exemple, une antenne identique à l'antenne 4 sauf que le motif 190 est utilisé à la place du motif 30 présente 10 une fréquence de résonance de 1,8GHz. [0056] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. [0057] Le réflecteur 6 peut être omis. Le réflecteur 6 peut être réalisé différemment. Par exemple, le réflecteur est réalisé en matière métallique. Les valeurs de D et/ou de d peuvent être choisies différemment, en fonction notamment des dimensions de 15 l'antenne 2. [0058] Le substrat 8 peut présenter une épaisseur h et/ou une permittivité relative statique différentes de celles décrites. Le substrat 8 peut être formé d'un matériau souple ; dans ce cas, la face 12 n'est pas plane. Le plan du substrat présente alors une courbure non nulle, de manière à épouser la courbure de la face 12. Le substrat 20 8 peut comporter un matériau différent, comme le matériau commercialisé sous le nom « Kapton » par la société DuPont, ou un polymère à cristaux liquides, ou encore du papier. Dans ce cas, la hauteur h' de la piste 10 est différente. Par exemple, lorsque le substrat 8 est réalisé au moyen d'un film de Kapton, la hauteur h est égale à 125pm, et h' est alors avantageusement comprise entre 4pm et lOpm. 25 [0059] Le brin 44 peut être situé sur la limite extérieure 26 au lieu d'être sur la limite intérieure 28 et relier les extrémités extérieures des brins 40 et 42. Dans ce cas, le brin 50 est placé sur la limite intérieure 28 et relie les extrémités intérieures des brins 40 et 42. Dans ce cas, la distance S est définie en référence à la limite 28 plutôt qu'à la limite 26. 30 [0060] Le motif 170 peut être utilisé à la place du motif 30 dans l'une quelconque des antennes 4, 70, 90, 110, 120 et 130. Il en va de même pour le motif 190. [0061] Le motif périodique peut être différent des motifs 30, 170 et 190 et peut présenter de nombreuses adaptations de forme, à condition qu'il possède toujours les propriétés suivantes : 35 -le motif comporte les premier et second brins de piste, séparés l'un de l'autre par une distance d'espacement S et s'étend le long de trajectoires respectives présentant au plus un point d'inflexion ; -les premier et second brins s'étendent entre les extrémités extérieures et intérieures, respectivement placées sur les limites extérieure et intérieure de la bande ; -chaque exemplaire du motif est raccordé aux extrémités extérieures d'autres exemplaires de ce motif situé immédiatement en amont et en aval dans la même bande, à l'exception des exemplaires qui sont directement raccordés aux extrémités terminales de la piste. [0062] Les antennes peuvent présenter une fréquence de résonance comprise en dehors de la bande de fréquences ISM. Par exemple, cette fréquence de résonance est comprise dans les bandes de fréquences GSM-900 ou GSM-1800. La longueur totale de la piste 10 doit donc être adaptée pour correspondre à la fréquence de résonance désirée. Dans ce cas, les valeurs de N peuvent être différentes de celles décrites. [0063] L'antenne 4 peut présenter une forme de bande différente de la bande 24 ou de l'une quelconque des bandes 72, 92, 112, 122. Par exemple, la bande présente une forme d'ellipse, dont les foyers sont situés à équidistance et de part et d'autre du centre O. [0064] En variante, au moins deux exemplaires du dispositif 2 sont mis en réseau pour former un réseau d'antennes apte à recevoir un même signal radioélectrique.

Claims

REVENDICATIONS1. Antenne radioélectrique (4), comportant : -un substrat diélectrique (8), présentant une permittivité relative statique supérieure 5 ou égale à 2, ce substrat présentant une face (12) ; -une piste (10) électriquement conductrice, de largeur W, réalisée sur la face du substrat, s'étendant longitudinalement, entre deux extrémités terminales (20, 22), uniquement à l'intérieur d'une bande (24) de largeur L délimitée, d'un côté, par une limite extérieure (26) et, de l'autre côté, par une limite intérieure (28), ces limites 10 formant chacune une boucle fermée et la limite extérieure se déduisant de la limite intérieure par une homothétie de centre O et de rapport k strictement supérieur à 1, le centre O étant le centre géométrique de la surface délimitée par la limite intérieure, la limite intérieure formant une ellipse ou un polygone inscrit dans un cercle et présentant un facteur de forme compris entre 1 et 1,43, ce facteur de forme étant 15 défini comme étant le rapport entre la longueur et la largeur du rectangle de plus petite superficie contenant entièrement la limite intérieure ; et dans laquelle : -la piste dessine un motif périodique (30) répété N fois et présentant une forme en « U » ou en « V », ce motif étant composé : 20 - de premier (40) et second (42) brins de piste, séparés l'un de l'autre par une distance d'espacement S, ces premier et second brins de piste formant des barres latérales du « U » ou du « V », ces premier et second brins s'étendant le long de trajectoires respectives présentant au plus un point d'inflexion, les extrémités, dites intérieures, des premier et second brins étant situées sur la 25 limite intérieure et les extrémités, dites extérieures, de ces premier et second brins étant situées sur la limite extérieure, la distance d'espacement S étant mesurée entre des points d'intersections de la limite extérieure (26) avec des première (45) et seconde (47) droites, ces première et seconde droites étant respectivement tangentes aux premiers et second brins en des points 30 d'intersection desdits brins avec une ligne (46) équidistante aux limites intérieure et extérieure, les extrémités intérieures étant confondues uniquement dans le cas de la forme « en V », et - uniquement dans le cas de la forme « en U », d'un troisième brin (44) s'étendant le long de la limite extérieure, reliant directement les extrémités 35 intérieures des premier et second brins, pour former le fond du « U » ; -les extrémités extérieures de chaque exemplaire du motif périodique sont raccordées aux extrémités extérieures d'autres exemplaires de ce motif périodique situés,respectivement, immédiatement en amont et en aval dans la même bande, sauf pour les exemplaires qui sont directement raccordés aux extrémités terminales de la piste ; cette antenne étant caractérisée en ce que : -la largeur L de la bande est inférieure à 5mm ; 5 -le nombre N de motifs est supérieur à 3 ; -la largeur W est supérieure ou égale à 0,15mm ; -la distance d'espacement S est supérieure ou égale à 0,01mm.
2. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la 10 limite intérieure (28) présente au moins trois symétries de rotation par rapport à un axe passant par le centre O et étant perpendiculaire au plan de la face du substrat.
3. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les extrémités extérieures de chaque exemplaire du motif périodique sont raccordées 15 aux extrémités extérieures d'autres exemplaires de ce motif au moyen d'un quatrième brin (48), s'étendant le long de la limite extérieure (26).
4. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premier et second brins sont rectilignes et s'étendent chacun perpendiculairement 20 aux limites intérieure et extérieure.
5. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la largeur W est supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm. 25
6. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la distance d'espacement S est supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm.
7. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la 30 distance d'espacement S est égale à la largeur W.
8. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le motif périodique est régulièrement réparti dans la totalité de la bande. 35
9. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premier et second brins s'étendent parallèlement entre eux.
10. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la piste (10) présente une hauteur (h') supérieure ou égale à 2pm.
11. Dispositif radioélectrique (2) caractérisé en ce qu'il comporte : -une antenne radioélectrique (4) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes ; -un réflecteur (6) d'ondes radioélectriques, présentant une forme parabolique, ce réflecteur d'ondes radioélectriques étant accolé sur une face arrière du substrat de l'antenne opposée à la face sur laquelle s'étend la piste, et étant conformé de façon à ce que les ondes radioélectriques réfléchies par ce réflecteur d'ondes radioélectriques convergent en un point de focalisation, situé à une distance du centre O inférieure ou égale à la moitié de la profondeur (d) de ce réflecteur d'ondes radioélectriques.