FR3030909A1 - Antenne fil-plaque ayant un toit capacitif incorporant une fente entre la sonde d'alimentation et le fil de court-circuit - Google Patents

Abstract

Une antenne fil-plaque (10) comprend un plan de masse (11), au moins un toit capacitif (12), une sonde d'alimentation (13) connectée au toit capacitif (12) et destinée à être reliée à un générateur, et au moins un fil électriquement conducteur de court-circuit (14) reliant le toit capacitif (12) et le plan de masse (11). Le toit capacitif (12) comprend au moins une fente (15) constituée par une ouverture traversant toute l'épaisseur du toit capacitif (12) de sorte à déboucher sur chacune des deux faces opposées du toit capacitif (12) et configurée de sorte que le point de connexion (M1) entre le toit capacitif (12) et la sonde d'alimentation (13) et le point de connexion (M2) entre le toit capacitif (12) et le fil électriquement conducteur de court-circuit (14) sont disposés de part et d'autre de la fente (15).

Description

Antenne fil-plaque ayant un toit capacitif incorporant une fente entre la sonde d'alimentation et le fil de court-circuit Domaine technique de l'invention L'invention concerne le domaine d'une antenne fil-plaque comprenant un plan de masse, au moins un toit capacitif constituant une première partie de l'élément rayonnant, une sonde d'alimentation connectée au toit capacitif et destinée à être reliée à un générateur, et au moins un fil électriquement conducteur de court-circuit reliant le toit capacitif et le plan de masse et constituant une deuxième partie de l'élément rayonnant. L'invention s'inscrit d'une façon très générale dans les systèmes de télécommunications, et plus particulièrement les objets communicants dans lesquels des dispositifs radiofréquences (circuits et/ou antennes) sont présents. Un domaine particulier d'application visé, mais non exclusif, concerne un dispositif de géolocalisation d'un objet, notamment d'un véhicule, comprenant au moins une telle antenne configurée de sorte à pouvoir transmettre à un serveur distant, via un système de communication notamment de type GSM, les différentes positions dudit dispositif grâce à une association avec un système de géolocalisation notamment de type GPS. État de la technique Une antenne fil-plaque telle que définie ci-dessus est une structure 30 connue, par exemple par l'intermédiaire du document US-Al -6750825. Si une telle antenne présente vis-à-vis des antennes de l'art antérieur les avantages d'être relativement simple dans sa conception et sa réalisation, de posséder des dimensions faibles par rapport à la longueur d'onde d'utilisation, d'être adaptable à un gain convenable, il reste que la bande passante en fréquence est relativement étroite.

En complément, l'utilisation d'une fente ménagée dans le toit capacitif avec d'un même côté de cette fente la sonde d'alimentation et le fil de court-circuit pour miniaturiser une antenne fil-plaque est une technique connue. Cette technique permet la miniaturisation de l'antenne ou, autrement dit, de diminuer la fréquence de résonance de l'antenne. En allongeant la fente, la fréquence de résonance de la structure antennaire diminue. La fente vient modifier la capacité équivalente de l'antenne en augmentant sa valeur en fonction de sa longueur. Cet arrangement ne permet toutefois pas une augmentation significative de la bande passante. En pratique, elle risque plutôt d'impliquer une réduction de cette bande passante. Une autre structure connue est une antenne fil-plaque à fente multibandes. La fente est agencée sur le toit capacitif sur une partie importante de sa périphérie, à proximité des bords périphériques, de sorte à séparer le toit capacitif en deux zones et ainsi créer deux résonances distinctes. Dans l'une de ces zones sont agencés les points de connexion du toit capacitif respectivement à la sonde d'alimentation et au fil de court-circuit, d'un même côté de la fente. Ces deux résonances liées aux deux zones sont utilisées séparément et chacune d'elles est une résonance de type fil-plaque. Cette antenne fil-plaque particulière propose un fonctionnement à plusieurs bandes passantes (antenne multibandes). Toutefois, la bande passante reste toujours étroite. En effet, cette méthode ne permet pas de rapprocher les deux résonances suffisamment pour les utiliser conjointement et ainsi élargir la bande passante.

Une autre antenne planaire à large bande passante connue est l'antenne dite « Goubau ». Il s'agit d'une antenne dans laquelle le toit capacitif est délimité en 4 secteurs via deux fentes sécantes. Cette antenne combine plusieurs modes de résonance dans le but d'obtenir une antenne large bande, à savoir une première résonnance de type fil-plaque, par exemple aux alentours de 400MHz, avec un courant fort sur les fils de court-circuit, une deuxième résonance de monopole chargé, par exemple aux alentours de 720MHz, avec un courant fort sur les fils d'alimentation et une troisième résonance due au fil connectant les fils d'alimentation et les fils de court-circuit entre eux, par exemple aux alentours de 980MHz. Cette antenne permet d'obtenir une bande passante très large. Cependant, sa construction est très complexe.

Objet de l'invention Le but de la présente invention est de proposer une antenne fil-plaque qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus.

Notamment, un objet de l'invention est de fournir une telle antenne fil- plaque ayant une structure mécanique simple et peu encombrante et permettant d'offrir une bande passante de fonctionnement très large. Cet objet peut être atteint grâce à une antenne fil-plaque comprenant un plan de masse, au moins un toit capacitif, une sonde d'alimentation connectée au toit capacitif et destinée à être reliée à un générateur, et au moins un fil électriquement conducteur de court-circuit reliant le toit capacitif et le plan de masse, ladite antenne fil plaque étant telle que le toit capacitif comprend au moins une fente constituée par une ouverture traversant toute l'épaisseur du toit capacitif de sorte à déboucher sur chacune des deux faces opposées du toit capacitif et configurée de sorte que le point de connexion entre le toit capacitif et la sonde d'alimentation et le point de connexion entre le toit capacitif et le fil électriquement conducteur de court-circuit sont disposés de part et d'autre de la fente.

La fente peut être est de forme rectiligne, en méandres ou divisée en plusieurs tronçons reliés les uns aux autres pour former une fente non discontinue. La fente peut être configurée de sorte que le rapport entre sa longueur et sa largeur est supérieur à 5, voire supérieur 10. Le plan de masse, le toit capacitif, la sonde d'alimentation, ledit au moins un élément électriquement conducteur de court-circuit et ladite au moins une fente peuvent notamment être paramétrés de sorte que l'antenne fil- plaque présente un premier mode de résonance de type fil-plaque et un deuxième mode de résonance de fente respectivement à des première et deuxième fréquences de résonance distinctes, lesdites première et deuxième fréquences de résonance étant adaptées de sorte que l'antenne fil-plaque présente une bande passante de fréquence de fonctionnement unique et continue. La fente peut être configurée de sorte à présenter une longueur électrique équivalente égale à la moitié de la longueur d'onde associée à ladite deuxième fréquence de résonance de l'antenne fil-plaque, ladite fente étant fermée à ses extrémités. La fente peut alternativement être configurée de sorte à présenter une longueur électrique équivalente égale au quart de la longueur d'onde associée à ladite deuxième fréquence de résonance de l'antenne fil- plaque, ladite fente étant ouverte au niveau d'au moins l'une de ses extrémités en débouchant sur l'un des bords périphériques du toit capacitif. La fente peut comprendre des composants discrets, tels que des éléments capacitifs, placés le long de la fente pour ajuster la longueur électrique équivalente. L'antenne fil-plaque peut comprendre au moins un autre fil électriquement conducteur de court-circuit dont le point de connexion au toit capacitif est situé du même côté ou du côté opposé, par rapport à la fente, que le point de connexion entre le toit capacitif et la sonde d'alimentation. La sonde d'alimentation peut partir d'un point du plan de masse puis se diviser pour venir se connecter au toit capacitif en plusieurs points de connexion distincts. La fente peut former un angle non nul, notamment compris entre 45° et 900, avec la direction reliant le point de connexicn entre le toit capacitif et la sonde d'alimentation et le point de connexion entre le toit capacitif et le fil électriquement conducteur de court-circuit. Le fil électriquement conducteur de court-circuit et la sonde d'alimentation peuvent être formés sur un même substrat placé perpendiculairement au plan de masse et au toit capacitif. Un dispositif de géolocalisation d'un objet, notamment d'un véhicule, pourra comprendre au moins une telle antenne fil-plaque configurée de sorte à transmettre à un serveur distant, via un système de communication, par exemple de type GSM, les différentes positions du dispositif grâce à une association avec un système de géolocalisation, par exemple de type G PS. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1 à 3 sont des vues en perspective, de dessus et en coupe transversale d'un premier mode de réalisation d'une antenne fil-plaque selon l'invention, - la figure 4 représente, pour le premier mode de réalisation, une courbe Cl du coefficient de réflexion de l'antenne (en dB) en fonction de la fréquence, un niveau d'adaptation d'impédance k étant également représenté pour définir la bande passante de l'antenne entre deux fréquences fi et f2, - la figure 5 représente, pour le premier mode de réalisation, une courbe C2 illustrant l'efficacité totale (°/0) de l'antenne sur sa bande d'adaptation et une courbe C3 illustrant l'efficacité de rayonnement (°/0) de l'antenne sur sa bande d'adaptation, - la figure 6 représente les diagrammes de gain d'une antenne selon l'invention (respectivement correspondant aux courbes C4 à C6) à 3 fréquences différentes, respectivement égales à 1200MHz, 1100M Hz et 950MHz, pour le premier mode de réalisation, - la figure 7 représente une courbe C7 du coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence pour le premier mode de réalisation, une courbe C8 du coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence pour une antenne fil-plaque de l'art antérieur, identique au premier mode de réalisation mais dépourvue de fente, un niveau d'adaptation d'impédance k étant illustré pour définir la bande passante de l'antenne entre des fréquences f1 et f2, - la figure 8 montre des courbes C9 et C10 respectivement de l'impédance réelle et de l'impédance imaginaire de l'antenne selon l'invention en fonction de la fréquence pour le premier mode de réalisation, et des courbes C11 et C12 respectivement de l'impédance réelle et de l'impédance imaginaire en fonction de la fréquence pour une antenne fil-plaque de l'art antérieur, identique au premier mode de réalisation mais dépourvue de fente, - la figure 9 représente, pour le premier mode de réalisation, l'intensité des courants de surface à la résonance de type fil-plaque, - la figure 10 représente, pour le premier mode de réalisation, l'intensité des courants de surface à la résonance de fente, - la figure 11 représente les courbes C13 et C14 illustrant respectivement l'impédance réelle et l'impédance imaginaire en fonction de la fréquence pour une antenne fil-plaque comprenant une fente mais hors du champ de l'invention, - la figure 12 représente, pour ladite antenne fil-plaque comprenant une fente mais hors du champ de l'invention, l'intensité des courants de surface à la résonance de type fil-plaque, - la figure 13 représente, pour ladite antenne fil-plaque comprenant une fente mais hors du champ de l'invention, l'intensité des courants de surface à la résonance de fente, - la figure 14 est une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'une antenne fil-plaque selon l'invention, - la figure 15 représente une courbe C16 du coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence pour le deuxième mode de réalisation, une courbe C15 du coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence pour une antenne fil-plaque de l'art antérieur, identique au deuxième mode de réalisation mais dépourvue de fente, et un niveau d'adaptation d'impédance k définissant la bande passante de l'antenne entre des fréquences f1 et f2, - la figure 16 représente, pour le deuxième mode de réalisation, une courbe C17 de l'efficacité totale (°/0) de l'antenne sur sa bande d'adaptation et une courbe C18 de l'efficacité de rayonnement (°/0) de l'antenne sur sa bande d'adaptation, - la figure 17 montre les courbes C19 et C20 illustrant respectivement l'impédance réelle et l'impédance imaginaire de l'antenne en fonction de la fréquence pour le deuxième mode de réalisation, et - les figures 18 à 20 montrent, en vue de dessus, différentes configurations envisageables pour la sonde d'alimentation et pour la (ou les) fils de court-circuit par rapport à la fente. Description de modes préférentiels de l'invention L'invention qui va maintenant être décrite en référence aux figures 1 à 20 concerne de manière générale une antenne fil-plaque 10 comprenant un plan de masse 11, au moins un toit capacitif 12, une sonde d'alimentation 13 connectée au toit capacitif 12 et destinée à être reliée à un générateur, et au moins un fil électriquement conducteur de court-circuit 14 reliant le toit capacitif 12 et le plan de masse 11. Notamment, le toit capacitif 12 constitue une première partie de l'élément rayonnant et le fil électriquement conducteur de court-circuit 14 constitue une deuxième partie de l'élément rayonnant.

L'invention s'inscrit d'une façon très générale dans les systèmes de télécommunications, et plus particulièrement les objets communicants dans lesquels des dispositifs radiofréquences (circuits et/ou antennes) sont présents.30 Un domaine particulier d'application visé, mais non exclusif, concerne un dispositif de géolocalisation d'un objet, notamment d'un véhicule, comprenant au moins une telle antenne fil-plaque à fente configurée de sorte à transmettre à un serveur distant, via un système de communication, par exemple de type GSM, les différentes positions du dispositif grâce à une association avec un système de géolocalisation, par exemple de type GPS. Le terme « GPS » signifie « Global Positioning system » en terminologie 10 anglosaxonne et le terme « GSM » signifie « Global System for Mobile Communications » en terminologie anglosaxonne. Il s'agit d'éléments totalement connus de l'Homme du Métier. En particulier, il pourra être prévu que la sonde d'alimentation 13 puisse 15 par exemple traverser le plan de masse 11 pour connexion à une source d'alimentation. Dans ce cas, une isolation avec le plan de masse 11 doit être prévue. Il peut être prévu la présence ou non d'un substrat diélectrique entre le 20 plan de masse 11 et le toit capacitif 12, au moins sur une partie de leur interface. La nature et la conception de ce substrat pourront être des paramètres dont il faudra tenir compte lors du réglage de l'antenne f il-plaque 10. 25 Le toit capacitif 12 délimite au moins une fente 15 configurée de sorte que le point de connexion M1 entre le toit capacitif 12 et la sonde d'alimentation 13 et le point de connexion M2 entre le toit capacitif 12 et le fil électriquement conducteur de court-circuit 14 (connecté au plan de masse 11) sont disposés de part et d'autre de la fente 15. La fente 15 est 30 constituée par une ouverture (ou une lumière) traversant toute l'épaisseur du toit capacitif 12 de sorte à déboucher sur chacune des deux faces opposées du toit capacitif 12. Autrement dit, au niveau du toit capacitif 12, la fente 15 est agencée entre la sonde d'alimentation 13 et le fil électriquement conducteur de court-circuit 14. On notera que la taille du plan de masse 11 impacte directement la bande passante de l'antenne selon l'invention. Le plan de masse 11 peut être de petites dimensions par rapport à la longueur d'onde de fonctionnement de l'antenne fil-plaque 10. Il peut par exemple être constitué par la carte électronique d'un routeur WIFI intégrant une fonctionnalité pico-cellulaire de type 3G ou 4G sur lequel on viendrait placer l'antenne 10. Le plan de masse 11 peut aussi être très grand par rapport à la longueur d'onde de fonctionnement de l'antenne fil-plaque 10. Il peut par exemple être un toit de voiture ou un fuselage d'avion. Les fils nécessaires à la sonde d'alimentation 13 et au fil de court-circuit 14 de l'antenne 10 peuvent être réalisés de différentes manières et peuvent présenter des profils différents (circulaire, polygonal, etc.). Ils peuvent être par exemple de simples cylindres métalliques, formant des entretoises entre le toit 12 et le plan de masse 11, que l'on viendrait souder ou visser au toit 12 de l'antenne et au plan de masse 11 (en ce qui concerne le fil de court-circuit 14. Ils peuvent aussi être imprimés sur un substrat diélectrique qui serait placé perpendiculairement entre le plan de masse 11 et le toit 12 de l'antenne 10. Donc selon un mode de réalisation particulier, le fil électriquement conducteur de court-circuit 14 et la sonde d'alimentation 13 sont formés sur un même substrat placé perpendiculairement au plan de masse 11 et au toit capacitif 12. Les deux fils peuvent être utilisés en tant que support mécanique pour le toit 12 de l'antenne. Des entretoises en plastique peuvent aussi être utilisées pour assurer cette fonction. Le positionnement ainsi que les diamètres des fils de la sonde d'alimentation 13 et de court-circuit 14 auront un impact sur les fréquences de résonance ainsi que sur leur adaptation. Ces deux paramètres géométriques sont donc des paramètres de réglage de l'antenne fil-plaque 10 à fente décrite dans ce document. Ils doivent être placés de part et d'autre de la fente 15. De manière optionnelle, la sonde d'alimentation 13 part d'un point du plan de masse 11 puis se divise pour venir se connecter au toit capacitif 12 en plusieurs points de connexion distincts. Un premier mode de réalisation d'une antenne fil-plaque 10 à fente selon l'invention est représenté sur les figures 1 à 3 et un deuxième mode de réalisation d'une antenne fil-plaque 10 selon l'invention est représenté sur la figure 14. L'aménagement d'une telle fente 15 permet d'une part que l'antenne fil-plaque 10 à fente présente deux modes de résonance distincts comme il le sera détaillé plus loin, à savoir un premier mode de résonance de type fil-plaque et un deuxième mode de résonance de type fente, d'autre part de rapprocher suffisamment les deux fréquences de ces deux modes de résonance pour les utiliser conjointement. Ainsi, l'antenne fil-plaque 10 à fente permet une combinaison des deux modes de résonance afin d'élargir de manière significative la bande passante de fonctionnement par rapport à une même antenne dépourvue d'une telle fente 15, ou à l'inverse de diminuer les dimensions et la complexité mécanique de l'antenne pour une bande passante de fonctionnement donnée. La combinaison de ces deux modes de fonctionnement permet un gain en bande passante supérieur à 2 en gardant un rayonnement stable.30 Plus précisément, comme il le sera détaillé plus loin, le fait de placer une fente 15 entre la sonde d'alimentation 13 et le fil de court-circuit 14 permet de venir créer un second mode de résonance proche du premier mode de résonance de type fil plaque. Ces deux modes de résonance sont combinés afin de permettre d'obtenir un gain en bande passante de l'ordre de 3 (pour le cas d'une fente 15 de forme fermée) par rapport à une antenne fil-plaque classique identique mais dépourvue d'une telle fente 15.

En référence aux figures 2 et 14, la fente 15 peut par exemple former un angle non nul, notamment compris entre 45° et 90 °,avec la direction reliant le point de connexion M1 entre le toit capacitif 12 et la sonde d'alimentation 13 et le point de connexion M2 entre le toit capacitif 12 et le fil électriquement conducteur de court-circuit 14.

La fente 15 peut être de forme rectiligne, en méandres ou divisée en plusieurs tronçons reliés les uns aux autres pour former une fente non discontinue, par exemple sous la forme d'un H comme cela est illustré en figures 1 et 2. La forme de la fente 15 en tant que telle n'est pas un facteur essentiel, au contraire de sa longueur électrique équivalente. De manière générale, il pourra notamment être pris soin de s'assurer que le plan de masse 11, le toit capacitif 12, la sonde d'alimentation 13, l'élément électriquement conducteur de court-circuit 14 et la fente 15 soient paramétrés de sorte que l'antenne fil-plaque 10 présente le premier mode de résonance de type fil-plaque et le deuxième mode de résonance de fente respectivement à des première et deuxième fréquences de résonance f3, f4 distinctes (visibles sur la figure 8), ces première et deuxième fréquences de résonance étant adaptées de sorte que l'antenne fil-plaque 10 présente une bande passante de fréquence de fonctionnement unique et continue. Dans le deuxième mode de réalisation, la première fréquence de résonance sera notée f9 et la deuxième fréquence de résonance sera repérée f10 comme illustré en figure 17.

Autrement dit, les différents paramètres structurels dimensionnels de l'antenne fil-plaque 10 à fente (en particulier ceux associés au plan de masse 11, au toit capacitif 12, à la sonde d'alimentation 13, à l'élément électriquement conducteur de court-circuit 14 et à la fente 15) sont paramétrés de sorte que la première bande passante de fréquence de fonctionnement associée au premier mode de résonance de type fil-plaque et la deuxième bande passante de fréquence de fonctionnement associée au deuxième mode de résonance de fente se chevauchent au moins partiellement dans le spectre de fréquence de fonctionnement de l'antenne fil-plaque 10 à fente. Pour cela, il sera pris soin, lors du dimensionnement et de la conception de l'antenne 10, de faire en sorte que les première et deuxième fréquences de résonance f3, f4 ne soient pas trop éloignées l'une de l'autre, pour éviter tout phénomène de fonctionnement multi-bandes de l'antenne qui correspondrait à un fonctionnement de l'antenne 10 où elle serait inutilisable au moins en partie entre lesdites première et deuxième fréquences de résonance, ce qui n'est pas recherché. Au contraire, le chevauchement au moins partiel des première et deuxième bandes passantes associées respectivement au premier mode de résonance de type fil-plaque et au deuxième mode de résonance de fente permet que l'antenne fil-plaque 10 selon l'invention présente une bande passante de fonctionnement unique, continue et très large. Ce gain en bande passante, par rapport à la même antenne fil-plaque mais dépourvue de la fente 15, est environ de 2 pour le cas d'une fente 15 ouverte à au moins l'une de ses extrémités (c'est-à-dire que la fente débouche sur un côté du toit 12) et environ de 3 pour le cas d'une fente 15 fermée à ses extrémités (la fente ne débouche pas sur les côtés du toit 12).

Selon un mode de réalisation particulier dans lequel la fente 15 est fermée à ses extrémités, ce qui est le cas du premier mode de réalisation, la fente 15 sera préférentiellement configurée de sorte à présenter une longueur électrique équivalente égale à la moitié de la longueur d'onde associée à la deuxième fréquence de résonance désirée f4 de l'antenne fil-plaque 10, à 5% près. La « longueur électrique équivalente », aussi connue sous le nom « longueur électrique effective », est un paramètre totalement connu de l'Homme du Métier, qui est en mesure de la déterminer par calcul ou par simulation, à partir de la connaissance des paramètres dimensionnels et de constitution de l'antenne fil-plaque 10 à fente, tels que les dimensions et le matériau du toit capacitif 12, les dimensions et la forme de la fente 15, les caractéristiques dimensionnelles et structurelles de chaque fil de court-circuit 14 et de la sonde d'alimentation 13, des caractéristiques dimensionnelles et structurelles du plan de masse 11, de la distance relative séparant entre eux chacun de ces éléments, des caractéristiques dimensionnelles et structurelles de l'éventuel matériau diélectrique disposé entre le plan de masse 11 et le toit capacitif 12... La longueur électrique est la longueur géométrique ramenée à la longueur d'onde. On parle de « équivalente » lorsque l'on prend la longueur d'onde dans le vide comme référence, correspondant à longueur dans le vide pour obtenir un même déphasage (réflexion menée sur la propagation d'une onde). Selon un mode de réalisation, la fente 15 est configurée de sorte que le rapport entre sa longueur et sa largeur est supérieur à 5, voire supérieure 10. Ainsi la fente 15 a une longueur très supérieure à sa largeur, cette largeur pouvant être variable pour en contrôler sa longueur électrique équivalente.

La fente 15 peut comprendre des composants discrets, tels que des éléments capacitifs, placés le long de la fente 15 pour ajuster la longueur électrique équivalente. Autrement dit, elle peut aussi être chargée par ces composants discrets, comme par exemple un condensateur, afin de diminuer la longueur réelle de la fente 15 pour une même longueur électrique équivalente de la fente 15. Les figures 4 à 13 montrent différentes courbes représentatives du fonctionnement du premier mode de réalisation tel qu'illustré sur les figures 1 à 3, pour lequel la largeur L1 du toit 12 est 44 mm, la longueur L2 d'une demi branche latérale du H formé par la fente 15 est 18 mm, la longueur L3 de la branche principale du H formé par la fente 15 est 42 mm et la longueur L4 du toit 12 est 56 mm. La fente 15 est donc, dans ce premier mode de réalisation, une fente en H composée de deux fentes de 36 mm reliées entre elles par une fente de 42 mm. La fente 15 a une largeur constante de 2 mm, cette largeur de 2 mm étant très largement inférieure aux longueurs précitées.

Le toit capacitif 12 est un toit par exemple métallique dans lequel la fente 15 est aménagée, ici en forme de H par exemple, de forme fermée (la fente ne débouche pas sur un côté du toit). La longueur électrique équivalente de la fente est égale à la moitié de la longueur d'onde associée à la deuxième fréquence de résonance f4, à 5% près. De part et d'autre de la fente 15 sont connectés le fil de court-circuit 14 au point M2 et le fil correspondant à la sonde d'alimentation 13 au point M1, cette sonde 13 étant connectée directement à une ligne délivrant un signal radiofréquence. Chaque fil de court-circuit 14 est connecté au plan de masse 11 qui peut être fini ou infini et sur lequel des composants électroniques peuvent être positionnés. Le toit capacitif 12 de l'antenne fil-plaque 10 peut être fabriqué à partir d'un clinquant métallique (par exemple en cuivre étamé ou tout autre métal offrant une très bonne conductivité proche de celle du cuivre). Le toit capacitif 12 de l'antenne fil-plaque à fente 10 peut, entre autres, être un simple morceau de métal dans lequel la fente 15 est usinée et/ou découpée aux dimensions et formes désirées. Il peut aussi, par exemple, être réalisé à la manière d'un circuit imprimé, c'est-à-dire imprimé sur un substrat diélectrique. Dans ce cas, le substrat utilisé permettra la miniaturisation de l'antenne fil-plaque à fente 10 en fonction de la valeur de sa permittivité relative.

Les paramètres géométriques de réglage de l'antenne en résonance de type fil plaque, tels que décrits dans le document US-A1-6750825, ainsi que les dimensions, les formes, et les positions de la fente 15, permettent de régler les fréquences de résonance f3, f4 des premier et deuxième modes de résonance ainsi que leur adaptation. Le positionnement et le diamètre de la sonde d'alimentation 13 et des fils de court-circuit 14 sont aussi des paramètres de réglage de l'antenne fil-plaque 10. Comme suggéré précédemment, la largeur de la fente 15 peut être constante sur toute sa longueur ou varier dans des zones définies. Par exemple, diminuer la largeur de la fente 15 en son centre (du côté de son point de symétrie par exemple) a pour incidence de faire baisser la deuxième fréquence de résonance f4 propre. Pour l'établissement des courbes des figures 4 à 13, un plan de masse 11 très grand (considéré infini) a été considéré. Le fils électriquement conducteur de court-circuit 14 est un parallélépipède rectangle de 7,7*3,6*21mm3 et le fil de la sonde d'alimentation 13 est un parallélépipède rectangle de 1,5*2,7*21mm3.

Le tableau suivant résume les caractéristiques essentielles du premier mode de réalisation (colonne de droite) en comparaison de la même antenne fil-plaque mais dépourvue de la fente 15 (colonne de gauche) : fil plaque simple fil plaque fente Bande passante (MHz) 122,00 302,00 f1 (MHz) 915,00 922,00 f2 (MHz) 1037,00 1225,00 Fc (MHz) 976,00 1073,50 Bande passante relative (%) 12,50 28,13 La fréquence Fc (fréquence centrale) est la moyenne entre les fréquences fi et f2. La bande passante relative exprimée en pourcentage est le rapport entre la bande passante exprimée en MHz (correspondant à la différence entre f2 et fi, définies ci-dessous) et la fréquence Fc. La figure 4 représente, pour le premier mode de réalisation, une courbe Cl illustrant le coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence, k illustrant le niveau d'adaptation d'impédance désiré, par exemple égal ici à -8 dB. 15 Dans ce premier mode de réalisation, la bande passante de l'antenne fil-plaque 10 à fente est supérieure à 300 MHz (entre la fréquence basse fi égale à 922 MHz au point P1 sur la courbe et la fréquence haute f2 égale à 1225 MHz au point P2 sur la courbe). Il est possible de rapprocher les 20 deux fréquences de résonance f3, f4 afin d'obtenir un meilleur niveau d'adaptation. Pour cela, il faudra modifier la longueur électrique de la fente 15 ainsi que la taille du toit capacitif 12. Une nouvelle adaptation de l'antenne fil-plaque 10 à fente peut alors être nécessaire en modifiant les positions des points Mi, M2 ainsi que les diamètres de la sonde 25 d'alimentation 13 et de chaque fil 14 présent. La bande passante est 10 donc définie comme la largeur de bande de fréquence sur laquelle le coefficient de réflexion est inférieur au seuil k, par exemple égal à -8 dB, en fonction du niveau d'adaptation recherché.

La figure 5 représente, pour le premier mode de réalisation, la courbe C2 illustrant l'efficacité totale (°/0) de l'antenne sur sa bande d'adaptation et la courbe C3 illustrant l'efficacité de rayonnement (°/0) de l'antenne sur sa bande d'adaptation. On observe un excellent rendement sur toute la bande passante bornée par les fréquences f1 et f2, notamment avec un rendement de rayonnement >70%. La figure 6 représente les diagrammes de gain total (respectivement correspondant aux courbes C4 à C6) à 3 fréquences différentes, respectivement égales à 1200MHz, 1100MHz et 950MHz, pour le premier mode de réalisation. Le plan de masse 11 de l'antenne fil-plaque 10 à fente est considéré comme infini. Ces courbes valident une stabilité de rayonnement sur toute la bande de fonctionnement f1-f2 de l'antenne fil-plaque 10 à fente.

La figure 7 représente la courbe C7 illustrant le coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence pour le premier mode de réalisation, la courbe C8 illustrant le coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence pour une antenne fil-plaque de l'art antérieur, identique au premier mode de réalisation mais dépourvue de la fente 15, un seuil k correspondant au niveau d'adaptation d'impédance désiré étant représenté. Sur cette figure 7, on retrouve les fréquences f1 et f2 exprimées précédemment ainsi que les points P1 et P2. La courbe C8 montre qu'en l'absence de la fente 15, la même antenne fil-plaque mais dépourvue de la fente 15 présente une bande passante faible, de l'ordre de 120 MHz, plus étroite que la bande passante obtenue en cas de présence de la fente 15.

La figure 8 montre des courbes C9 et C10 illustrant respectivement l'impédance réelle et l'impédance imaginaire de l'antenne en fonction de la fréquence pour le premier mode de réalisation, et des courbes Cl 1 et C12 illustrant respectivement l'impédance réelle et l'impédance imaginaire en fonction de la fréquence pour une antenne fil-plaque de l'art antérieur, identique au premier mode de réalisation mais dépourvue de fente 15. Sur cette figure 8, via les courbes C9 et C10, on retrouve donc les fréquences de résonance f3 et f4 exprimées précédemment, respectivement aux alentours de 650 MHz et 1150 MHz. Le deuxième pic de résonance à la fréquence f4 permet le gain en bande passante désiré, via notamment une adaptation idoine de la longueur électrique équivalente de la fente 15 fermée pour que les pics de résonance se rejoignent pour augmenter la bande passante. A l'inverse, via les courbes Cl 1 et C12, on voit que la même antenne fil-plaque mais dépourvue de la fente 15 présente un seul pic de résonance (aux alentours de 825 MHz), donc une bande passante nettement plus étroite que dans le cadre de l'invention.

La figure 11 représente les courbes C13 et C14 illustrant respectivement l'impédance réelle et l'impédance imaginaire en fonction de la fréquence pour une antenne fil-plaque comprenant une fente dimensionnée de sorte à être hors du champ de l'invention. Cette fente présente notamment une longueur électrique équivalente qui n'est pas dimensionnée comme précédemment. La fréquence de résonance du mode de résonance de type fil-plaque est repérée f5 aux alentours de 753 MHz, tandis que la fréquence de résonance du mode de résonance de fente est repérée f6 aux alentours de 1540 MHz. Les fréquences f5 et f6 sont donc nettement plus éloignée l'une de l'autre que les fréquences f3 et f4. Il en résulte alors que les deux modes de résonance ne sont pas combinés comme dans le cas de l'antenne fil-plaque 10 présentée précédemment. Une telle antenne présente au contraire un fonctionnement multi-bandes dans lequel elle est utilisable sur deux bandes passantes distinctes et séparées l'une de l'autre mais où elle est inutilisable entre ces deux bandes passantes, ce qui n'est pas recherché lorsque l'on souhaite une bande passante large et continue. Pour établir les figures 11 à 13, il a été considéré une fente ayant une longueur électrique équivalente très inférieure à la moitié de la longueur d'onde associée à la fréquence de la deuxième résonance qui est de type fente. En effet, plus la longueur électrique équivalente de la fente est petite, plus la deuxième fréquence de résonance, associée au mode de résonance de fente, est élevée, et inversement. C'est essentiellement ce qui explique que la fréquence f6 est nettement supérieure à la fréquence f4.

Les figures 12 et 13 représentent, pour cette antenne fil-plaque comprenant une fente hors du champ de l'invention, l'intensité des courants de surface respectivement à la résonance de type fil-plaque et lors de la résonance de fente. En référence à la figure 12, à la fréquence f5 de 753 MHz, on voit sur la structure un courant fort au niveau du fil de court-circuit 14 puis une diffusion de ce courant dans tout le toit capacitif 12 de la structure. Cette répartition de courant est typique d'un mode de résonance de type fil plaque. En référence à la figure 13, à la fréquence f6 de 1540 MHz, on voit sur la structure un courant très fort aux deux extrémités de la fente et diminuant le long de la fente jusqu'à son centre où il est presque nul. Cette répartition de courant est typique d'un mode de résonance de fente fermée. Les deux modes de résonance sont parfaitement identifiables séparément et avec certitude.

Les figures 9 et 10 représentent maintenant, pour le premier mode de réalisation de l'antenne fil-plaque selon l'invention, l'intensité des courants de surface dans le toit 12 respectivement à la résonance de type fil-plaque et à la résonance de fente. On retrouve les mêmes caractéristiques que sur les figures 12 et 13 mais de manière plus diffuse et moins marquée. En effet, pour cette structure où les deux résonances aux fréquences f3 et f4 sont beaucoup plus proches l'une de l'autre que dans le cas des pics de résonance aux fréquences f5 et f6, il est difficile de dissocier complétement les deux résonances et ainsi de les identifier aussi facilement que précédemment. Cela favorise un chevauchement des bandes passantes des deux modes de résonance de sorte à offrir une bande passante unique et large, ainsi qu'un rayonnement stable en champ lointain. La figure 14 est maintenant une vue de dessus du deuxième mode de réalisation d'une antenne fil-plaque 10 à fente selon l'invention, dans lequel la fente 15 est ouverte au niveau d'au moins l'une de ses extrémités en débouchant sur l'un des bords périphériques du toit capacitif 12. Les figures 15 à 17 montrent différentes courbes représentatives du fonctionnement du deuxième mode de réalisation tel qu'illustré sur la figure 14, pour lequel la largeur L5 du toit 12 est 44 mm, la longueur L6 de la branche latérale unique de la fente 15 est 5 mm, la longueur L8 de la branche principale de la fente 15 est 45 mm et la longueur L7 du toit 12 est 56 mm. Il sera notamment pris soin de s'assurer que la fente 15 soit configurée de sorte à présenter une longueur électrique équivalente égale au quart de la longueur d'onde associée à la deuxième fréquence de résonance f10 de l'antenne fil-plaque 10 désirée, à 5% près. La première fréquence de résonance de l'antenne fil-plaque 10 est dans ce cas celle repérée f9. Les fréquences de résonance f9, f10 sont représentées sur la figure 17.

La bande passante unique est bornée par les fréquences f7 et f8 détaillées plus loin.

Le tableau suivant résume les caractéristiques essentielles du deuxième mode de réalisation (colonne de droite) en comparaison de la même antenne fil-plaque mais dépourvue de la fente 15 (colonne de gauche) : fil plaque simple fil plaque fente Bande passante (MHz) 122,00 272 f7 (MHz) 915,00 905 f8 (MHz) 1037,00 1177 Fc (MHz) 976,00 1041 Bande passante relative (%) 12,50 26.13 La figure 15 représente une courbe C16 illustrant le coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence pour le deuxième mode de réalisation, une courbe C15 illustrant le coefficient de réflexion (en dB) en fonction de la fréquence pour une antenne fil-plaque de l'art antérieur, identique au deuxième mode de réalisation mais dépourvue de fente 15, un seuil k correspondant au niveau d'adaptation d'impédance désiré étant représenté.

Dans ce deuxième mode de réalisation selon l'invention, la bande passante de l'antenne fil-plaque 10 à fente (bornée par les fréquences f7 et f8) est de l'ordre de 270 MHz, pour un niveau d'adaptation d'impédance de -8 dB (figure 15), la fréquence basse f7 étant de l'ordre de 905 MHz (point P3 sur la courbe) et la fréquence haute f8 étant de l'ordre de 1177 MHz (point P4 sur la courbe). Cette bande passante présente donc un gain supérieur à 2 par rapport à la bande passante de 122 MHz de la même antenne mais dépourvue de la fente ouverte : la courbe C15 montre qu'en l'absence de la fente 15 ouverte, la même antenne fil-plaque présente une bande passante faible, uniquement de 122 MHz, nettement plus étroite que la bande passante égale à 272 MHz (entre les fréquences f7, f8) obtenue en cas de présence de la fente 15 ouverte. La figure 16 représente, pour le deuxième mode de réalisation, la courbe C17 illustrant l'efficacité totale (°/0) de l'antenne sur sa bande d'adaptation et la courbe C18 illustrant l'efficacité de rayonnement (°/0) de l'antenne sur sa bande d'adaptation. On observe un excellent rendement sur toute la bande passante bornée par les fréquences f7 et f8, notamment avec un rendement de rayonnement >70%.

La figure 17 montre les courbes C19 et C20 illustrant respectivement l'impédance réelle et l'impédance imaginaire en fonction de la fréquence pour le deuxième mode de réalisation. Sur cette figure, via les courbes C19 et C20, on retrouve donc les fréquences f9 et f10 exprimées précédemment, correspondant aux première et deuxième fréquences de résonance, respectivement aux alentours de 687 MHz et 1107 MHz. Cette deuxième fréquence f10 permet justement le gain en bande passante, via notamment une adaptation idoine de la longueur électrique équivalente de la fente 15 ouverte.

Le deuxième mode de réalisation à fente ouverte propose les mêmes avantages que le premier mode de réalisation à fente fermée à savoir, combiner les deux modes de résonance de type fil-plaque et de type fente afin d'augmenter la bande passante de fonctionnement d'une antenne sans en changer ni les dimensions ni la complexité mécanique. Comme cela a été mentionné précédemment, pour une même surface de toit, le premier mode de réalisation (fente fermée) permet une augmentation de la bande passante supérieure à celui du deuxième mode de réalisation.30 La figure 18 représente schématiquement en vue de dessus la répartition des points de connexion M1 et M2 par rapport à la fente 15 lorsque l'antenne fil-plaque 10 à fente ne comporte qu'une seule sonde d'alimentation 13 et qu'un seul fil électriquement conducteur de court- circuit 14. En référence à la figure 20, quelle que soit la variante considérée, l'antenne fil-plaque 10 à fente comprend au moins un autre fil électriquement conducteur de court-circuit 14 dont le point de connexion M2 au toit capacitif 12 est situé du même côté, par rapport à la fente 15, que le point de connexion M1 entre le toit capacitif 12 et la sonde d'alimentation 13. En référence à la figure 19, quelle que soit la variante considérée, l'antenne fil-plaque 10 à fente peut aussi comprendre au moins un autre fil électriquement conducteur de court-circuit 14 dont le point de connexion M2 au toit capacitif 12 est situé du même côté, par rapport à la fente 15, que le point de connexion M2 entre le toit capacitif 12 et le premier fil électriquement conducteur de court-circuit 14, c'est-à-dire que les deux points de connexion M2 sont disposés du côté opposé par rapport à la fente 15, au point de connexion M1 entre le toit capacitif 12 et la sonde d'alimentation 13. Il reste possible que l'antenne fil-plaque 10 puisse aussi comprendre au moins un autre fil électriquement conducteur de court-circuit 14 dont le point de connexion M2 au toit capacitif 12 soit situé du côté opposé, par rapport à la fente 15, au point de connexion M2 entre le toit capacitif 12 et le premier fil électriquement conducteur de court-circuit 14.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Antenne fil-plaque (10) comprenant un plan de masse (11), au moins un toit capacitif (12), une sonde d'alimentation (13) connectée au toit capacitif (12) et destinée à être reliée à un générateur, et au moins un fil électriquement conducteur de court-circuit (14) reliant le toit capacitif (12) et le plan de masse (11), ladite antenne fil plaque (10) étant caractérisée en ce que le toit capacitif (12) comprend au moins une fente (15) constituée par une ouverture traversant toute l'épaisseur du toit capacitif (12) de sorte à déboucher sur chacune des deux faces opposées du toit capacitif (12) et configurée de sorte que le point de connexion (M1) entre le toit capacitif (12) et la sonde d'alimentation (13) et le point de connexion (M2) entre le toit capacitif (12) et le fil électriquement conducteur de court-circuit (14) sont disposés de part et d'autre de la fente (15).
2. 2. Antenne fil-plaque (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fente (15) est de forme rectiligne, en méandres ou divisée en plusieurs tronçons reliés les uns aux autres pour former une fente non 20 discontinue.
3. 3. Antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la fente (15) est configurée de sorte que le rapport entre sa longueur et sa largeur est supérieur à 5, voire supérieur 10. 25
4. 4. Antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le plan de masse (11), le toit capacitif (12), la sonde d'alimentation (13), ledit au moins un élément électriquementconducteur de court-circuit (14) et ladite au moins une fente (15) sont paramétrés de sorte que l'antenne fil-plaque (10) présente un premier mode de résonance de type fil-plaque et un deuxième mode de résonance de fente respectivement à des première (f3, f9) et deuxième (f4, f10) fréquences de résonance distinctes, lesdites première et deuxième fréquences de résonance étant adaptées de sorte que l'antenne fil-plaque (10) présente une bande passante de fréquence de fonctionnement unique et continue.
5. 5. Antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la fente (15) est configurée de sorte à présenter une longueur électrique équivalente égale à la moitié de la longueur d'onde associée à ladite deuxième fréquence de résonance (f4) de l'antenne fil-plaque (10), ladite fente (15) étant fermée à ses extrémités.
6. 6. Antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la fente (15) est configurée de sorte à présenter une longueur électrique équivalente égale au quart de la longueur d'onde associée à ladite deuxième fréquence de résonance (f10) de l'antenne fil-plaque (10), ladite fente (15) étant ouverte au niveau d'au moins l'une de ses extrémités en débouchant sur l'un des bords périphériques du toit capacitif (12).
7. 7. Antenne fil-plaque (10) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la fente (15) comprend des composants discrets, tels que des éléments capacitifs, placés le long de la fente (15) pour ajuster la longueur électrique équivalente.
8. 8. Antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un autre fil électriquement conducteur de court-circuit (14) dont le point de connexion (M2) au toit capacitif (12) est situé du même côté ou du côté opposé, par rapport à la fente (15), que le point de connexion (M1) entre le toit capacitif (12) et la sonde d'alimentation (13).
9. 9. Antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la sonde d'alimentation (13) part d'un point du plan de masse (11) puis se divise pour venir se connecter au toit capacitif (12) en plusieurs points de connexion distincts.
10. 10. Antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la fente (15) forme un angle non nul, notamment compris entre 45° et 90°, avec la directbn reliant le point de connexion (M1) entre le toit capacitif (12) et la sonde d'alimentation (13) et le point de connexion (M2) entre le toit capacitif (12) et le fil électriquement conducteur de court-circuit (14).
11. 11. Antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le fil électriquement conducteur de court-circuit (14) et la sonde d'alimentation (13) sont formés sur un même substrat placé perpendiculairement au plan de masse (11) et au toit capacitif (12).
12. 12. Dispositif de géolocalisation d'un objet, notamment d'un véhicule, comprenant au moins une antenne fil-plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 configurée de sorte à transmettre à un serveur 25 distant, via un système de communication, par exemple de type GSM, lesdifférentes positions du dispositif grâce à une association avec un système de géolocalisation, par exemple de type G PS.