FR3086106A1 - VARIABLE BAND REJECTION ANTENNA - Google Patents
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Abstract
Une antenne (100) émet un rayonnement à partir d'au moins une onde électromagnétique progressive qui se propage le long d'un trajet de guidage formant une ligne de transmission dédiée à l'onde progressive. Un rayonnement de fréquence déterminée est principalement émis à partir d'une zone restreinte de l'antenne, appelée zone radiative (ZR1, ZR2) pour cette fréquence. L'antenne est conçue pour rejeter au moins une bande de fréquence à l'aide d'au moins un résonateur (1311, 1312, 1321, 1322) qui est couplé à l'antenne dans une des zones radiatives. L'antenne comprend en outre un système de couplage variable (14) pour varier un couplage entre le résonateur et la zone radiative à laquelle ledit résonateur est couplé, ou pour varier une fréquence de résonance du résonateur, en fonction d'un signal de contrôle de réjection de bande.An antenna (100) emits radiation from at least one progressive electromagnetic wave which propagates along a guide path forming a transmission line dedicated to the progressive wave. Radiation with a determined frequency is mainly emitted from a restricted area of the antenna, called the radiative area (ZR1, ZR2) for this frequency. The antenna is designed to reject at least one frequency band using at least one resonator (1311, 1312, 1321, 1322) which is coupled to the antenna in one of the radiative zones. The antenna further comprises a variable coupling system (14) for varying a coupling between the resonator and the radiative zone to which said resonator is coupled, or for varying a resonant frequency of the resonator, as a function of a control signal rejection tape.
Description
ANTENNE A REJECTION DE BANDE VARIABLEVARIABLE BAND REJECTION ANTENNA
La présente invention concerne de manière générale les antennes radioélectriques adaptées pour émettre et/ou recevoir des ondes électromagnétiques, notamment dans les domaines des télécommunications ou des radars.The present invention relates generally to radio antennas suitable for transmitting and / or receiving electromagnetic waves, in particular in the fields of telecommunications or radars.
Elle concerne en particulier la réalisation d’antennes de type «ultralarge bande», ou UWB pour «Ultra-Wide Band» en anglais. De façon connue, une antenne UWB émet un rayonnement de fréquence déterminée principalement à partir d’une zone restreinte de cette antenne, qui est appelée zone radiative pour la fréquence considérée. Cette zone radiative varie en fonction de la fréquence du rayonnement émis, et donc en fonction de la fréquence de chaque composante spectrale d’un signal électrique d’alimentation de l’antenne.It relates in particular to the creation of antennas of the “ultra-wide band” type, or UWB for “Ultra-Wide Band” in English. In known manner, a UWB antenna emits radiation of frequency determined mainly from a restricted area of this antenna, which is called a radiative area for the frequency considered. This radiative zone varies as a function of the frequency of the radiation emitted, and therefore as a function of the frequency of each spectral component of an electrical signal for feeding the antenna.
L’invention concerne plus particulièrement une antenne reconfigurable en fréquence. De façon connue, on distingue usuellement deux types d’antennes reconfigurables, en fonction du type de variation de leurs caractéristiques fréquentielles d’émission et/ou de réception : les antennes commutables et les antennes accordables. Pour une antenne commutable, le système de commande permet seulement quelques états discrets de fonctionnement, mettant en œuvre un nombre fini de fréquences utiles dans la bande de reconfiguration de l’antenne. En revanche, pour une antenne accordable, le système de commande permet une variation continue de la fréquence d’émission et/ou de réception de l’antenne ou de ses caractéristiques fréquentielles d’émission/réception.The invention relates more particularly to a frequency reconfigurable antenna. In known manner, there are usually two types of reconfigurable antennas, depending on the type of variation of their frequency characteristics of transmission and / or reception: switchable antennas and tunable antennas. For a switchable antenna, the control system allows only a few discrete operating states, implementing a finite number of useful frequencies in the antenna reconfiguration band. On the other hand, for a tunable antenna, the control system allows a continuous variation of the emission and / or reception frequency of the antenna or of its frequency characteristics of emission / reception.
Plus précisément, une antenne telle que considérée dans la présente description comprend au moins un trajet de guidage d’une onde électromagnétique progressive, à partir d’une entrée d’alimentation électrique à laquelle est appliqué le signal d’alimentation de l’antenne. Les zones radiatives qui sont associées à des valeurs différentes de la fréquence du rayonnement émis sont réparties le long du trajet de guidage de l’onde progressive, en fonction de la forme de ce trajet. Dans toute la suite, on désignera par «rayonnement» la radiation électromagnétique qui est émise par l’antenne et qui se propage librement dans l’espace à l’extérieur de 5 l’antenne, dans un but de transmission de signal à grande distance. Par opposition, on désignera par «onde progressive» l’onde électromagnétique qui se propage le long du trajet de guidage de l’antenne, en étant confinée dans ce trajet. On appellera alors «longueur d’onde effective» de cette onde progressive, sa période spatiale le long du trajet de guidage, compte tenu de 10 la constitution de l’antenne, des paramètres électriques et diélectriques des matériaux qui la constituent, et de la présence éventuelle d’une plaque métallique de réflexion qui est destinée à limiter le champ d’émission de l’antenne à un demi-espace, d’angle solide 2π stéradians. De façon connue, une telle antenne peut être reconfigurable en fréquence, notamment pour 15 qu’il soit possible d’ajuster ses caractéristiques fréquentielles d’émission conformément à une norme apparue après que l’antenne a été fabriquée.More specifically, an antenna as considered in the present description comprises at least one path for guiding a progressive electromagnetic wave, from an electrical power input to which the antenna power signal is applied. The radiative zones which are associated with different values of the frequency of the emitted radiation are distributed along the guide path of the traveling wave, according to the shape of this path. In the following, "radiation" will denote the electromagnetic radiation which is emitted by the antenna and which propagates freely in the space outside the antenna, for the purpose of long-range signal transmission. . In contrast, the term “traveling wave” designates the electromagnetic wave which propagates along the guide path of the antenna, while being confined in this path. The “effective wavelength” of this progressive wave will then be called its spatial period along the guide path, taking into account the constitution of the antenna, the electrical and dielectric parameters of the materials which constitute it, and the possible presence of a metallic reflection plate which is intended to limit the emission field of the antenna to a half-space, of solid angle 2π steradians. In known manner, such an antenna can be reconfigurable in frequency, in particular so that it is possible to adjust its frequency characteristics of emission in accordance with a standard appeared after the antenna has been manufactured.
Toutefois, les antennes reconfigurables de type UWB telles que connues avant la présente invention sont d’une grande complexité de conception, et provoquent un encombrement important 20 Par ailleurs, l’article intitulé «Band-Notched UWB Equiangular SpiralHowever, reconfigurable antennas type UWB as known before the present invention are of great design complexity, and cause significant congestion 20 Furthermore, the article "Band-Notched UWB equiangular spiral
Antenna», de Jae H. Jeon et al., propose une antenne en spirale qui est configurée pour supprimer une fréquence de rayonnement dans la bande d utilisation de l’antenne. Pour cela, l’antenne est munie de structures résonantes, appelées résonateurs, qui fonctionnent comme des micro-filtres 25 coupe-bande, ou micro-filtres réjecteurs de bande. Ces résonateurs sont disposés sur la face inférieure d’un substrat qui porte la structure formant trajet de guidage pour l’onde progressive. Ils sont constitués par des segments conducteurs courbes disposés au voisinage du trajet de guidage, lui-même en spirale, dans la zone radiative qui correspond à la fréquence du 30 rayonnement à supprimer, et s’étendent vers l’amont par rapport au sens de propagation de l’onde progressive, c’est-à-dire en direction de l’entrée d’alimentation en signal électrique de l’antenne. Cette solution n’est toutefois pas adaptée pour des applications qui requièrent des antennes reconfigurables en fréquence. Autrement dit, les antennes qui sont décrites dans cet article ne permettent pas de contrôler à la demande la bande fréquentielle d’émission, ni de concentrer l’efficacité de chaque antenne à l’intérieur d’une bande fréquentielle limitée, à la demande de l’utilisateur en fonction de chaque application.Antenna ", by Jae H. Jeon et al., Provides a spiral antenna which is configured to suppress a frequency of radiation in the antenna use band. For this, the antenna is provided with resonant structures, called resonators, which function as band-cut micro-filters, or band-rejecting micro-filters. These resonators are arranged on the underside of a substrate which carries the structure forming a guide path for the traveling wave. They consist of curved conductive segments arranged in the vicinity of the guide path, itself in a spiral, in the radiative zone which corresponds to the frequency of the radiation to be deleted, and extend upstream relative to the direction of propagation of the progressive wave, that is to say in the direction of the electrical signal supply input of the antenna. This solution is however not suitable for applications which require frequency reconfigurable antennas. In other words, the antennas which are described in this article do not make it possible to control on demand the frequency band of emission, nor to concentrate the efficiency of each antenna within a limited frequency band, at the request of the user according to each application.
A partir de cette situation, un but de l’invention consiste à fournir une antenne reconfigurable, c’est-à-dire une antenne dont on puisse restreindre à la demande la bande fréquentielle de transmission, cette bande devenant alors contrôlable à volonté et réversiblement.Starting from this situation, an object of the invention consists in providing a reconfigurable antenna, that is to say an antenna whose frequency band of transmission can be restricted on demand, this band then becoming controllable at will and reversibly .
Pour atteindre ce but ou d’autres, l’invention propose une antenne pour émettre un rayonnement à partir d’au moins une onde électromagnétique progressive. En particulier, cette antenne peut être du type ultra-large bande. L’onde progressive se propage le long d’un trajet de guidage qui est déterminé par une structure de l’antenne, ce trajet de guidage formant une ligne de transmission dédiée à l’onde progressive. Un transfert d’énergie de l’onde progressive au rayonnement a une efficacité qui est maximale dans au moins une portion du trajet de guidage, appelée zone radiative, par rapport à au moins une autre portion du trajet de guidage qui est disjointe de la zone radiative. Au sens de l’invention, on entend par portions du trajet de guidage qui sont disjointes des portions qui n’ont pas de recouvrement entre elles. La zone radiative varie à l’intérieur du trajet de guidage en fonction de la fréquence du rayonnement, si bien que l’antenne est structurée de sorte que la zone radiative qui est associée à une première valeur de la fréquence soit disjointe de la zone radiative qui est associée à au moins une seconde valeur de la fréquence.To achieve this or other objects, the invention provides an antenna for emitting radiation from at least one progressive electromagnetic wave. In particular, this antenna can be of the ultra-wide band type. The progressive wave propagates along a guide path which is determined by an antenna structure, this guide path forming a transmission line dedicated to the progressive wave. An energy transfer from the progressive wave to radiation has an efficiency which is maximum in at least a portion of the guide path, called the radiative zone, compared to at least another portion of the guide path which is disjoined from the zone. radiative. Within the meaning of the invention, the term “portions of the guide path” which are separated from the portions which have no overlap between them. The radiative zone varies within the guide path as a function of the frequency of the radiation, so that the antenna is structured so that the radiative zone which is associated with a first value of the frequency is disjoined from the radiative zone which is associated with at least a second frequency value.
En outre, cette antenne comprend au moins un résonateur qui est couplé au trajet de guidage pour l’onde progressive dans une de ses zones radiatives. Ce résonateur est conçu pour avoir une valeur de fréquence de résonance comprise entre 0,4 et 1,6 fois la fréquence de rayonnement qui est associée à la zone radiative dans laquelle il est couplé au trajet de guidage. Ainsi, la valeur de la fréquence de résonance du résonateur peut être en dehors de l’intervalle compris entre 0,4 et 1,6 fois la fréquence de rayonnement qui correspond à au moins une autre zone radiative de 5 l’antenne. Le résonateur provoque, lorsqu’il est actif, une réduction d’efficacité de transmission de l’antenne pour la fréquence de résonance de ce résonateur, par rapport à une émission par l’antenne en l’absence du résonateur.In addition, this antenna comprises at least one resonator which is coupled to the guide path for the traveling wave in one of its radiative zones. This resonator is designed to have a resonant frequency value of between 0.4 and 1.6 times the radiation frequency which is associated with the radiative zone in which it is coupled to the guide path. Thus, the value of the resonant frequency of the resonator can be outside the range of between 0.4 and 1.6 times the radiation frequency which corresponds to at least one other radiative zone of the antenna. The resonator causes, when it is active, a reduction in antenna transmission efficiency for the resonant frequency of this resonator, compared to an emission by the antenna in the absence of the resonator.
Une antenne qui est conforme à l’invention peut présenter un faible 10 encombrement, car le résonateur est intégré dans cette antenne.An antenna which is in accordance with the invention may have a small footprint, since the resonator is integrated in this antenna.
En outre, l’antenne de l’invention comprend un système de couplage variable, qui possède une entrée de commande et qui est agencé pour varier un couplage effectif pour l’onde progressive entre le résonateur et la zone radiative dans laquelle il est couplé au trajet de guidage, ou pour varier la 15 fréquence de résonance du résonateur, en fonction d’un signal de contrôle de réjection de bande qui est appliqué à l’entrée de commande de ce système de couplage variable.In addition, the antenna of the invention comprises a variable coupling system, which has a control input and which is arranged to vary an effective coupling for the traveling wave between the resonator and the radiative zone in which it is coupled to the guide path, or to vary the resonant frequency of the resonator, as a function of a band rejection control signal which is applied to the control input of this variable coupling system.
Préférablement, le résonateur peut être décalé le long du trajet de guidage dans un sens opposé à la propagation de l’onde progressive, par 20 rapport à la zone radiative qui correspond à la fréquence de résonance du résonateur. Ainsi, le résonateur provoque, lorsqu’il est actif, une réduction qui est supérieure de l’efficacité de transmission de l’antenne à la fréquence de résonance du résonateur, par rapport à un cas où le résonateur ne serait couplé au trajet de guidage que dans la zone radiative qui correspond à sa 25 fréquence de résonance, ôu en aval de celle-ci par rapport au sens de propagation de l’onde progressive. En effet, la composante de l’émission à la fréquence du résonateur est ainsi absorbée avant ou juste avant qu’elle atteigne la zone radiative qui correspond à cette fréquence.Preferably, the resonator can be offset along the guide path in a direction opposite to the propagation of the progressive wave, relative to the radiative zone which corresponds to the resonant frequency of the resonator. Thus, the resonator causes, when it is active, a reduction which is greater in the transmission efficiency of the antenna at the resonant frequency of the resonator, compared to a case where the resonator is not coupled to the guide path only in the radiative zone which corresponds to its resonant frequency, or downstream thereof with respect to the direction of propagation of the progressive wave. Indeed, the component of the emission at the frequency of the resonator is thus absorbed before or just before it reaches the radiative zone which corresponds to this frequency.
Pour obtenir une antenne commutable, le système de couplage 30 variable peut comprendre un commutateur à deux états, respectivement un état de connexion électrique et un état d’isolation électrique. En particulier, un tel commutateur peut être en forme de micro-système électromécanique.To obtain a switchable antenna, the variable coupling system 30 can comprise a two-state switch, respectively an electrical connection state and an electrical isolation state. In particular, such a switch can be in the form of an electromechanical micro-system.
Alternativement, pour obtenir une antenne accordable, le système de couplage variable peut comprendre un système à variation continue de couplage, notamment un système à capacité variable.Alternatively, to obtain a tunable antenna, the variable coupling system can include a continuously variable coupling system, in particular a variable capacity system.
Le trajet de guidage peut comprendre au moins une partie de trajet en segment de spirale à plusieurs tours. Alors, la zone radiative qui est associée à une valeur de fréquence du rayonnement comprend un cercle qui est concentrique avec la spirale, et dont la longueur de périmètre est égale à un multiple de la longueur d’onde effective de l’onde progressive qui se propage le long de la partie de trajet en segment de spirale et qui possède la valeur considérée de fréquence du rayonnement.The guide path may include at least a portion of a spiral segment path with multiple turns. Then, the radiative zone which is associated with a frequency value of the radiation comprises a circle which is concentric with the spiral, and whose perimeter length is equal to a multiple of the effective wavelength of the progressive wave which is propagates along the part of the path in a spiral segment and which has the considered value of frequency of the radiation.
De préférence, le segment de spirale de l’antenne peut être un segment de spirale d’Archimède. Mais l’Homme du métier pourra alternativement envisager une antenne en forme d’une spirale de type sinueuse, composée de segments de spirales connectés en zigzags, ou en forme d’une spirale équi-angulaire dont l’équation en coordonnées polaires bidimensionnelles est de la forme γ(Θ) = ro exp(a-0), où r et Θ sont respectivement la coordonnée radiale et la coordonnée angulaire, ro est un facteur d’échelle de la spirale, et a est un taux d’accroissement radial en fonction de l’angle Θ. Alternativement encore, le segment de spirale d’une antenne conforme à l’invention peut être à courbure continue ou en forme de ligne brisée repliée autour d’elle-même.Preferably, the spiral segment of the antenna can be an Archimedes spiral segment. However, a person skilled in the art may alternatively envisage an antenna in the form of a spiral of the sinuous type, composed of segments of spirals connected in zigzags, or in the form of an equi-angular spiral whose equation in two-dimensional polar coordinates is the form γ (Θ) = r o exp (a-0), where r and Θ are the radial coordinate and the angular coordinate respectively, ro is a scale factor of the spiral, and a is a rate of radial increase as a function of the angle Θ. Alternatively again, the spiral segment of an antenna according to the invention can be of continuous curvature or in the form of a broken line folded around itself.
Eventuellement, en fonction de contraintes d’encombrement et/ou de couplage avec le segment de spirale, le résonateur peut présenter une forme allongée qui possède une courbure différente de celle du segment de spirale auquel il est couplé et à l’endroit de ce couplage.Optionally, depending on space and / or coupling constraints with the spiral segment, the resonator may have an elongated shape which has a curvature different from that of the spiral segment to which it is coupled and at the location of this coupling. .
Dans des premiers modes de réalisation possibles pour l’invention, le résonateur peut être de type segment de fente formé dans une surface métallique. Dans ce cas, le système de couplage variable peut être disposé pour relier électriquement de façon variable deux bords opposés de la fente.In first possible embodiments for the invention, the resonator can be of the slot segment type formed in a metal surface. In this case, the variable coupling system can be arranged to electrically connect two opposite edges of the slot in a variable manner.
Dans d’autres modes de réalisation possibles pour l’invention, le résonateur peut être de type ruban métallique. Alors, le système de couplage variable peut être disposé pour relier électriquement de façon variable une extrémité d’un ruban métallique faisant partie du résonateur au trajet de guidage ou à une portion de masse électrique de l’antenne, ou pour relier électriquement de façon variable deux segments de ruban métallique qui forment des parties différentes du résonateur.In other possible embodiments for the invention, the resonator can be of the metallic ribbon type. Then, the variable coupling system can be arranged to electrically variably connect one end of a metallic strip forming part of the resonator to the guide path or to a portion of electrical ground of the antenna, or to electrically variably connect two segments of metallic tape which form different parts of the resonator.
Plus généralement, une antenne conforme à l’invention peut comprendre plusieurs résonateurs couplés au trajet de guidage, chacun dans une zone radiative différente de la zone radiative qui contient au moins un autre des résonateurs. Chaque résonateur peut alors être conçu pour avoir une valeur de fréquence de résonance qui est comprise entre 0,4 et 1,6 fois la fréquence du rayonnement associée à la zone radiative de ce résonateur. Comme précédemment, chaque résonateur peut avantageusement être décalé le long du trajet de guidage dans un sens opposé à la propagation de l’onde progressive, par rapport à la zone radiative qui correspond à la fréquence de résonance de ce résonateur. Pour une telle configuration à plusieurs résonateurs, chaque résonateur est couplé à la zone radiative correspondante par un système de couplage variable séparé. Ainsi, le couplage entre l’un des résonateurs et la zone radiative correspondante est variable en fonction d’un signal de contrôle de réjection de bande qui est appliqué à l’entrée de commande du système de couplage variable correspondant, indépendamment du couplage de chaque autre résonateur. Alternativement ou en combinaison, l’un des résonateurs peut être combiné avec un système de couplage variable séparé de sorte que la fréquence de résonance de ce résonateur varie en fonction d’un signal de contrôle de réjection de bande qui est appliqué à l’entrée de commande de son système de couplage variable, aussi indépendamment du couplage de chaque autre résonateur.More generally, an antenna according to the invention may comprise several resonators coupled to the guide path, each in a radiative zone different from the radiative zone which contains at least one other of the resonators. Each resonator can then be designed to have a resonant frequency value which is between 0.4 and 1.6 times the frequency of the radiation associated with the radiative zone of this resonator. As before, each resonator can advantageously be offset along the guide path in a direction opposite to the propagation of the progressive wave, relative to the radiative zone which corresponds to the resonant frequency of this resonator. For such a configuration with several resonators, each resonator is coupled to the corresponding radiative zone by a separate variable coupling system. Thus, the coupling between one of the resonators and the corresponding radiative zone is variable as a function of a band rejection control signal which is applied to the control input of the corresponding variable coupling system, independently of the coupling of each another resonator. Alternatively or in combination, one of the resonators can be combined with a separate variable coupling system so that the resonant frequency of this resonator varies according to a band rejection control signal which is applied to the input control of its variable coupling system, also independently of the coupling of each other resonator.
L’antenne de l’invention peut avoir une configuration d’antenne-brin, mais de façon préférentielle, elle peut posséder une configuration d’antennefente qui est formée dans une première surface métallique. Dans ce dernier cas, l’antenne peut comprendre en outre une seconde surface métallique qui 5 est parallèle à la première surface métallique. Cette seconde surface métallique est isolée électriquement de la première surface métallique, et est disposée à proximité de celle-ci. Ainsi, l’antenne émet un rayonnement limitativement avec un sens d’émission qui est orienté de la seconde surface métallique vers la première surface métallique.The antenna of the invention may have a strand antenna configuration, but preferably it may have a slot antenna configuration which is formed in a first metal surface. In the latter case, the antenna may further comprise a second metallic surface which is parallel to the first metallic surface. This second metallic surface is electrically insulated from the first metallic surface, and is arranged in the vicinity thereof. Thus, the antenna emits radiation limitingly with a direction of emission which is oriented from the second metallic surface to the first metallic surface.
Enfin, et de façon générale, une antenne conforme à l’invention peut être adaptée pour un fonctionnement d’émission de rayonnement, ou de réception.Finally, and in general, an antenna in accordance with the invention can be adapted for radiation emission or reception operation.
D autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :Other particularities and advantages of the present invention will appear in the description below of nonlimiting exemplary embodiments, with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue en perspective d’une antenne qui est conforme à l’invention ;- Figure 1 is a perspective view of an antenna which is in accordance with the invention;
- les figures 2a-2d sont des vues détaillées en plan de portions d’antennes conformes à l’invention, et munies de résonateurs selon 20 quatre modes différents de réalisation ;- Figures 2a-2d are detailed plan views of antenna portions according to the invention, and provided with resonators according to four different embodiments;
- la figure 3a est une vue en plan d’une antenne qui est conforme à l’invention et qui est munie de résonateurs selon une variante du mode de réalisation de la figure 2d ; et- Figure 3a is a plan view of an antenna which is in accordance with the invention and which is provided with resonators according to a variant of the embodiment of Figure 2d; and
- la figure 3b est un diagramme qui illustre les variations fréquentielles d’un coefficient de réflexion de l’antenne de la figure 3a, pour deux états d’un système de commande de l’antenne.- Figure 3b is a diagram which illustrates the frequency variations of a reflection coefficient of the antenna of Figure 3a, for two states of an antenna control system.
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans les figures 1, 2a-2d et 3a ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans deux figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des.fonctions identiques.For clarity, the dimensions of the elements which are represented in FIGS. 1, 2a-2d and 3a do not correspond either to actual dimensions or to ratios of actual dimensions. In addition, identical references which are indicated in two different figures designate identical elements or which have identical functions.
Pour raison de clarté aussi, la description est présentée pour des antennes d’émission, mais elle s’applique identiquement à des antennes de réception.For clarity, too, the description is presented for transmit antennas, but it applies identically to receive antennas.
Conformément à la figure 1, une antenne 100 qui est conforme à l’invention est formée dans une première surface métallique, par exemple dans une plaque métallique 10. Elle est constituée par des segments de fente en spirales, qui sont ménagés à travers la plaque 10 et disposés les uns par rapport aux autres pour constituer une antenne du type ultra-large bande. L’antenne 100 peut comprendre plusieurs segments de spirales identiques qui s’étendent chacun à partir d’une entrée E d’alimentation de l’antenne en signal électrique. Telle qu’illustrée, l’antenne 100 comprend deux segments de spirales 11 et 12 chacun à plusieurs tours, qui sont destinés à être alimentés par des courants électriques opposés ou identiques à l’entrée d’alimentation E, selon le mode de rayonnement qui est désiré. L’entrée d’alimentation E est située au point de départ de chaque segment de spirale 11, 12, et les deux segments de spirales 11 et 12 coupent en alternance des directions radiales centrifuges qui sont issues de l’emplacement de l’entrée d’alimentation E. Dans la suite de la présente description, on supposera que l’antenne 100 ne comporte que deux segments de spirales, mais il est entendu qu’elle peut en comporter un nombre quelconque : un seul, trois, quatre, etc. Les flèches OP qui sont portées dans la figure 1 indique le sens de propagation de l’onde progressive guidée le long de chaque bras de spirale 11, 12.In accordance with FIG. 1, an antenna 100 which is in accordance with the invention is formed in a first metal surface, for example in a metal plate 10. It is constituted by spiral slot segments, which are formed through the plate 10 and arranged relative to each other to constitute an antenna of the ultra-wide band type. The antenna 100 can comprise several identical segments of spirals which each extend from an input E supplying the antenna with an electrical signal. As illustrated, the antenna 100 comprises two segments of spirals 11 and 12 each with several turns, which are intended to be supplied by electric currents opposite or identical to the supply input E, depending on the radiation mode which is desired. The feed inlet E is located at the starting point of each spiral segment 11, 12, and the two spiral segments 11 and 12 alternately intersect centrifugal radial directions which originate from the location of the inlet d 'feed E. In the rest of this description, it will be assumed that the antenna 100 has only two segments of spirals, but it is understood that it can include any number: one, three, four, etc. The arrows OP which are shown in FIG. 1 indicate the direction of propagation of the progressive wave guided along each spiral arm 11, 12.
Ainsi, chaque segment de spirale 11, 12 constitue un trajet de guidage pour une onde électromagnétique progressive. Dans le jargon de l’Homme du métier, il forme une ligne de transmission servant de support à la propagation de l’onde électromagnétique progressive. Une telle antenne 100 produit un couplage entre les ondes électromagnétiques progressives OP qui sont guidées dans les segments de spirales 11 et 12 et un rayonnement électromagnétique externe à l’antenne 100. Ce couplage, ou transfert d’énergie de l’onde progressive au rayonnement, est maximal dans au moins une portion du trajet de guidage, appelée zone radiative. Pour la géométrie en spirale de l’antenne 100, cette zone radiative a la forme d’un cercle qui est concentrique avec la spirale, et dont la longueur de périmètre est égale à n · Ag, où Ag est la longueur d’onde effective de l’onde progressive guidée OP, et n est un nombre entier non-nul. Une telle zone radiative varie donc à I intérieur de l’antenne 100 en fonction de la fréquence du rayonnement. Ainsi, deux zones radiatives ZR1 et ZR2, chacune en forme d’un cercle qui est centré sur l’entrée d’alimentation E mais avec des diamètres respectifs qui sont différents, correspondent à des valeurs différentes pour la fréquence du rayonnement émis.Thus, each spiral segment 11, 12 constitutes a guide path for a progressive electromagnetic wave. In the jargon of a person skilled in the art, it forms a transmission line serving as a support for the propagation of the progressive electromagnetic wave. Such an antenna 100 produces a coupling between the progressive electromagnetic waves OP which are guided in the segments of spirals 11 and 12 and an electromagnetic radiation external to the antenna 100. This coupling, or transfer of energy from the progressive wave to the radiation , is maximum in at least a portion of the guide path, called the radiative zone. For the spiral geometry of the antenna 100, this radiative zone has the shape of a circle which is concentric with the spiral, and whose perimeter length is equal to n · A g , where Ag is the wavelength effective of the guided progressive wave OP, and n is a non-zero integer. Such a radiative zone therefore varies inside I of the antenna 100 as a function of the frequency of the radiation. Thus, two radiative zones ZR1 and ZR2, each in the form of a circle which is centered on the supply inlet E but with respective diameters which are different, correspond to different values for the frequency of the radiation emitted.
L’antenne 100 telle que représentée dans la figure 1 à titre d’exemple comprend quatre résonateurs : le résonateur 13n qui est couplé au bras de spirale 11 dans la zone radiative ZR1, le résonateur 13i2 qui est couplé au bras de spirale 12 dans la zone radiative ZR1, le résonateur 1321 qui est couplé au bras de spirale 11 dans la zone radiative ZR2, et le résonateur 1322 qui est couplé au bras de spirale 12 dans la zone radiative ZR2. Les résonateurs 13-n et 1 3-i2 sont disposés symétriquement par rapport à l’entrée d’alimentation E, pour être effectif à une même fréquence pour le rayonnement émis. De même, les résonateurs 1 32i et 1322 sont aussi disposés symétriquement par rapport à l’entrée d’alimentation E, pour être effectif à une même autre fréquence du rayonnement émis. Chaque résonateur est connecté au bras de spirale correspondant dans la zone radiative concernée, mais peut être connecté de préférence un peu en amont de celle-ci le long du bras en spirale, en direction de l’entrée d’alimentation E. D’une façon générale pour l’invention, la fréquence de résonance de chaque résonateur est comprise entre 0,4 et 1,6 fois la fréquence du rayonnement qui est émis par l’antenne dans la zone radiative où ce résonateur est couplé à l’un des bras de spirales 11, 12.The antenna 100 as shown in FIG. 1 by way of example comprises four resonators: the resonator 13n which is coupled to the spiral arm 11 in the radiative zone ZR1, the resonator 13i2 which is coupled to the spiral arm 12 in the ZR1 radiative zone, the resonator 13 21 which is coupled to the spiral arm 11 in the ZR2 radiative zone, and the resonator 13 22 which is coupled to the spiral arm 12 in the ZR2 radiative zone. The resonators 13-n and 1 3-i 2 are arranged symmetrically with respect to the supply input E, to be effective at the same frequency for the radiation emitted. Similarly, the resonators 1 3 2 i and 13 22 are also arranged symmetrically with respect to the supply input E, to be effective at the same other frequency of the emitted radiation. Each resonator is connected to the corresponding spiral arm in the radiative zone concerned, but may preferably be connected a little upstream thereof along the spiral arm, in the direction of the supply inlet E. Of a generally for the invention, the resonance frequency of each resonator is between 0.4 and 1.6 times the frequency of the radiation which is emitted by the antenna in the radiative zone where this resonator is coupled to one of the spiral arms 11, 12.
Comme représenté dans la figure 1, chaque résonateur peut posséder une forme allongée, qui peut s’étendre à partir de son point de connexion au bras de spirale correspondant en direction de l’entrée d’alimentation E, le long du bras de spirale, éventuellement en s’écartant de ce bras de spirale à partir du point de connexion. De cette façon, le couplage entre le résonateur et le bras de spirale peut se produire aussi partiellement en amont de l’endroit de la connexion, en plus du couplage par la connexion elle-même.As shown in FIG. 1, each resonator can have an elongated shape, which can extend from its point of connection to the corresponding spiral arm in the direction of the supply inlet E, along the spiral arm, possibly by moving away from this spiral arm from the connection point. In this way, the coupling between the resonator and the spiral arm can also occur partially upstream of the location of the connection, in addition to the coupling by the connection itself.
Selon l’invention, chaque résonateur est associé à un système de couplage variable, qui est agencé pour varier le couplage entre ce résonateur et le bras de spirale 11, 12 auquel il est connecté. Alternativement, le système de couplage variable d’un résonateur peut être agencé pour modifier sa fréquence de résonance.According to the invention, each resonator is associated with a variable coupling system, which is arranged to vary the coupling between this resonator and the spiral arm 11, 12 to which it is connected. Alternatively, the variable coupling system of a resonator can be arranged to modify its resonant frequency.
De façon générale, le signal de commande qui est appliqué au système de couplage variable d’un résonateur peut contrôler en tout-ou-rien ou de façon progressive la rejection de la bande de résonance de ce résonateur en tant que partie effective à l’intérieur de la bande d’utilisation de l’antenne 100. Pour cette raison, ce signal a été appelé signal de contrôle de réjection de bande dans la partie générale de la présente description.In general, the control signal which is applied to the variable coupling system of a resonator can control all-or-nothing or gradually the rejection of the resonance band of this resonator as an effective part to the inside the antenna use band 100. For this reason, this signal has been called band rejection control signal in the general part of the present description.
En augmentant le nombre de résonateurs le long de chaque segment de spirale 11 et 12, et en ajustant la fréquence de résonance de chacun d’eux par rapport à la distance entre son point de couplage au segment de spirale et l’entrée d’alimentation E, il est possible de mettre en place un ensemble de résonateurs qui offre un large choix de bandes de fréquence qui peuvent être rejetées à la demande à l’intérieur du domaine spectral de fonctionnement de l’antenne 100. Pour cela, chaque résonateur est associé individuellement à un système de couplage variable, et tous les systèmes de couplage variable qui sont mis en oeuvre dans l’antenne peuvent être contrôlés soit séparément les uns des autres, soit d’une façon qui est coordonnée entre plusieurs d’entre eux au moins.By increasing the number of resonators along each spiral segment 11 and 12, and adjusting the resonant frequency of each of them relative to the distance between its point of coupling to the spiral segment and the power input E, it is possible to set up a set of resonators which offers a wide choice of frequency bands which can be rejected on demand inside the spectral operating range of the antenna 100. For this, each resonator is individually associated with a variable coupling system, and all the variable coupling systems which are implemented in the antenna can be controlled either separately from each other, or in a way which is coordinated between several of them at less.
On décrit maintenant en détail plusieurs modes de réalisation possibles pour chaque résonateur et son système de couplage variable, en référence aux figures 2a-2d. Dans ces figures, la référence 13 désigne le résonateur de façon générique, pouvant d’être l’un des résonateurs 13n, 13-12, 1321 ou 1322 indiqués plus haut. La référence 14 désigne le système de couplage variable qui est combiné avec ce résonateur. Pour les modes de réalisation des figures 2a-2d et 3a, l’antenne 100 possède une configuration d’antenne-fente et est réalisée dans une surface métallisée de circuit imprimé, connu sous l’acronyme PCB pour «Printed Circuit Board» en anglais. Ainsi, chaque bras de spirale 11, 12 du trajet de guidage est une bande à l’intérieur de laquelle le métal de la surface métallisée a été retiré. Un tel mode de réalisation d’antenne-fente est connu de l’Homme du métier, si bien qu’il n’est pas nécessaire de le décrire plus en détail. Les figures 2a2d sont des vues en plan à partir du côté du PCB qui porte les segments de fente du trajet de guidage de l’onde progressive OP.Several possible embodiments are now described in detail for each resonator and its variable coupling system, with reference to FIGS. 2a-2d. In these figures, the reference 13 designates the resonator generically, which can be one of the resonators 13n, 13-12, 1321 or 1322 indicated above. Reference 14 designates the variable coupling system which is combined with this resonator. For the embodiments of FIGS. 2a-2d and 3a, the antenna 100 has a slot antenna configuration and is produced in a metallized surface of a printed circuit, known by the acronym PCB for “Printed Circuit Board” in English . Thus, each spiral arm 11, 12 of the guide path is a strip inside which the metal from the metallized surface has been removed. Such an embodiment of slot antenna is known to those skilled in the art, so that it is not necessary to describe it in more detail. Figures 2a2d are plan views from the side of the PCB which carries the slot segments of the guide path of the traveling wave OP.
Conformément à la figure 2a, le résonateur 13 peut être constitué par un segment de fente supplémentaire par rapport au bras de spirale 11 ou 12, et sa connexion à ce bras de spirale est constituée par un branchement d’ouverture de fente en T. Un tel mode de connexion correspond à un montage électrique en série du résonateur 13 par rapport au segment de spirale 11, 12 du trajet de guidage de l’onde progressive OP. Le segment de fente supplémentaire possède une longueur telle que le résonateur 13 soit du type quart d’onde. Autrement dit, la longueur du segment de fente supplémentaire qui constitue le résonateur 13 est égale ou sensiblement égale à un quart de la longueur d’onde effective Àg de l’onde progressive OP pour la fréquence d’émission qui correspond à la zone radiative où est connecté le résonateur 13, modulo Ag/2.In accordance with FIG. 2a, the resonator 13 can consist of an additional slot segment with respect to the spiral arm 11 or 12, and its connection to this spiral arm consists of a T-slot opening connection. A such a connection mode corresponds to an electrical mounting in series of the resonator 13 with respect to the spiral segment 11, 12 of the guide path of the traveling wave OP. The additional slot segment has a length such that the resonator 13 is of the quarter wave type. In other words, the length of the additional slit segment which constitutes the resonator 13 is equal to or substantially equal to a quarter of the effective wavelength λ g of the progressive wave OP for the emission frequency which corresponds to the radiative zone where the resonator 13, modulo A g / 2 is connected.
Le système de couplage variable 14 peut être un interrupteur qui est connecté aux deux bords de fente qui sont opposés au niveau du branchement du segment de fente supplémentaire qui constitue le résonateur 13 à la fente du bras de spirale 11, 12. Il peut être constitué par un composant discret qui est rapporté sur le PCB, par exemple par collage, et connecté aux deux bords de fente par les micro-fils métalliques soudés 16 et 17 («wire bonding» en anglais). En particulier, un tel interrupteur peut être réalisé sous forme de MEMS, pour «Micro-Electro-Mechanical System» en anglais. Une entrée de commande 15 permet de contrôler l’état d’ouverture ou de fermeture de l’interrupteur. Lorsque l’interrupteur est fermé, le résonateur 13 est désactivé, et n’a donc que peu ou pas d’effet sur l’efficacité d’émission de l’antenne 100. Lorsque l’interrupteur est ouvert, le résonateur 13 est activé, et absorbe au moins une partie des composantes de l’onde progressive OP dont les fréquences sont égales ou sensiblement égales à la fréquence de résonance du résonateur 13, ou sont proches de celle-ci à l’intérieur de la bande d’utilisation de l’antenne 100. Il en résulte une réjection d’une partie de la bande fréquentielle d’utilisation de l’antenne 100, qui correspond à l’intervalle spectral de résonance du résonateur 13. Un tel système de couplage variable 14 à interrupteur est adapté notamment pour une antenne de type commutable.The variable coupling system 14 can be a switch which is connected to the two slot edges which are opposite at the level of the connection of the additional slot segment which constitutes the resonator 13 to the slot of the spiral arm 11, 12. It can be constituted by a discrete component which is attached to the PCB, for example by gluing, and connected to the two slot edges by welded metal micro-wires 16 and 17 (“wire bonding” in English). In particular, such a switch can be produced in the form of MEMS, for “Micro-Electro-Mechanical System” in English. A control input 15 makes it possible to control the opening or closing state of the switch. When the switch is closed, the resonator 13 is deactivated, and therefore has little or no effect on the emission efficiency of the antenna 100. When the switch is open, the resonator 13 is activated , and absorbs at least part of the components of the progressive wave OP whose frequencies are equal to or substantially equal to the resonant frequency of the resonator 13, or are close to this inside the band of use of the antenna 100. This results in rejection of a part of the frequency band of use of the antenna 100, which corresponds to the spectral resonance interval of the resonator 13. Such a variable coupling system 14 with switch is particularly suitable for a switchable type antenna.
Alternativement, le système de couplage variable 14 peut être un composant à couplage progressif, notamment un composant à capacité variable, qui est connecté aux deux bords de fente qui sont opposés au niveau du branchement du segment de fente supplémentaire qui constitue le résonateur 13 à la fente du bras de spirale 11, 12. Il peut être constitué par une diode à capacité variable, appelée varicap ou varactor, encore sous forme d’un composant discret qui est collé sur le PCB et connecté par des micro-fils métalliques aux bords de fente. La commande d’un tel système de couplage variable 14 à varactor est réalisée par une tension électrique continue qui est appliquée entre les deux bornes du varactor. Un tel système de couplage variable 14 est adapté notamment pour une antenne de type accordable.Alternatively, the variable coupling system 14 can be a progressive coupling component, in particular a variable capacity component, which is connected to the two slot edges which are opposite at the level of the connection of the additional slot segment which constitutes the resonator 13 to the slot of the spiral arm 11, 12. It can be constituted by a variable capacity diode, called varicap or varactor, again in the form of a discrete component which is glued to the PCB and connected by metallic micro-wires to the edges of slot. The control of such a variable coupling system 14 with varactor is carried out by a direct electric voltage which is applied between the two terminals of the varactor. Such a variable coupling system 14 is suitable in particular for a tunable type antenna.
Dans le mode de réalisation de la figure 2b, le résonateur 13 peut être constitué par un segment de micro-ruban métallique, ou «métal microstrip» en anglais, qui est disposé sur la face du PCB opposée à celle qui est métallisée et dans laquelle sont formés les segments de fente du trajet de guidage de l’onde progressive OP. Le segment de micro-ruban métallique du résonateur 13 possède une longueur qui est égale ou sensiblement égale à Àg/4 modulo Ag/2, pour un résonateur qui est encore du type quart d’onde. Une extrémité proximale du segment de micro-ruban métallique qui forme le résonateur 13 peut être connectée électriquement à un des bords de la fente du bras de spirale 11, 12 par une liaison en série qui comprend un micro-fil métallique 18, le système de couplage variable 14, un autre micro-fil métallique 19 et un via métallique 20. Le système de couplage variable 14 peut encore être un composant discret qui est collé sur le PCB du côté de la surface métallisée dans laquelle sont formés les segments de fente du trajet de guidage de l’onde progressive OP. Le via métallique 20 traverse alors le substrat isolant du PCB en établissant un contact électrique avec le microruban métallique qui forme le résonateur 13. Le micro-fil métallique 18 est soudé sur un des bords de la fente qui forme le trajet de guidage de l’onde progressive OP. Comme précédemment, le système de couplage variable 14 peut être un interrupteur ou un composant à couplage progressif, notamment du type varactor. La commande du couplage variable entre le résonateur 13 et le bras de spirale 11, 12 est identique dans chaque cas à la description qui en a été fournie en relation avec la figure 2a.In the embodiment of FIG. 2b, the resonator 13 can be constituted by a segment of metallic microstrip, or “metal microstrip” in English, which is arranged on the face of the PCB opposite to that which is metallized and in which the slot segments of the guide path of the traveling wave OP are formed. The metal microstrip segment of the resonator 13 has a length which is equal to or substantially equal to λg / 4 modulo Ag / 2, for a resonator which is still of the quarter-wave type. A proximal end of the metal microstrip segment which forms the resonator 13 can be electrically connected to one of the edges of the slot of the spiral arm 11, 12 by a series connection which comprises a metallic microwire 18, the system of variable coupling 14, another metallic micro-wire 19 and a metallic via 20. The variable coupling system 14 can also be a discrete component which is bonded to the PCB on the side of the metallized surface in which the slot segments of the guide path of the progressive wave OP. The metallic via 20 then crosses the insulating substrate of the PCB by establishing electrical contact with the metallic microstrip which forms the resonator 13. The metallic microwire 18 is welded on one of the edges of the slot which forms the guide path of the progressive wave OP. As before, the variable coupling system 14 can be a switch or a component with progressive coupling, in particular of the varactor type. The control of the variable coupling between the resonator 13 and the spiral arm 11, 12 is identical in each case to the description which has been provided in connection with FIG. 2a.
Le mode de réalisation de la figure 2c correspond à une fonction de variation de la fréquence de résonance du résonateur 13. Il est décrit à titre d’exemple lorsque le résonateur 13 est encore réalisé par la technologie de micro-ruban métallique. Pour cela, le résonateur 13 peut être constitué de deux segments de micro-ruban 13a et 13b, qui peuvent être disposés sensiblement en alignement l’un par rapport à l’autre sur la face du PCB opposée à celle qui est métallisée et dans laquelle sont formés les segments de fente du trajet de guidage de l’onde progressive OP. Les deux segments 13a et 13b sont séparés par un intervalle intermédiaire G. Une extrémité proximale du segment de micro-ruban métallique 13a est connectée électriquement à un bord de la fente du bras de spirale 11, 12 par le via métallique 21 qui traverse le substrat isolant du PCB. L’extrémité distale du segment de micro-ruban métallique 13a, opposée à son extrémité proximale, est connectée électriquement à l’une des extrémités du segment de microruban métallique 13b par l’intermédiaire du système de couplage variable 14. Pour cela, ce dernier peut être connecté électriquement d’une part à l’extrémité distale du segment de micro-ruban métallique 13a par un micro-fil métallique 22, et d’autre part à l’extrémité du segment de micro-ruban métallique 13b par un autre micro-fil métallique 23. Le système de couplage variable 14 peut encore être un interrupteur ou un composant à couplage progressif. Ainsi, il peut permettre de varier la longueur effective du résonateur 13, en isolant le segment 13b du segment 13a ou en les couplant l’un à l’autre. Une variation de la fréquence de résonance du résonateur 13 en résulte.The embodiment of FIG. 2c corresponds to a function of variation of the resonant frequency of the resonator 13. It is described by way of example when the resonator 13 is still produced by the technology of metallic microstrip. For this, the resonator 13 can consist of two segments of microstrip 13a and 13b, which can be arranged substantially in alignment with one another on the face of the PCB opposite to that which is metallized and in which the slot segments of the guide path of the traveling wave OP are formed. The two segments 13a and 13b are separated by an intermediate interval G. A proximal end of the metal microstrip segment 13a is electrically connected to an edge of the slot of the spiral arm 11, 12 by the metal via 21 which passes through the substrate PCB insulator. The distal end of the metallic microstrip segment 13a, opposite its proximal end, is electrically connected to one of the ends of the metallic microstrip segment 13b via the variable coupling system 14. For this, the latter can be electrically connected on the one hand to the distal end of the metallic microstrip segment 13a by a metallic micro-wire 22, and on the other hand to the end of the metallic microstrip segment 13b by another microphone -metallic wire 23. The variable coupling system 14 can also be a switch or a component with progressive coupling. Thus, it can make it possible to vary the effective length of the resonator 13, by isolating the segment 13b from the segment 13a or by coupling them to one another. A variation in the resonant frequency of the resonator 13 results.
Un fonctionnement similaire à celui du mode de réalisation de la figure 2c peut être obtenu avec un résonateur 13 qui est constitué par un segment de fente supplémentaire comme dans le cas de la figure 2a, lorsque le système à couplage variable 14 est disposé à un endroit dans la longueur du segment de fente supplémentaire, à distance de la connexion du résonateur 13 au trajet de guidage de l’onde progressive OP. Le système à couplage variable 14 connecte alors électriquement de façon variable les deux bords opposés du segment de fente supplémentaire à cet endroit.An operation similar to that of the embodiment of FIG. 2c can be obtained with a resonator 13 which is constituted by an additional slot segment as in the case of FIG. 2a, when the variable coupling system 14 is placed at a location along the length of the additional slot segment, at a distance from the connection of the resonator 13 to the guide path of the traveling wave OP. The variable coupling system 14 then electrically variably connects the two opposite edges of the additional slot segment at this location.
Le mode de réalisation de la figure 2d correspond de nouveau à une fonction de réjection d’une partie de la bande fréquentielle d’utilisation de l’antenne 100, mais cette fonction est maintenant produite avec un résonateur 13 du type demi-onde. Par rapport au mode de réalisation de la figure 2b, le segment de micro-ruban métallique qui constitue le résonateur 13 possède maintenant une longueur égale ou sensiblement égale à un multiple de la moitié de la longueur d’onde effective Ag de l’onde progressive OP pour la fréquence d’émission qui correspond à la zone radiative où est connecté le résonateur 13. L’extrémité proximale de ce segment de microruban métallique est connectée électriquement à un bord de la fente du bras de spirale 11, 12 par le via métallique 21 qui traverse le substrat isolant du PCB. L’extrémité distale du segment de micro-ruban métallique, opposée à son extrémité proximale, est maintenant connectée électriquement à une partie métallique faisant fonction de masse électrique par l’intermédiaire du 5 système de couplage variable 14. Dans ces conditions, le résonateur 13 inhibe l’efficacité d’émission de l’antenne 100 dans sa bande de résonance, à l’intérieur de la bande fréquentielle d’utilisation de l’antenne 100, lorsque que le système de couplage variable 14 connecte électriquement l’extrémité distale du segment de micro-ruban métallique à la masse électrique.The embodiment of FIG. 2d again corresponds to a function of rejection of a part of the frequency band of use of the antenna 100, but this function is now produced with a resonator 13 of the half-wave type. Compared to the embodiment of FIG. 2b, the metal microstrip segment which constitutes the resonator 13 now has a length equal to or substantially equal to a multiple of half the effective wavelength A g of the wave progressive OP for the emission frequency which corresponds to the radiative zone where the resonator is connected 13. The proximal end of this segment of metallic microstrip is electrically connected to an edge of the slot of the spiral arm 11, 12 via the via metal 21 which passes through the insulating substrate of the PCB. The distal end of the metallic microstrip segment, opposite its proximal end, is now electrically connected to a metallic part acting as an electrical ground via the variable coupling system 14. Under these conditions, the resonator 13 inhibits the emission efficiency of the antenna 100 in its resonance band, inside the frequency band of use of the antenna 100, when the variable coupling system 14 electrically connects the distal end of the metallic micro-ribbon segment to electrical ground.
Inversement, le résonateur 13 n’a pas ou peu d’effet sur l’efficacité d’émission de l’antenne 100 lorsque que le système de couplage variable 14 isole électriquement l’extrémité distale du segment de micro-ruban métallique de la masse électrique. Pour un tel fonctionnement, le système de couplage variable 14 peut encore être un interrupteur ou un composant à couplage progressif. La masse électrique peut être formée par une partie de la surface métallisée du PCB dans laquelle sont formés les segments de fente du trajet de guidage de l’onde progressive OP, lorsque cette partie métallisée est située à distance de chaque segment de fente du trajet de guidage. Par exemple, le système de couplage variable 14 peut être relié d’une part à 20 l’extrémité distale du segment de micro-ruban métallique qui forme le résonateur 13 par un micro-fil métallique 22, et d’autre part à la partie de surface métallisée qui fait fonction de masse électrique par un autre micro-fil métallique 23, un raccord en micro-ruban métallique 24 et un autre via métallique 25 qui est disposé à travers le substrat isolant du PCB. Le via 25 métallique 25 établit ainsi un contact électrique avec une partie de la surface métallisée dans laquelle sont formés les segments de fente du trajet de guidage de l’onde progressive OP, et le raccord 24 est conçu pour que ce contact soit situé à distance de tous les segments de fente du trajet de guidage.Conversely, the resonator 13 has little or no effect on the emission efficiency of the antenna 100 when the variable coupling system 14 electrically isolates the distal end of the metallic micro-ribbon segment from the mass. electric. For such an operation, the variable coupling system 14 can also be a switch or a component with progressive coupling. The electrical mass can be formed by a part of the metallized surface of the PCB in which the slot segments of the guide path of the traveling wave OP are formed, when this metallized part is located at a distance from each slot segment of the path of guidance. For example, the variable coupling system 14 can be connected on the one hand to the distal end of the metal micro-ribbon segment which forms the resonator 13 by a metal micro-wire 22, and on the other hand to the part metallized surface which acts as an electrical ground by another metallic micro-wire 23, a metallic micro-ribbon connector 24 and another metallic via 25 which is disposed through the insulating substrate of the PCB. The metallic via 25 thus establishes an electrical contact with a part of the metallized surface in which the slot segments of the guide path of the traveling wave OP are formed, and the connector 24 is designed so that this contact is located at a distance. of all slot segments of the guide path.
La figure 3a représente une variante du mode de réalisation de la figure 2d, et est une vue en plan du PCB à partir du côté opposé à la surface métallisée dans laquelle sont formés les segments de fente du trajet de guidage de l’onde progressive OP. Les références présentes dans la figure 2d ont donc été reportées sur les éléments correspondants dans la figure 3a. Pour des raisons d’encombrement à la surface de l’antenne 100, l’assemblage du segment de micro-ruban métallique qui constitue chaque résonateur 13, avec le système de couplage variable 14 qui lui est associé, est replié. Dans le mode de réalisation de la figure 3a, l’antenne 100 comprend deux résonateurs 13 qui sont disposés chacun sur l’un des deux bras de spirales 11, 12 du trajet de guidage de l’onde progressive OP, dans une même zone radiative de l’antenne. Autrement dit, les deux résonateurs 13 sont connectés aux deux bras de spirales 11 et 12 à une même distance radiale de l’entrée d’alimentation E de l’antenne 100. Les deux systèmes de couplage variable 14 sont des interrupteurs, et sont commandés par un même signal de contrôle de réjection de bande.FIG. 3a represents a variant of the embodiment of FIG. 2d, and is a plan view of the PCB from the side opposite to the metallized surface in which the slot segments of the guide path of the traveling wave OP are formed. . The references present in FIG. 2d have therefore been transferred to the corresponding elements in FIG. 3a. For reasons of space requirement on the surface of the antenna 100, the assembly of the metal microstrip segment which constitutes each resonator 13, with the variable coupling system 14 which is associated with it, is folded. In the embodiment of FIG. 3a, the antenna 100 comprises two resonators 13 which are each arranged on one of the two arms of spirals 11, 12 of the guide path of the progressive wave OP, in the same radiative zone of the antenna. In other words, the two resonators 13 are connected to the two spiral arms 11 and 12 at the same radial distance from the power input E of the antenna 100. The two variable coupling systems 14 are switches, and are controlled by the same tape rejection control signal.
La figure 3b montre les variations du coefficient spectral de réflexion électrique de l’antenne 100 de la figure 3a, tel que ce coefficient spectral de réflexion électrique est couramment désigné par Su dans la littérature, et ce pour deux valeurs du signal de contrôle de réjection de bande qui est appliqué simultanément aux deux entrées de commande 15. Le module I S-J du coefficient spectral de réflexion électrique est exprimé en décibels (dB) et repéré en ordonnée, et f désigne la fréquence du rayonnement émis par l’antenne 100, exprimée en gigahertz (GHz). Le coefficient spectral de réflexion électrique Su est d’autant plus important que l’efficacité d’émission de l’antenne 100 est faible ou réduite. La courbe Ci correspond à l’activation des résonateurs 13, et la courbe C2 à leur inhibition. Dans l’état d’activation (courbe C-ι), les résonateurs 13 génèrent une bande de réjection pour l’antenne 100 entre 11 GHz et 15 GHz. A l’inverse, dans l’état d’inhibition des résonateurs 13 (courbe C2), ceux-ci ont peu d’effet sur le fonctionnement intrinsèque de l’antenne spirale entre 11 GHz et 15 GHz, correspondant à des valeurs faibles du module du coefficient spectral de réflexion électrique dans cet intervalle spectral. Le signal de contrôle de réjection de bande permet donc de rejeter à la demande les fréquences d’émission de l’antenne 100 qui sont comprises entre 11 GHz et 15 GHz.FIG. 3b shows the variations of the spectral coefficient of electrical reflection of the antenna 100 of FIG. 3a, such that this spectral coefficient of electrical reflection is commonly designated by Su in the literature, and this for two values of the rejection control signal band which is applied simultaneously to the two control inputs 15. The module I SJ of the spectral coefficient of electrical reflection is expressed in decibels (dB) and marked on the ordinate, and f denotes the frequency of the radiation emitted by the antenna 100, expressed in gigahertz (GHz). The spectral coefficient of electrical reflection Su is all the more important as the emission efficiency of the antenna 100 is low or reduced. The curve Ci corresponds to the activation of the resonators 13, and the curve C2 to their inhibition. In the activation state (curve C-ι), the resonators 13 generate a rejection band for the antenna 100 between 11 GHz and 15 GHz. Conversely, in the state of inhibition of the resonators 13 (curve C 2 ), these have little effect on the intrinsic operation of the spiral antenna between 11 GHz and 15 GHz, corresponding to low values of the modulus of the spectral coefficient of electrical reflection in this spectral interval. The band rejection control signal therefore makes it possible to reject on request the emission frequencies of the antenna 100 which are between 11 GHz and 15 GHz.
De façon générale pour l’invention, l’antenne 100 peut comprendre optionnellement, en plus de la plaque métallique ou surface métallisée 10 qui sert de support au trajet de guidage de l’onde progressive, une seconde surface métallique 20 (voir figure 1). Cette seconde surface métallique 20, par exemple une seconde plaque métallique, est disposée parallèlement à la plaque métallique ou surface métallisée 10, et située à faible distance de celle-ci en étant isolée électriquement. La seconde plaque métallique 20 a pour fonction de limiter l’émission du rayonnement par l’antenne 100 au côté de la plaque ou surface 10 qui est opposé à celui de la seconde plaque 20. Typiquement, la distance entre les deux plaques ou surfaces 10 et 20 peut être égale à environ un vingtième de la longueur d’onde du rayonnement qui correspond à la limite la plus basse de la bande de transmission de l’antenne 100, exprimée en termes de fréquence. L’espace intermédiaire entre les deux plaques ou surfaces 10 et 20 peut être rempli par un matériau isolant électriquement et transparent au rayonnement. Lorsqu’elle est utilisée, la seconde plaque 20 est prise en compte pour déterminer les valeurs de longueur d’onde effective des ondes progressives OP qui sont guidées dans l’antenne 100. La seconde plaque métallique 20 peut notamment être utilisée lorsque la première surface métallique 10 appartient à un support de type PCB.In general for the invention, the antenna 100 can optionally comprise, in addition to the metal plate or metallized surface 10 which serves as a support for the guide path of the traveling wave, a second metal surface 20 (see FIG. 1) . This second metal surface 20, for example a second metal plate, is arranged parallel to the metal plate or metallized surface 10, and located at a short distance from the latter while being electrically insulated. The second metal plate 20 has the function of limiting the emission of radiation from the antenna 100 to the side of the plate or surface 10 which is opposite to that of the second plate 20. Typically, the distance between the two plates or surfaces 10 and 20 may be equal to approximately one twentieth of the wavelength of the radiation which corresponds to the lowest limit of the transmission band of the antenna 100, expressed in terms of frequency. The intermediate space between the two plates or surfaces 10 and 20 can be filled with an electrically insulating material which is transparent to radiation. When used, the second plate 20 is taken into account to determine the values of effective wavelength of the progressive waves OP which are guided in the antenna 100. The second metal plate 20 can in particular be used when the first surface metallic 10 belongs to a PCB type support.
Grâce à l’invention, on dispose donc d’une antenne compacte et agile qui permet de restreindre à la demande la bande de transmission de l’antenne. Ce choix de bande peut permettre notamment de concentrer l’efficacité de transmission de l’antenne dans une largeur spectrale limitée.Thanks to the invention, there is therefore a compact and agile antenna which makes it possible to restrict the transmission band of the antenna on demand. This choice of band can in particular make it possible to concentrate the transmission efficiency of the antenna in a limited spectral width.
Enfin, il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de réalisation qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Notamment, des combinaisons quelconques des caractéristiques suivantes peuvent être mises en œuvre :Finally, it is understood that the invention can be reproduced by modifying secondary aspects of the embodiments which have been described in detail above, while retaining at least some of the advantages mentioned. In particular, any combination of the following characteristics can be implemented:
- différents types d’antennes, à fente ou à brin ;- different types of antennas, slotted or stranded;
r une forme quelconque pour le trajet de guidage de l’onde progressive, ou une forme en spirale avec un nombre quelconque de tours ;r any shape for the guide path of the traveling wave, or a spiral shape with any number of turns;
- différents types de résonateurs, à segments de fente ou à segments de brin ;- different types of resonators, with slit segments or strand segments;
- différentes longueurs de résonateurs, quart d’onde ou demi-onde ;- different lengths of resonators, quarter-wave or half-wave;
- des configurations différentes pour le raccordement électrique de chaque résonateur au trajet de guidage de l’onde progressive et/ou à une partie métallique faisant fonction de masse électrique ; et- different configurations for the electrical connection of each resonator to the guide path of the traveling wave and / or to a metal part acting as an electrical ground; and
- différents types de systèmes de couplage variable, à deux états ou à variation progressive.- different types of variable coupling systems, with two states or with progressive variation.
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Citations (1)
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| US4243993A (en) * | 1979-11-13 | 1981-01-06 | The Boeing Company | Broadband center-fed spiral antenna |
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2018
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4243993A (en) * | 1979-11-13 | 1981-01-06 | The Boeing Company | Broadband center-fed spiral antenna |
Non-Patent Citations (3)
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