WO2002103844A1

WO2002103844A1 - Antenne

Info

Publication number: WO2002103844A1
Application number: PCT/FR2002/002091
Authority: WO
Inventors: Bernard Jean Yves Jecko; Francis Jean-Baptiste Pasquet; François Louis Adrien TORRES; Cyril Nicolas Decroze
Original assignee: Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2002-12-27
Also published as: JP4118802B2; US20040183735A1; FR2826186B1; CA2449359A1; US7129899B2; EP1407512A1; FR2826186A1; EP1407512B1; JP2004531153A; CA2449359C

Abstract

L'invention concerne une antenne caractérisée en ce qu'elle comprend un générateur et au moins deux surfaces métalliques parallèles et sensiblement superposées entre elles, l'une au moins de ces surfaces étant scindée en au moins deux parties concentriques consistant en une partie centrale et un ruban entourant cette partie centrale, ces au moins deux parties étant reliées entre elles par un ou plusieurs rubans ou fils conducteurs, les au moins deux surfaces superposées étant reliées entre elles par au moins un fil ou ruban conducteur, les au moins deux parties de la surface scindée incluant une partie reliée à une première borne du générateur, et une partie reliée à une deuxième borne du générateur, cette structure conférant à l'antenne un comportement multifonctions.

Description

ANTENNE

La présente invention concerne le domaine des antennes. Le document FR 2 668 859 décrit une antenne fil-plaque monopolaire du type représenté sur la figure 1.

Une telle structure est comparable à celle d'une antenne imprimée classique. Elle est constituée d'une pastille métallique 12 (toit capacitif de l'antenne) de forme à priori arbitraire, placée sur la face supérieure d'une lame di-électrique 13. La face inférieure de cette lame 13 est classiquement entièrement métallisée et constitue le plan de masse 14 de l'antenne.

L'alimentation de l'antenne est réalisée par une sonde coaxiale 17.

Le conducteur interne 15 de cette sonde 17 traverse, sans le toucher, le plan de masse 14 et traverse la lame diélectrique 13. Il est connecté au toit métallique 12. Le conducteur externe de la sonde 17 est relié au plan de masse 14.

La particularité d'une telle antenne est de posséder un fil 16 de retour au plan de masse 14 formé par la métallisation inférieure. Ce fil 16 relie le toit capacitif 12 et le plan de masse 14. Il traverse la lame diélectrique 13 parallèlement au conducteur 15 de la sonde 17 et à proximité de ce conducteur 15 de sorte que ce fil de retour 16 soit couplé par couplage inductif au fil 15 de la sonde 17 et soit parcouru par un courant à la fréquence de travail. La présence de ce fil 16 à proximité de la sonde d'alimentation 15 est à l'origine du fonctionnement original d'une telle antenne.

Le document FR 2 783 115 décrit une antenne fil-plaque coplanaire, telle que représentée à la figure 2. Une telle antenne a été développée à des fins de réduction d'encombrement.

On retrouve dans cette structure des éléments fonctionnellement comparables à ceux constituant l'antenne présentée dans FR 2 668 859, à savoir : un plan de masse 14, un « toit capacitif » central 12, un ruban d'alimentation 15 relié au toit capacitif 12, et un ruban de reprise de masse

16 qui relie le toit capacitif 12 et le plan de masse 14 (par analogie respectivement aux fils précités d'alimentation et de retour). Cependant dans le cas de l'antenne fil-plaque coplanaire illustrée sur la figure 2, le toit capacitif 12 et le plan de masse 14 se trouvent dans un même plan, le plan de masse 14 étant placé à la périphérie de l'antenne, autour du toit capacitif 12.

Le principe de fonctionnement de ces antennes connues repose principalement sur un phénomène complexe de couplage entre la sonde d'alimentation 15 (ou ruban d'alimentation) et le fil 16 (ou ruban de masse).

Sans reprise de masse, ces antennes se comportent comme des circuits résonnants série dus à l'inductance de la sonde d'alimentation 15 (L_aiim) et à la capacité (C_t0it) formée entre le toit capacitif 12 et le plan de masse 14.

L'ajout d'un retour à la masse 16 entre toit 12 et plan de masse 14 crée une inductance parallèle (L_maSse) sur la capacité (C_toît) provoquant l'apparition d'une résonance parallèle. Un schéma simplifié équivalent de ces antennes est représenté sur la figure 3. Par un choix convenable des différents paramètres physiques, il est possible d'adapter ces antennes à des générateurs micro-ondes classiques.

Dans chacun de ces cas connus, le mode de fonctionnement de ces antennes se caractérise par une forte concentration des courants sur le fil

(ou ruban) de retour à la masse 16, ce qui confère à ces structures leur rayonnement de type monopolaire pour l'antenne fil-plaque et dipolaire pour l'antenne fil-plaque coplanaire.

L'invention vise à améliorer les structures proposées jusqu'à présent, à la fois en termes d'efficacité de fonctionnement, notamment de possibilités d'adaptation entre antenne et générateur, et à la fois en termes d'encombrement.

Pour atteindre ces objectifs, l'invention propose une antenne comprenant un générateur et au moins deux surfaces métalliques parallèles et sensiblement superposées entre elles,

- l'une au moins de ces surfaces étant scindée en au moins deux parties concentriques consistant en une partie centrale et un ruban entourant cette partie centrale, - ces au moins deux parties étant reliées entre elles par un ou plusieurs rubans ou fils conducteurs,

- les au moins deux surfaces superposées étant reliées entre elles par au moins un fil ou ruban conducteur, - les au moins deux parties de la surface scindée incluant une partie reliée à une première borne du générateur, et une partie reliée à une deuxième borne du générateur, cette structure conférant à l'antenne un comportement multifonctions.

L'antenne ainsi formée conforme à la présente invention, regroupe plusieurs éléments rayonnants susceptibles de travailler chacun en émission ou en réception sur leur mode propre à des fréquences différentes indépendantes, sans augmenter l'encombrement volumique de l'antenne, par rapport aux dispositions connues de l'art antérieur. La présente invention permet ainsi d'obtenir une antenne d'encombrement relativement réduit devant la (ou les) longueur(s) d'onde(s) de travail.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la présente invention :

- les surfaces scindées en deux éléments donnent conjointement un mode de fonctionnement de type antenne fil-plaque formée par l'ensemble des deux surfaces métalliques ;

- chaque surface scindée en deux éléments reliés entre eux par au moins un ruban ou fil conducteur ajoute un nouveau mode de fonctionnement de type antenne fil-plaque coplanaire formée par les deux parties découpées ; - l'antenne comprend une liaison électrique d'alimentation qui relie la première borne du générateur/récepteur à la partie centrale de la surface scindée en au moins deux parties, liaison électrique qui est formée d'un fil perpendiculaire aux deux surfaces ;

- la liaison électrique d'alimentation est formée par le conducteur central d'une liaison coaxiale qui traverse, sans la toucher, l'autre surface métallique ;

- la liaison électrique d'alimentation est reliée à un ruban lié à une partie centrale de la surface scindée en au moins deux parties ; - la liaison électrique d'alimentation est formée d'un fil qui relie la partie centrale de la surface scindée et l'autre surface ;

- la liaison électrique d'alimentation est formée d'un fil vertical qui relie un ruban d'alimentation de la partie centrale de la surface scindée et l'autre surface ;

- le fil ou ruban conducteur relie une zone externe de la surface scindée et l'autre surface ;

- le fil relie l'autre surface et une zone externe de la deuxième surface scindée ; - le fil ou ruban relie la surface à un ruban assurant la liaison entre les deux parties de la surface scindée ;

- l'antenne comprend :

- une ligne d'alimentation coplanaire formée de trois rubans parallèles, le ruban central étant relié à la borne active d'un générateur/récepteur, tandis que les deux rubans externes sont reliés à la masse du générateur/récepteur, le ruban central est relié à l'élément central et traverse l'élément périphérique sans le toucher, les deux éléments externes de la ligne coplanaire sont reliés à l'élément périphérique,

Dans ce cas, l'alimentation s'effectue par une ligne coplanaire formée de trois rubans parallèles, le ruban central étant relié à l'élément central du plan inférieur et les deux rubans externes de cette ligne sont reliés à l'élément périphérique.

- une première liaison conductrice qui relie le ruban d'alimentation à l'élément central, - une deuxième liaison conductrice qui relie l'élément périphérique à la surface,

- l'antenne comprend plusieurs plaques supérieures parallèles entre elles et de géométrie identique ;

- l'antenne comprend plusieurs plaques supérieures scindées chacune en un élément central et un ruban périphérique à l'élément central reliés entre eux par un ruban ou une liaison de reprise de masse, les éléments centraux des différentes plaques étant reliés entre eux par l'intermédiaire de fils prolongeant un fil d'alimentation, tandis que les différents rubans périphériques sont reliés entre eux par l'intermédiaire de fils prolongeant un fil de retour de masse ;

- l'antenne comprend plusieurs plaques supérieures parallèles pleines, reliées entre elles par l'intermédiaire d'au moins un fil, de préférence par l'intermédiaire de liaisons multiples agencées selon un arrangement symétrique ;

- l'antenne comprend trois surfaces agencées en série, entre deux bornes d'un générateur/récepteur.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles :

- la figure 1 représente une antenne fil-plaque monopolaire selon l'art antérieur ;

- la figure 2 représente une antenne fil-plaque coplanaire selon l'art antérieur ;

- la figure 3 est un schéma simplifié illustrant le comportement électrique des antennes des figures 1 et 2 ;

- la figure 4 est une vue de dessus d'une antenne selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue de côté de cette même antenne ;

- la figure 6 est une vue en perspective de cette même antenne ;

- la figure 7 est une vue de dessus d'une antenne selon une variante de l'invention, utilisée pour une simulation de comportement ci-après rapportée ; - la figure 8 est une vue en perspective de cette même antenne ;

- les figures 8bis à 8 quinter représentent une antenne de type proche de celle de la figure 8, toujours selon l'invention ;

- les figures 9 et 10 représentent l'impédance d'entrée et l'adaptation en fréquence (coefficient de réflexion) de l'antenne des figures 8 bis à 8 quinter ;

- les figures 11 et 11 bis sont des graphiques représentant des diagrammes de rayonnement réalisés pour une polarisation principale (verticale) dans un plan de coupe vertical (figure 11) et un plan de coupe horizontal (figure 11 bis) pour un premier mode de fonctionnement à 0,94 GHz ;

- les figures 12 et 13 sont des diagrammes de rayonnement respectivement pour un plan de coupe vertical xoz et un plan de coupe azimutal xoy pour la polarisation principale (horizontale) dans un second mode de fonctionnement à 1 ,49 GHz de l'antenne des figures 8 bis à 8 quinter ;

- la figure 14 est une vue de dessus d'une antenne selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 15 est une vue de côté de cette même antenne ; et

- la figure 16 est une vue en perspective de cette antenne conforme à la présente invention.

- la figure 17 est une vue en coupe d'une antenne selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 18 est une vue de dessus d'une surface métallique de l'antenne de la figure 17 ;

- la figure 19 est une vue en coupe d'une antenne selon un autre mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 20 est une vue de dessus d'une surface métallique de l'antenne de la figure 19 ;

- la figure 21 est une vue de dessus d'une autre surface métallique de l'antenne de la figure 19 ;

- la figure 22 est une vue de dessus d'une surface métallique d'antenne selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 23 est une vue de dessus d'une surface métallique d'une antenne selon un autre mode de réalisation de l'invention, à diodes.

- la figure 24 est une coupe transversale d'une antenne selon un autre mode de réalisation, comportant une diode entre deux surfaces superposées. L'antenne du premier mode de réalisation (fig. 4 à 6) se compose, à la façon d'une antenne fil-plaque classique, de deux plaques parallèles dont une plaque 140 est mise à la masse et l'autre 120 est à la fois alimentée par un courant, par l'intermédiaire d'une sonde 150, et à la fois reliée à la masse par une liaison 160 de retour au plan de masse 140, laquelle liaison 160 est couplée par couplage inductif au fil de sonde 150, pour être parcourue par un courant à une fréquence de travail.

Cependant dans le cadre de la présente invention, la plaque 120 est scindée en deux éléments 122, 124 : une surface centrale 122 et un ruban périphérique 124 qui entoure à distance la surface centrale 122.

La surface centrale 122 et le ruban 124 sont séparés l'un de l'autre par un évidemment 123 circonférentiel à la surface centrale 122.

De plus la surface centrale 122 et le ruban 124 sont reliés entre eux par une liaison 126 qui leur est coplanaire.

La géométrie de la surface centrale 122, du ruban 124 et de la plaque inférieure 140 n'est pas critique.

Cependant de préférence la surface centrale 122, le ruban 124 et la plaque inférieure 140 ont des contours de même géométrie, par exemple rectangulaire, carré, circulaire, ovale, etc.. La plaque supérieure 120 est avantageusement centrée sur la plaque inférieure 140. La plaque supérieure 120 a en outre avantageusement une surface plus petite que la plaque inférieure 140.

Par ailleurs le ruban 126 s'étend de préférence dans une direction généralement radiale par rapport au centre de la surface centrale 122.

Plus précisément encore, selon le mode de réalisation illustré sur les figures 4 à 6, la surface centrale 122 est de géométrie carrée, tandis que le ruban 124 comprend quatre tronçons respectivement parallèles et perpendiculaires, entre eux, et aux bords de la surface centrale 122, deux à deux. La liaison 126 est quant à elle perpendiculaire à un bord 121 de la surface centrale 122 et à un tronçon composant le ruban 124.

Ainsi l'antenne illustrée sur les figures 4 à 6 annexées comprend : . un plan de masse 140,

. un plan supérieur 120 scindé en deux éléments concentriques 122, 124, reliés entre eux par une liaison coplanaire 126, qui constitue à la fois, par son élément central 122, un toit capacitif, et par son élément périphérique 124, un élément de masse, . une sonde coaxiale dont le blindage externe 154 est relié à la masse d'un générateur / récepteur, tandis que son conducteur central 150 est relié à la borne active du générateur / récepteur, le blindage 154 de la sonde étant relié au plan de masse 140, tandis que le conducteur central 150 traverse, sans le toucher, le plan de masse 140 et est relié à l'élément central 122 du plan supérieur 120, et

. une liaison conductrice 160 couplée par couplage inductif au conducteur central de la sonde 150, et qui relie l'élément périphérique 124 du plan supérieur et le plan de masse 140. La liaison conductrice 160 assure à la fois la liaison entre les éléments de masse 124 et 140 et la reprise de masse de l'antenne fil- plaque.

Selon le mode de réalisation particulier illustré sur les figures 4 à 6 annexées, le conducteur d'alimentation 150 de la sonde est placé, perpendiculairement aux deux plans 120 et 140, à proximité d'un bord 121 de l'élément central 122. La liaison conductrice 160 est placée parallèlement au conducteur 150, sur un bord du ruban externe 124, placé en regard du bord précité 121.

Aux figures 7 et 8, on retrouve selon cette variante une antenne qui comprend :

. un plan de masse inférieur 140,

. un plan supérieur 120 scindé en deux éléments concentriques 122, 124, reliés entre eux, qui constitue à la fois, par son élément central 122, un toit capacitif, et par son élément périphérique 124, un élément de masse, . une sonde coaxiale dont le blindage externe 154 est relié à la masse d'un générateur / récepteur, tandis que son conducteur central 150 est relié à la borne active du générateur / récepteur, le blindage 154 de la sonde étant relié au plan de masse 140, tandis que le conducteur central 150 traverse, sans le toucher, le plan de masse 140 et est relié à l'élément central 122 du plan supérieur 120, et

. une liaison conductrice 160 couplée par couplage inductif au conducteur central de la sonde 150, et qui relie l'élément périphérique 124 du plan supérieur et le plan de masse 140. La taille du plan inférieur 140 est de 70mm* 70mm, celle du plan supérieur (120) est de 60mm*60mm et la hauteur de 7mm. Cette antenne possède un fil vertical d'alimentation 150.

Cependant selon cette variante, l'élément central 122 est relié à l'élément périphérique 124, non pas par une liaison unique, mais par deux liaisons 126, 127. Celles-ci sont parallèles entre elles, perpendiculaires à un bord 121 de l'élément central 122 et raccordées à ce bord, aux environs du quart de la longueur de ce bord 121, compté respectivement à partir de sa première et de sa seconde extrémité.

Par ailleurs le fil d'alimentation 150 n'est pas relié directement à la surface centrale 122, mais à un ruban supplémentaire 128 qui s'étend vers l'extérieur, depuis la surface centrale 122, en direction de la bande périphérique 124, mais ne rejoignant pas la bande périphérique 124. Le conducteur d'alimentation 150, qui s'étend perpendiculairement aux plans 120 et 140, est placé en extrémité de ce ruban 128. L'alimentation est, dans ce cas, déportée par l'intermédiaire de ce ruban horizontal 128, déportée pour optimiser l'adaptation de l'antenne.

Le fil de retour de masse 160 est quant à lui placé sur le bord du ruban externe 124 placé en regard du bord 121 de la surface centrale 122, sensiblement entre le ruban d'alimentation 128 et le ruban de retour de masse 127.

On notera que comme illustré sur les figures 7 et 8, les rubans 126 et 127 peuvent avoir des largeurs différentes.

On notera ainsi que la présence des deux rubans de retour 126 et 127, et le léger déport du fil d'alimentation 150 grâce au ruban 128, permettent d'optimiser les caractéristiques de l'impédance d'entrée afin d'améliorer l'adaptation de l'antenne.

Ainsi, non seulement une telle antenne transforme l'énergie reçue dans une bande d'adaptation en une énergie rayonnée dans une direction donnée avec une polarisation privilégiée, mais elle permet également une adaptation à un générateur ayant une impédance d'entrée donnée (en général 50 Ohm) sur une ou plusieurs bandes de fréquence.

Les paramètres géométriques de l'antenne peuvent différer suivant les besoins de l'utilisateur (fréquences de fonctionnement, adaptation, bande passante ...) et peuvent aisément être mis au point par l'homme de l'art en fonction de l'adaptation aux fréquences recherchées.

L'antenne des figures 8 bis à 8 quinter constitue encore une variante, qui possède deux rubans de reprise de masse 160 : Les figures 8 bis à 8 quinter présentent la géométrie de l'antenne, la taille du plan inférieur 140 est de 100mm*100mm, celle du plan supérieur 120 est de 60mm*60mm et la hauteur de 22mm. Cette antenne possède deux rubans de liaison 160 et un fil vertical d'alimentation 150.

Les résultats présentés sur les figures 9 et 10 font apparaître au niveau de l'impédance d'entrée deux résonances parallèles à 0,83 GHz et 1 ,37 GHz. La première correspond au mode de l'antenne fil-plaque et la seconde à celui de l'antenne fil-plaque coplanaire découpée dans la surface 120. Pour chacun des modes, l'adaptation a lieu lorsque la partie réelle de l'impédance d'entrée est proche de 50 ohms et la partie imaginaire de 0. L'adaptation du premier mode est donc de -15dB et à lieu à 0,94 GHz et celle du second est de -18 dB à 1 ,49 GHz.

Les diagrammes de gain (figures 11 à 13) sont représentés dans deux plans de coupe pour chaque mode de fonctionnement (remarque : seule la polarisation principale du champ électrique est représentée, E0 pour le premier mode et Eφ pour le second).

Le premier mode (à 0,94 GHz) présente un diagramme (figures 11 et 11 bis) à symétrie de révolution autour de l'axe OZ (omnidirectionnel en azimut avec un gain maximum à l'horizon).

Le second (figures 12 et 13) présente une couverture hémisphérique avec un gain maximum dans l'axe de l'antenne.

Un second exemple de réalisation de l'invention est représenté aux figures 14, 15 et 16.

On retrouve sur ces figures une antenne qui possède une forme générale d'antenne fil-plaque, c'est à dire qui présente deux plans métalliques principaux parallèles 120 et 140.

Toutefois, ici, c'est le plan métallique inférieur 140 formant plan de masse de l'ensemble, qui est scindé en deux éléments, l'un 142 central relié à la première borne active du générateur / récepteur par l'intermédiaire d'un ruban 148, l'autre 144 périphérique relié à la seconde borne, de masse, du générateur / récepteur.

Ainsi, la plaque métallique 140 présente un ruban périphérique 144 qui est relié à la masse tandis qu'une surface centrale 142 est reliée à la borne positive d'une source de courant.

Ces deux éléments 142 et 144 sont reliés entre eux par un ruban de reprise de masse 146 qui leur est coplanaire.

La géométrie de la plaque supérieure 120, de la surface centrale 142 et du ruban 144 n'est pas critique. Cependant de préférence la plaque supérieure 120 est centrée sur la plaque inférieure 140. De plus la surface centrale 142 et le ruban 144 ont des contours de même géométrie, par exemple rectangulaire, carré, circulaire, ovale, etc..

La plaque supérieure 120 a en outre avantageusement une surface plus petite que la plaque inférieure 140.

Par ailleurs le ruban 146 s'étend de préférence dans une direction généralement radiale par rapport au centre de la surface centrale 142.

Plus précisément encore, selon le mode de réalisation illustré sur les figures 14 à 16, la surface centrale 142 est de géométrie carrée, tandis que le ruban 144 comprend quatre tronçons (dont l'un formé de deux segments alignés pour permettre le passage du ruban d'alimentation 148) respectivement parallèles et perpendiculaires, entre eux, et aux bords de la surface centrale 142, deux à deux. La liaison 146 est quant à elle perpendiculaire à un bord de la surface centrale 142 et à un tronçon composant le ruban 144. Elle est parallèle et coplanaire au ruban d'alimentation 148.

La plaque supérieure 120 est reliée à la surface centrale 142 de la plaque 140, de sorte qu'elle se voit également alimentée.

Pour cela, une liaison d'alimentation 150 formée par un simple fil, relie la surface centrale 142 à la plaque 120.

Plus précisément, le ruban périphérique 144 a la forme générale d'un C. La surface centrale 142 est prolongée par une piste coplanaire formant ruban d'alimentation 148 qui débouche sur l'extérieur, par l'intermédiaire de l'ouverture de ce C. Et la liaison filaire 150, qui s'étend perpendiculairement aux plans des plaques 120 et 140, relie le ruban d'alimentation 148 à la plaque 120.

Par ailleurs un fil de retour de masse 160 relie les deux plaques 120 et 140. Ce fil de retour relie la plaque 120 à la plaque 140 au niveau de son ruban de reprise de masse 146 entre la surface centrale 142 et le ruban périphérique 144. Le fil de retour de masse 160 s'étend perpendiculairement aux plans 120 et 140.

Ainsi l'antenne illustrée sur les figures 14 à 16 annexées comprend : . un plan de masse 140, scindé en deux éléments concentriques 142, 144, reliés entre eux par une liaison 146, . un plan supérieur 120,

. une sonde coaxiale dont le blindage externe 154 est relié à la masse d'un générateur / récepteur, tandis que son conducteur central 151 est relié à la borne active du générateur / récepteur, le blindage 154 de la sonde étant relié au ruban 144, tandis que le conducteur central 151 est relié à l'élément central 142 du plan inférieur 140, par l'intermédiaire du ruban d'alimentation 148, . une liaison conductrice 150 qui relie le ruban d'alimentation 148, à proximité de l'élément central 142, et la plaque supérieure 120 et

. une liaison conductrice 160 couplée par couplage inductif au conducteur 150, et qui relie l'élément périphérique 144 du plan inférieur 140 (plus précisément son ruban 146) et le plan supérieur 120.

Sur la figure 14, le fil de retour relie la plaque 120 à la plaque 140 au niveau de son ruban de masse. En général, le fil de retour relie la plaque 120 à l'élément périphérique 144 de la plaque 140.

Le toit capacitif de cette structure générale est donc formé par la plaque 120, qui se comporte à la manière d'un toit capacitif d'antenne fil- plaque traditionnel en ce sens qu'elle est alimentée par un courant et reliée à un plan de masse parallèle, ici la plaque 140, plus précisément le ruban 144 de celle-ci.

Dans le cas présent, l'alimentation de l'ensemble se fait par l'intermédiaire du ruban 148 et du fil 150. On notera que le fil de reprise de masse 160 reliant les deux plaques 120 et 140 rejoint la plaque inférieure 140 au niveau de son ruban de reprise de masse 147.

On rappelle qu'il est important dans le cadre de la présente invention que le fil de retour de masse 160, quelque soit le mode de réalisation, soit proche du fil d'alimentation 150, pour pouvoir être couplé, par couplage inductif à ce dernier, de sorte que le fil de retour de masse 160 est parcouru par un courant à la fréquence de travail. Typiquement l'écart entre le fil d'alimentation 150 et le fil de retour de masse est inférieur à 1/10 λ, λ représentant la longueur d'onde de travail.

Les dispositifs rayonnant multifonctions qui viennent d'être décrits ne constituent que des exemples parmi différentes possibilités envisageables, les configurations géométriques des différents éléments restant variables et dépendant des fonctions à réaliser ou de la fréquence de travail. La taille du côté de la surface 120 et d'en moyenne λ/6 pour le premier mode de fonctionnement et λ/4 pour le second.

Le faible encombrement volumique de ces antennes (en moyenne λo/4) facilite leur intégration dans les systèmes de communication actuels. De plus l'utilisation d'un substrat diélectrique permet de réduire encore cet encombrement.

La présente invention peut ainsi être envisagée pour différents modes de fonctionnement suivant sa configuration géométrique.

On peut citer par exemple : l'application à une antenne multilobes (privilégiant différentes directions de rayonnement) à la même fréquence (par exemple pour des applications télémétriques).

On peut également envisager par exemple une antenne multifonctions, regroupant les fonctions GSM, GPS, ...

De telles antennes permettent en outre de miniaturiser les aériens dans les systèmes de communication mobiles. Les plaques 120 et 140 peuvent être supportées dans leur position relative par tous moyens appropriés. De préférence les plaques 120 et 140 sont ainsi disposées respectivement de part et d'autre d'un substrat diélectrique d'épaisseur faible par rapport aux dimensions des plaques 120 et 140. Le substrat peut être formé d'une couche homogène. Cependant le cas échéant le substrat peut être formé de plusieurs couches empilées, adjacentes ayant des propriétés diélectriques différentes. En variante le milieu diélectrique placé entre les deux plaques 120 et 140 peut même être formé par de l'air.

De préférence les plaques 120 et 140 sont ainsi formées par gravure de métallisations formées de part et d'autre d'un substrat, ou encore par dépôt de contours contrôlés sur ce substrat. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes de réalisation conformes à son esprit.

Ainsi par exemple l'antenne conforme à la présente invention peut comprendre plusieurs plaques supérieures 120 parallèles entre elles et de géométrie identique que ce soit dans le cadre du premier mode de réalisation, ou dans le cadre du second mode de réalisation.

Dans le cadre du premier mode de réalisation, les différentes plaques 120 peuvent comprendre chacune un élément central 122 et un ruban externe 124 reliés entre eux par un ruban de reprise de masse 126. Les éléments centraux 122 des différentes plaques 120 peuvent être reliés entre eux par l'intermédiaire de fils prolongeant le fil d'alimentation 150, tandis que les différents rubans externes 124 peuvent être reliés entre eux par l'intermédiaire de fils prolongeant le fil de retour de masse 160.

Dans le cadre du second mode de réalisation, les différentes plaques 120 peuvent être pleines. Ces plaques 120 sont reliées entre elles par l'intermédiaire de fils comparables au fil 150. Cependant dans ce cas les liaisons existant entre deux plaques 120 adjacentes sont de préférence formées de liaisons multiples agencées selon un arrangement symétrique.

Selon encore une autre variante, l'antenne conforme à la présente invention peut être associée à un réflecteur de proximité pour conformer le rayonnement, par exemple pour concentrer le rayonnement dans une direction voulue. D'autres modes de réalisation de l'invention sont représentés aux figures 17 à 24. Le montage de la figure 17 présente un niveau supérieur constitué de deux surfaces conductrices parallèles reliées par au moins un conducteur vertical (appelé fil ou ruban de reprise de « masse »). Ce niveau supérieur est référencé 120 et se divise en deux plaques

125 et 127. La plaque 125, plaque inférieure de ce niveau supérieur, est représentée en vue de dessus à la figure 18. Elle est découpée en trois éléments concentriques reliés par des rubans conducteurs (ou des fils selon une variante). Chaque découpe donne lieu à un second type de fonctionnement fournissant un rayonnement axial (gain maximal dans l'axe de l'antenne). Plus la partie métallique découpée est petite, plus la fréquence de résonance du second type de fonctionnement est élevée.

Chaque niveau donne lieu à un mode de fonctionnement de type antenne fil-plaque : impédance d'entrée présentant une résonance parallèle à une fréquence donnée, et rayonnement à symétrie de révolution autour de l'axe vertical (omnidirectionnel) et présentant un gain maximum à l'horizon.

A la figure 19, on a représenté encore un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, le niveau inférieur comprend trois surfaces métalliques 145, 146 et 147 dont on a représenté en vue de dessus les niveaux 146 et 147, respectivement aux figures 20 et 21. Les trois surfaces métalliques de ce niveau inférieur sont reliées par au moins un fil conducteur. Comme on peut le voir à la figure 20, la plaque 146 présente deux éléments concentriques reliés entre eux par deux rubans et, comme on peut le voir à la figure 21 , la plaque 147 présente trois surfaces concentriques, dont les deux surfaces concentriques externes sont reliées entre elles par deux rubans. La surface concentrique interne est reliée à la surface concentrique intermédiaire par un seul ruban.

On notera que de manière générale, on peut adopter un nombre quelconque d'éléments concentriques dans une même surface conductrice, en reliant deux de ces éléments concentriques à une borne différente d'un générateur.

Sur les figures 20 et 21 , les différents éléments concentriques ne présentent pas de symétrie de révolution, conformément à un mode de réalisation où les surfaces sont choisies de manière adaptée spécifiquement en fonction de l'application visée.

Deux types d'excitation peuvent être envisagées, comme pour les autres modes de réalisation de l'invention :

- Le premier type d'excitation (figure 17) est effectué par un fil vertical d'alimentation entre deux surfaces. Le fil d'alimentation vertical peut parcourir plusieurs niveaux en connectant l'élément central de chaque niveau. Ce fil constitue l'âme centrale d'un guide coaxial connecté à l'une des deux surfaces précitées et traverse la seconde sans la toucher. Cette dernière est alors connectée au blindage extérieur du guide coaxial (les autres niveaux sont alors alimentés par couplage).

Dans le cadre de la première excitation, le blindage extérieur du guide coaxial peut constituer le fil de retour à la masse vertical cité précédemment.

Le second type d'excitation est effectué dans le plan de l'une des surfaces par une ligne coplanaire, cette surface pouvant avoir trois éléments concentriques, comme représenté à la figure 22, où, dans cette figure, c'est l'élément concentrique le plus interne qui est relié à une première borne du générateur, et c'est l'élément concentrique le plus externe qui est relié à la seconde borne du générateur, l'élément concentrique intermédiaire n'étant relié au générateur que par l'intermédiaire de l'un ou l'autre des éléments concentriques internes ou externes.

Dans le cas du second type d'excitation, il est préférable de relier les éléments internes de chaque surface par une liaison verticale. Comme représenté aux figures 23 et 24, les liaisons électriques, qu'elles soient coplanaires entre deux éléments concentriques ou transversales entre deux éléments superposés, peuvent être munis d'une diode de liaison qui supprime ou ajoute des modes de fonctionnement suivant la tension de polarisation appliquée sur la diode.

Claims

REVENDICATIONS

1. Antenne caractérisée en ce qu'elle comprend un générateur et au moins deux surfaces métalliques parallèles et sensiblement superposées entre elles,

- l'une au moins de ces surfaces étant scindée en au moins deux parties concentriques consistant en une partie centrale et un ruban entourant cette partie centrale,

- ces au moins deux parties étant reliées entre elles par un ou plusieurs rubans ou fils conducteurs,

2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces (120, 140) scindées en deux éléments (122, 124 ; 142, 144) donnent conjointement un mode de fonctionnement de type antenne fil- plaque formée par l'ensemble des deux surfaces métalliques.

3. Antenne selon l'une des revendications 1 , caractérisée en ce que chaque surface (120, 140) scindée en deux éléments (122, 142 ; 142, 144) reliés entre eux par au moins un ruban ou fil conducteur (126) ajoute un nouveau mode de fonctionnement de type antenne fil-plaque coplanaire formée par les deux parties (122, 124, 142, 144) découpées.

4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une liaison électrique d'alimentation (150) qui relie la première borne du générateur/récepteur à la partie centrale (122) de la surface (120) scindée en au moins deux parties, liaison électrique qui est formée d'un fil perpendiculaire aux deux surfaces (120, 140).

5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la liaison électrique d'alimentation (150) est formée par le conducteur central d'une liaison coaxiale qui traverse, sans la toucher, l'autre surface métallique (140).

6. Antenne selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la liaison électrique d'alimentation (150) est reliée à un ruban (128) lié à une partie centrale (122) de la surface scindée en au moins deux parties (120).

7. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la liaison électrique d'alimentation (150) est formée d'un fil qui relie la partie centrale

(142) de la surface scindée (140) et l'autre surface (120).

8. Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que la liaison électrique d'alimentation (150) est formée d'un fil vertical qui relie un ruban (148) d'alimentation de la partie centrale (142) de la surface scindée (140) et l'autre surface (120).

9. Antenne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le fil ou ruban conducteur (160) relie une zone externe (124) de la surface scindée (120) et l'autre surface (140).

10. Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que le fil (160) relie l'autre surface (120) et une zone externe (144) de la deuxième surface scindée (140).

11. Antenne selon la revendication 10, caractérisée en ce que le fil ou ruban (160) relie la surface (140) à un ruban (146) assurant la liaison entre les deux parties (142, 144) de la surface scindée (140).

12. Antenne selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend :

- une ligne d'alimentation coplanaire formée de trois rubans parallèles, le ruban central (148) étant relié à la borne active d'un générateur/récepteur, tandis que les deux rubans externes sont reliés à la masse du générateur/récepteur, le ruban central (148) est relié à l'élément central (122, réciproquement 142) et traverse l'élément périphérique (124, réciproquement 144) sans le toucher, les deux éléments externes de la ligne coplanaire sont reliés à l'élément périphérique (124, réciproquement 144),

- une première liaison conductrice (150) qui relie le ruban d'alimentation (148) à l'élément central (122, réciproquement 142), - une deuxième liaison conductrice (160) qui relie l'élément périphérique (124, réciproquement 144) à la surface (140, réciproquement 120).

13. Antenne selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs plaques supérieures (120) parallèles entre elles et de géométrie identique.

14. Antenne selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs plaques supérieures (120) scindées chacune en un élément central (122) et un ruban périphérique à l'élément central (124) reliés entre eux par un ruban ou une liaison de reprise de masse (126), les éléments centraux (122) des différentes plaques (120) étant reliés entre eux par l'intermédiaire de fils prolongeant un fil d'alimentation (150), tandis que les différents rubans périphériques (124) sont reliés entre eux par l'intermédiaire de fils prolongeant un fil de retour de masse (160).

15. Antenne selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs plaques supérieures (120) parallèles pleines, reliées entre elles par l'intermédiaire d'au moins un fil (150), de préférence par l'intermédiaire de liaisons multiples agencées selon un arrangement symétrique.

16. Antenne selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend trois surfaces (122, 124, 140 ; 142, 120, 144) agencées en série, entre deux bornes d'un générateur/récepteur.