WO2003012921A1 - Antenne - Google Patents

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WO2003012921A1
WO2003012921A1 PCT/FR2002/002668 FR0202668W WO03012921A1 WO 2003012921 A1 WO2003012921 A1 WO 2003012921A1 FR 0202668 W FR0202668 W FR 0202668W WO 03012921 A1 WO03012921 A1 WO 03012921A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna according
block
conductive
microstrip line
supply circuit
Prior art date
Application number
PCT/FR2002/002668
Other languages
English (en)
Inventor
Djalal Razazi
Original Assignee
D.Phy Espace
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Definitions

  • the invention relates to planar antennas.
  • a supply circuit comprising a dielectric plate; a microstrip line disposed against a first face of said plate, said microstrip line extending in a longitudinal direction between a free end and a connection end; and a ground plane disposed against the second face of said plate, said ground plane having a radiating slit extending in a transverse direction, on either side with respect to said microstrip line and away from l free end of this line;
  • a conductive block arranged parallel to said supply circuit on the side of said ground plane, an insulating material being present between said supply circuit and said first block, the latter extending on either side relative to said slit in said longitudinal direction and extending on either side relative to said microstrip line in said transverse direction, the dimension of said conductive block in said transverse direction being is smaller than the dimension of said slit in this direction; and a means of connection respectively to said ground plane and to said microstrip line at said connection end.
  • planar nature of the antenna according to the invention gives it excellent convenience of use.
  • the dimension of the conductive pad is less than ⁇ d / 2, ⁇ d being equal to ⁇ ⁇ , with ⁇ 1 which is the corresponding wavelength at the central frequency of the UHF band, ie 665 MHz, ⁇ r being the relative permittivity of the insulating material present between the supply circuit and the conductive pad.
  • the antenna according to the invention further comprises:
  • a second conductive block arranged parallel to the first conductive block opposite to said supply circuit, an insulating material being present between said first block and said second block, the latter extending on either side with respect to to said slit in said longitudinal direction and extending on either side with respect to said microstrip line in said transverse direction;
  • a third conductive block arranged parallel to the second conductive block opposite the first conductive block, an insulating material being present between said second block and said third block, the latter extending on either side relative to said slit in said longitudinal direction and extending on either side relative to said microstrip line in said transverse direction.
  • said first conductive block is smaller than said second conductive block and smaller than said third conductive block and in that said second block conductor is larger than said third conductor pad;
  • the difference between said power supply circuit and said first conductive block is smaller than the difference between said first conductive block and said second conductive block, the latter difference being in turn smaller than the difference between said second block conductor and said third conductor pad;
  • each of said first conducting block, second conducting block and third conducting block is centered with respect to said radiating slot in said longitudinal direction and centered with respect to said microstrip line in said transverse direction.
  • said dielectric plate has a relative permittivity at least equal to
  • said dielectric plate is made of epoxy glass
  • - Said dielectric plate has a thickness of 0.8 mm; and or
  • ground plane has a length of 250 mm and a width of 200 mm;
  • - Said radiating slit extends on either side with respect to said microstrip line over a distance less than ⁇ d / 4, ⁇ d being equal to ⁇ D / V ⁇ r . with ⁇ 0 which is the wavelength corresponding to the lower limit frequency of the UHF band, ie 470 MHz, ⁇ r being the relative permittivity of the dielectric plate; and or
  • the deviation of said radiating slit from the free end of said microstrip line is less than ⁇ d / 4, ⁇ d being equal to ⁇ 0 / / ⁇ 7, with ⁇ 0 which is the lower limit frequency of the UHF band, ie 470 MHz, ⁇ r being the relative permittivity of the dielectric plate; and or
  • each said insulating material has a relative permittivity of less than 3; and more particularly preferably each said insulating material has a relative permittivity of between 1 and 1, 1; and or
  • ⁇ d being equal to ⁇ ⁇ jt ⁇ , with ⁇ ⁇ which is the wavelength corresponding to the central frequency of the UHF band , or 665 MHz, ⁇ r being the relative permittivity of said insulating material present between said supply circuit and said conductive plane and more particularly preferably, this difference is between 15% and 20% of ⁇ d / 4;
  • said conductive plane is formed by a conductive plate
  • said conductive plane is larger than said ground plane
  • - Said slot has a width of 4 mm and a length of 110 mm; and / or - the distance between said slot and the free end of said microstrip line is 80 mm; and or
  • - Said supply circuit is produced with a double-sided printed circuit board;
  • Each said insulating material is a foam board or each said insulating material is air.
  • FIG. 1 is a plan view of the antenna according to the invention, showing the outline of each of the different elements it comprises;
  • FIG. 1 is the elevation-sectional view identified by ll-ll in Figure 1
  • FIG. 3 is a view similar to Figure 2 but showing the antenna in exploded form
  • FIG. 4 is a perspective view of the feed circuit of this antenna
  • - Figure 5 is a plan view showing in more detail the microstrip line of the supply circuit; and - Figure 6 is a plan view showing in more detail the radiating slot of this circuit.
  • the antenna 1 illustrated is a passive antenna specially designed for the reception of the UHF band extending from 470 MHz to 860 MHz. It comprises a supply circuit 2, a conductive plane 3 arranged parallel to the supply circuit on the side which is seen below in the drawings, a block 4 of insulating material present between the circuit 2 and the plane 3, as well that three superimposed conducting blocks 5, 6 and 7, each arranged parallel to circuit 2, three blocks of insulating material 8, 9 and 10 being respectively provided between circuit 2 and block 5, between block 5 and block 6 and between the pavement
  • the antenna 1 also comprising a connection means 11.
  • the supply circuit 2 comprises a dielectric plate 12, a microstrip line 13 disposed against the face of the plate 12 located on the side that is seen below in the drawings, and a ground plane 14 disposed against the other face. of the plate 12, the plane 14 having a radiating slot 15.
  • the microstrip line 13 extends in the longitudinal direction, that is to say the direction oriented horizontally in the drawings and along which the axis 16 is arranged (FIG. 1).
  • the slot 15 is oriented in the transverse direction, that is to say the direction oriented vertically in the drawings and in which the axis 17 is oriented ( Figures 1, 5 and 6).
  • the microstrip line 13 is centered on the axis 16 which is located midway from the longitudinal edges of the plate 12.
  • the slot 15 is centered on the axis 17 which is located midway between the transverse edges of the plate 12
  • the intersection between the axes 16 and 17 therefore corresponds to the center of the plate 12, and consequently of the ground plane 14, which here has exactly the same dimensions as the plate 12.
  • the microstrip line 13 extends between a free end 18 and a connection end 19, here located on an edge of the dielectric plate 12.
  • the radiating slot 15 extends on either side relative to the microstrip line 13 , here in a centered way (the slit 15 extends by the same amount on either side of the line 13), the slit 15 being disposed away from the end 18 of the line 13.
  • Circuit 2 is here produced with a double-sided printed circuit plate of the type known under the reference FR4, the dielectric plate 12 being made of epoxy glass and having a thickness of 0.8 mm, a length (dimension in the longitudinal direction) of 250 mm and a width (dimension along the transverse direction) of 200 mm.
  • the microstrip line 13 does not have a uniform width, but a width which decreases between its free end 18 and its connection end 19.
  • the microstrip line 13 comprises, from the free end 18, a section 20 of constant width extending from this end to beyond the slot 15 (see, in FIG. 5, the positioning of the axis 17 of this slot), a section 21 which is narrower and shorter than the section
  • the section 20 has a length (dimension in the longitudinal direction) of 115 mm, the distance between the free end 18 and the axis 17 of the slot 15 being 80 mm, and has a width of 1.5 mm; the length of the section 21 is 75 mm and its width 1 mm; while the length of the section 22 is
  • the slot 15 which is shown more particularly in FIG. 6, has a length (dimension in the transverse direction) of 110 mm and a width (dimension in the longitudinal direction) of 4 mm. As indicated above, the slot 15 is centered relative to the microstrip line 13, that is to say that it extends over a length of 55 mm on each side of the axis 16 of the line 13 .
  • the distance over which the slot 15 extends on either side of the microstrip line 13, in this case 55 mm, is less than the distance which would have been provided in a conventional flat antenna with resonant cavity between a circuit power supply and a conductive pad, which distance would have been dimensioned for the lower limit of the UHF band, namely 470 MHz.
  • this distance is equal to ⁇ d / 4, ⁇ d being equal to ⁇ -jî, with ⁇ 0 which is this frequency of 470 MHz and ⁇ r which is the relative permittivity of the dielectric plate.
  • the relative permittivity is 4.4 so that ⁇ d / 4 is equal to 85.58 mm, that is to say more than 30 mm in addition to the distance of 55 mm provided in the slot 15.
  • the distance of the radiating slit from the end of the microstrip line is equal to ⁇ d / 4, the distance provided in the illustrated antenna, ie here
  • the conductive plane 3 is produced by means of a self-supporting conductive plate 3, here an aluminum plate.
  • the plate 3 is larger than the circuit 12, so that the conducting plane produced by the plate 3 is larger than the ground plane 14, which allows the plane 3 to play the role of a reflector.
  • the block of insulating material 4 is made of a foam whose relative permittivity is substantially equal to that of air, that is to say substantially equal to 1.
  • the block 4 has the same length and the same width as the circuit 2 while its thickness is of the order of 20 mm.
  • the difference existing between the supply circuit 2 and the conductive plane 3, which corresponds to the thickness of the block 4 is much less than the distance provided for by the conventional rules of arrangement of a reflective plane vis- opposite a supply circuit.
  • the difference between the supply circuit and the reflective plane must be equal to ⁇ d / 4, ⁇ d being equal to ⁇ 1 l-fe, with ⁇ , which is the wavelength corresponding to the central frequency of the band to be received, here the UHF band, i.e. 665 MHz, ⁇ r being the relative permittivity of the insulating material present between the supply circuit and the reflective plane, relative permittivity which is here equal to 1, of so that the difference given by the conventional rules is of the order of 113 mm.
  • the conducting plane 3 is disposed much closer to the supply circuit than according to conventional rules for positioning a reflector, is favorable to the compactness of the antenna 1.
  • the conducting blocks 5, 6 and 7 are arranged parallel to the supply circuit 2 on the side of the conducting plane 14 with a block of insulating material 8 disposed between the conducting plane 14 and the block conductor 5, a block of insulating material 9 disposed between the block 5 and the block 6 and a block of insulating material 10 disposed between the block 6 and the block 7.
  • each of the blocks 5, 6 and 7 extends on either side with respect to the slot 15 in the longitudinal direction and extends on both sides with respect to the microstrip line 13 in the transverse direction.
  • each of the blocks 5, 6 and 7 is centered with respect to the line 13 and with respect to the slot 15, that is to say that the center of each of these blocks coincides with the intersection of the axes 16 and 17.
  • Block 5 is smaller than block 6 and smaller than block 7, block
  • block 5 both in the longitudinal direction and in the transverse direction, are much smaller than those given by the conventional dimensioning rules of planar antennas with supply circuit and with conductive block.
  • the rule is that the dimension of the block in the transverse direction, must be greater than the length of the radiating slot, while the transverse dimension of the block 5 is much less than the length of the slot 15 (here, these dimensions are respectively 65 mm and 110 mm).
  • the classic dimensioning rule is that the size of the block must be equal to ⁇ d / 2, ⁇ d being equal to ⁇ l-f ⁇ , with ⁇ , which is the wavelength corresponding to the frequency on which must be tuned the resonant cavity, here the central frequency of the UHF band, or 665 MHz, ⁇ r being the relative permittivity of the insulating material present between the supply circuit and the conductive pad, permittivity which is here substantially equal to 1 (block 8 is made of the same material as foam block 4), which would give a dimension for the paver, in the longitudinal direction, of 225.6 mm, whereas here the longitudinal dimension of the paver 5 n is only 65mm, or about four times less.
  • the inventor was able to establish that the use of the three conducting blocks 5, 6 and
  • the blocks 9 and 10, like the block 8, are made of the same material as the block 4, and therefore have a relative permittivity close to that of air, that is to say substantially equal to 1. Generally, to obtain good results, it is desirable that the relative permittivity of the insulating material is less than 3 and is preferably between 1 and 1, 1.
  • each of the conducting blocks 5, 6 and 7 has been implemented by the deposition, respectively on the blocks 8, 9 and 10, of a layer of conductive material.
  • connection means 11 is produced by a male F-type base, the central conductor of which is welded to the microstrip line 13 at the end 19 and the shielding or peripheral conductor of which is welded to the plane mass 14.
  • the characteristic impedance between the microstrip line 13 and the ground plane 14 is 50 Ohms at the level of the section 20, and therefore, in particular, at the level of the slot 15, while at the section 22, and therefore, in particular, at the connection means 11, the characteristic impedance is 75 Ohms.
  • This last characteristic impedance value is that used by television reception equipment.
  • the antenna 1 can therefore be directly connected to a coaxial cable for transporting the received signal, without the need to provide an intermediate impedance matching device.
  • microstrip line 13 it would have been possible to size the microstrip line 13 so that it retains the same width over its entire extent, corresponding to a characteristic impedance of 75 Ohms.
  • this width would have been much smaller than the width of 1.5 mm provided in particular at the level of the slot 15, which could in particular have caused coupling difficulties with this slot, and, in any case, would have been more difficult to manufacture only the line 13.
  • the line 13 is replaced by another microstrip line having two end sections which, like the sections 20 and 22, keep a constant width allowing them to offer a characteristic resistance of 50 Ohms and 75 Ohms respectively, the connection between these two end sections not being made by a section with constant width, but by a section whose width varies progressively from that of one of the section end to that of the other end section.
  • This variant is preferable in certain applications, in particular in the space field, in order to avoid the intermodulation phenomena likely to be created by the steps existing at each end of the intermediate section such as 21.
  • the characteristic impedance values of 50 Ohms and 75 Ohms are interesting because they are widely used in practice, notably, respectively, in measuring devices and in televisions, but as a variant of other impedance values characteristic are employed.
  • the insulating material formed by the foam blocks 4, 8, 9 and 10 is replaced by air, the spacing between the different elements that constitute the supply circuit 2, the plane conductor 3 and the conductive blocks 5, 6 and 7 being maintained by means of spacers and / or by means of a profile which surrounds the antenna.
  • connection means 11 formed by a type F base is replaced by a section of coaxial cable; the radiating slit is not centered with respect to the microstrip line and / or one or several of the conductive blocks are not centrally arranged; and / or the relatively wide frequency band received is a band other than the UHF band and / or measures are provided in the antenna 1 to also receive another frequency band, in particular the VHF band.
  • the antenna does not include the conducting blocks 6 and 7 and the blocks 9 and 10.

Landscapes

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Abstract

Une antenne qui comporte un circuit d'alimentation (2) ; un plan conducteur (3) dispose parallèlement à ce circuit du côté de sa ligne microruban (13) ; et au moins un pavé conducteur (5), dispose parallèlement au circuit d'alimentation (2) du côté de son plan conducteur (14), avec, suivant la direction de la fente (15) du circuit d'alimentation, la dimension de ce pavé qui est plus petite que la longueur de la fente (15) ; ainsi qu'un moyen de connexion (11) respectivement à la ligne microruban (13) et au plan de masse (14).

Description

ANTENNE
L'invention a trait aux antennes planes.
Elle vise à fournir une telle antenne qui soit tout à la Ibis performante en matière de réception et commode d'utilisation. . -.
Elle propose à cet effet une antenne, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- Un circuit d'alimentation comportant une plaque diélectrique ; une ligne microruban disposée contre une première face de ladite plaque, ladite ligne microruban s'étendant suivant une direction longitudinale entre une extrémité libre et une extrémité de connexion ; et un plan de masse disposé contre la seconde face de ladite plaque, ledit plan de masse présentant une fente rayonnante s'étendant suivant une direction transversale, de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban et à l'écart par rapport l'extrémité libre de cette ligne ;
- un plan conducteur disposé parallèlement audit circuit d'alimentation du côté de ladite ligne microrubaπ, une matière isolante étant présente entre ledit circuit d'alimentation et ledit plan conducteur ;
- un pavé conducteur, disposé parallèlement audit circuit d'alimentation du côté dudit plan de masse, une matière isolante étant présente entre ledit circuit d'alimentation et ledit premier pavé, celui-ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban suivant ladite direction transversale, la dimension dudit pavé conducteur suivant ladite direction transversale étant est plus petite que la dimension de ladite fente suivant cette direction ; et - un moyen de connexion respectivement audit plan de masse et à ladite ligne microruban au niveau de ladite extrémité de connexion.
Bien que cela soit surprenant, l'inventeur a pu établir que la combinaison d'un circuit d'alimentation avec, d'un côté, un plan conducteur qui joue le rôle d'un réflecteur et, de l'autre côté, un pavé conducteur dimensioπné comme exposé ci-dessus, c'est-à-dire sous-dimensionné par rapport aux règles conventionnelles de construction d'une antenne, permet d'obtenir d'excellentes performances.
On notera que l'inventeur a également établi qu'il est possible, avec une antenne selon l'invention, d'obtenir un grand angle d'ouverture, pouvant par exemple atteindre 60°, ce qui rend le pointage de l'antenne particulièrement aisé.
Par ailleurs, le caractère plan de l'antenne selon l'invention lui confère une excellente commodité d'utilisation.
Selon des caractéristiques préférées pour des raisons pratiques de mise en œuvre, suivant ladite direction longitudinale, la dimension du pavé conducteur est inférieure à λd /2 , λd étant égal à λ ^ , avec λ1 qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande UHF, soit 665 MHz, εr étant la permittivité relative de la matière isolante présente entre le circuit d'alimentation et le pavé conducteur.
Selon d'autres caractéristiques préférées, l'antenne selon l'invention comporte en outre :
- un deuxième pavé conducteur, disposé parallèlement au premier pavé conducteur à l'opposé dudit circuit d'alimentation, une matière isolante étant présente entre ledit premier pavé et ledit deuxième pavé, celui-ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban suivant ladite direction transversale ; et
- un troisième pavé conducteur, disposé parallèlement au deuxième pavé conducteur à l'opposé du premier pavé conducteur, une matière isolante étant présente entre ledit deuxième pavé et ledit troisième pavé, celui-ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban suivant ladite direction transversale.
Bien que cela soit surprenant avec une antenne plane à cavité résonnante, qui est par nature une antenne à bande étroite, l'inventeur a pu établir que la présence du deuxième pavé et du troisième pavé permet d'obtenir un fonctionnement performant sur une bande aussi large que la bande UHF, s'étendant de 470 MHz à 860 MHz, tant le rendement que le rapport d'ondes stationnaires (ROS) à l'accès à l'antenne pouvant rester de qualité sur toute la longueur d'une telle bande.
De préférence, en raison de la qualité des résultats obtenus ainsi que pour des raisons pratiques de mise en œuvre : - ledit premier pavé conducteur est plus petit que ledit deuxième pavé conducteur et plus petit que ledit troisième pavé conducteur et en ce que ledit deuxième pavé conducteur est plus grand que ledit troisième pavé conducteur ; et/ou
- l'écart entre ledit circuit d'alimentation et ledit premier pavé conducteur est plus petit que l'écart entre ledit premier pavé conducteur et ledit deuxième pavé conducteur, ce dernier écart étant à son tour plus petit que l'écart entre ledit deuxième pavé conducteur et ledit troisième pavé conducteur ; et/ou
- chacun desdits premier pavé conducteur, deuxième pavé conducteur et troisième pavé conducteur est centré par rapport à ladite fente rayonnante suivant ladite direction longitudinale et centré par rapport à ladite ligne microruban suivant ladite direction transversale.
Selon d'autres caractéristiques préférées, favorables à la compacité de l'antenne et/ou à ses performances en matière de réception, ainsi que pour des raisons de simplicité de mise en œuvre : - ladite plaque diélectrique présente une permittivité relative au moins égale à
4,4; et/ou
- ladite plaque diélectrique est en verre époxy ; et/ou
- ladite plaque diélectrique présente une épaisseur de 0,8 mm ; et/ou
- ledit plan de masse présente une longueur de 250 mm et une largeur de 200 mm ; et/ou
- ladite fente rayonnante s'étend de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban sur une distance inférieure à λd /4 , λd étant égal à λD /Vεr . avec λ0 qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence limite inférieure de la bande UHF, soit 470 MHz, εr étant la permittivité relative de la plaque diélectrique ; et/ou
- l'écart de ladite fente rayonnante par rapport à l'extrémité libre de ladite ligne microruban est inférieur e λd /4 , λd étant égal à λ0 / /ε7 , avec λ0 qui est la fréquence limite inférieure de la bande UHF, soit 470 MHz, εr étant la permittivité relative de la plaque diélectrique ; et/ou
- chaque dite matière isolante a une permittivité relative inférieure à 3 ; et de façon plus particulièrement préférée chaque dite matière isolante a une permittivité relative comprise entre 1 et 1 ,1 ; et/ou
- l'écart entre ledit circuit d'alimentation et ledit pian conducteur est inférieur à λ„ /4, λd étant égal à λ <jtχ , avec λΛ qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande UHF, soit 665 MHz, εr étant la permittivité relative de ladite matière isolante présente entre ledit circuit d'alimentation et ledit plan conducteur et de façon plus particulièrement préférée, cet écart est compris entre 15% et 20% de λd /4 ;
- ledit plan conducteur est formé par une plaque conductrice ; et ou
- ledit plan conducteur est plus grand que ledit plan de masse ; et/ou
- ladite fente a une largeur de 4 mm et une longueur de 110 mm ; et/ou - l'écart de ladite fente par rapport à l'extrémité libre de ladite ligne microruban est de 80 mm ; et/ou
- ledit circuit d'alimentation est réalisé avec une plaque de circuit imprimé double face ; et/ou
- chaque dite matière isolante est un panneau de mousse ou bien chaque dite matière isolante est de l'air.
L'exposé de l'invention sera maintenant poursuivi par la description d'un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ceux-ci :
- la figure 1 est une vue en plan de l'antenne selon l'invention, montrant le contour de chacun des différents éléments qu'elle comporte ;
- la figure 2 est la vue en élévation-coupe repérée par ll-ll sur la figure 1
- la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 mais montrant l'antenne sous forme éclatée ;
- la figure 4 est une vue en perspective du circuit d'alimentation de cette antenne ;
- la figure 5 est une vue en plan montrant plus en détail la ligne microruban du circuit d'alimentation ; et - la figure 6 est une vue en plan montrant plus en détail la fente rayonnante de ce circuit.
L'antenne 1 illustrée est une antenne passive spécialement conçue pour la réception de la bande UHF s'étendant de 470 MHz à 860 MHz. Elle comporte un circuit d'alimentation 2, un plan conducteur 3 disposé parallèlement au circuit d'alimentation du côté que l'on voit en bas sur les dessins, un bloc 4 de matière isolante présent entre le circuit 2 et le plan 3, ainsi que trois pavés conducteurs superposés 5, 6 et 7, chacun disposé parallèlement au circuit 2, trois blocs de matière isolante 8, 9 et 10 étant respectivement prévus entre le circuit 2 et le pavé 5, entre le pavé 5 et le pavé 6 et entre le pavé
6 et le pavé 7, l'antenne 1 comportant également un moyen de connexion 11.
Le circuit d'alimentation 2 comporte une plaque diélectrique 12, une ligne microruban 13 disposée contre la face de la plaque 12 située du côté que l'on voit en bas sur les dessins, et un plan de masse 14 disposé contre l'autre face de la plaque 12, le plan 14 présentant une fente rayonnante 15.
La ligne microruban 13 s'étend suivant la direction longitudinale, c'est-à- dire la direction orientée horizontalement sur les dessins et suivant laquelle est disposé l'axe 16 (figure 1). La fente 15 est orientée suivant la direction transversale, c'est-à-dire la direction orientée verticalement sur les dessins et suivant laquelle est orienté l'axe 17 (figures 1 , 5 et 6).
La ligne microruban 13 est centrée sur l'axe 16 qui est situé à mi- distance des bords longitudinaux de la plaque 12. La fente 15 est centrée sur l'axe 17 qui est situé à mi-distance des bords transversaux de la plaque 12. L'intersection entre les axes 16 et 17 correspond donc au centre de la plaque 12, et par conséquent du plan de masse 14, qui a ici exactement les mêmes dimensions que la plaque 12.
La ligne microruban 13 s'étend entre une extrémité libre 18 et une extrémité de connexion 19, ici située sur un bord de la plaque diélectrique 12. La fente rayonnante 15 s'étend de part et d'autre par rapport à la ligne microruban 13, ici de façon centrée (la fente 15 s'étend de la même quantité de part et d'autre de la ligne 13), la fente 15 étant disposée à l'écart par rapport à l'extrémité 18 de la ligne 13. Le circuit 2 est ici réalisé avec une plaque de circuit imprimé double face du type connu sous la référence FR4, la plaque diélectrique 12 étant en verre époxy et ayant une épaisseur de 0,8 mm, une longueur (dimension suivant la direction longitudinale) de 250 mm et une largeur (dimension suivant la direction transversale) de 200 mm.
Du côté de la face de la plaque 12 que l'on voit en bas sur les dessins, il n'a été conservé de la couche conductrice initiale que la ligne microruban 13, le reste de la couche conductrice ayant été enlevé par une technique conventionnelle de gravure de circuit imprimé. Du côté de l'autre face de la plaque diélectrique 12, la couche conductrice a été conservée dans sa totalité pour former le plan de masse 14, à l'exception toutefois de la portion correspondant à la fente 15, qui a été enlevée par une technique conventionnelle de gravure de circuit imprimé.
Comme on le voit sur la figure 5, la ligne microruban 13 n'a pas une largeur uniforme, mais une largeur qui décroît entre son extrémité libre 18 et son extrémité de connexion 19.
Plus précisément, la ligne microruban 13 comporte, à partir de l'extrémité libre 18, un tronçon 20 de largeur constante s'étendant de cette extrémité jusqu'au-delà de la fente 15 (voir, sur la figure 5, le positionnement de l'axe 17 de cette fente), un tronçon 21 moins large et moins long que le tronçon
20 et encore un autre tronçon 22, s'étendant entre le tronçon 21 et l'extrémité de connexion 19, encore moins large et moins long.
Ici, le tronçon 20 a une longueur (dimension suivant la direction longitudinale) de 115 mm, l'écart entre l'extrémité libre 18 et l'axe 17 de la fente 15 étant de 80 mm, et a une largeur de 1 ,5 mm ; la longueur du tronçon 21 est de 75 mm et sa largeur de 1 mm ; tandis que la longueur du tronçon 22 est de
15 mm et sa largeur de 0,7 mm.
Comme on le verra ci-après, cet agencement est intéressant notamment pour des questions d'adaptation d'impédance. La fente 15, qui est représentée plus particulièrement sur la figure 6, présente une longueur (dimension suivant la direction transversale) de 110 mm et une largeur (dimension suivant la direction longitudinale) de 4 mm. Comme indiqué ci-dessus, la fente 15 est centrée par rapport à la ligne microruban 13, c'est-à-dire qu'elle s'étend sur une longueur de 55 mm de chaque côté de l'axe 16 de la ligne 13.
On notera que la distance sur laquelle la fente 15 s'étend de part et d'autre de la ligne microruban 13, soit ici 55 mm, est inférieure à la distance qui aurait été prévue dans une antenne plane conventionnelle à cavité résonnante entre un circuit d'alimentation et un pavé conducteur, laquelle distance aurait été dimensionnée pour la limite inférieure de la bande UHF, soit 470 MHz.
En effet, dans les antennes conventionnelles, cette distance est égale à λd /4, λd étant égal à λ -jî , avec λ0 qui est cette fréquence de 470 MHz et εr qui est la permittivité relative de la plaque diélectrique.
Ici, la plaque 12 étant en verre époxy, la permittivité relative est de 4,4 de sorte que λd /4 est égal à 85,58 mm, soit davantage que 30 mm en plus de la distance de 55 mm prévue dans la fente 15. De même, alors que dans les antennes planes conventionnelles susmentionnées, l'écart de la fente rayonnante par rapport à l'extrémité de la ligne microruban est égal à λd /4, l'écart prévu dans l'antenne illustrée, soit ici
80 mm, est plus petit que λd /4.
On notera que les trois paramètres qui viennent d'être mentionnés, à savoir :
- la permittivité relative élevée de la plaque diélectrique 12 ;
- la longueur réduite de la fente rayonnante 15 ;
- la taille réduite de l'écart de la fente rayonnante 15 par rapport à l'extrémité libre 18 de la ligne 13 ; ont probablement pour effet conjoint de concentrer le champ électromagnétique au voisinage de la fente 15, au bénéfice des performances de l'antenne en matière de réception, ainsi, par ailleurs, qu'au bénéfice de la compacité de l'antenne.
D'une façon générale, il est intéressant, pour des questions de rendement de l'antenne, d'utiliser une plaque diélectrique 12 ayant une permittivité relative élevée, supérieure ou égale à celle du verre époxy, soit 4,4. Dans l'antenne 1 illustrée, le plan conducteur 3 est réalisé grâce à une plaque conductrice autoporteuse 3, ici une plaque d'aluminium.
Comme on le voit sur les figures 1 à 3, la plaque 3 est plus grande que le circuit 12, de sorte que le plan conducteur que réalise la plaque 3 est plus grand que le plan de masse 14, ce qui permet au plan 3 de jouer le rôle d'un réflecteur.
Le bloc de matière isolante 4 est fait dans une mousse dont la permittivité relative est sensiblement égale à celle de l'air, c'est-à-dire sensiblement égale à 1.
Dans l'exemple illustré, le bloc 4 a la même longueur et la même largeur que le circuit 2 tandis que son épaisseur est de l'ordre de 20 mm.
On notera que l'écart existant entre le circuit d'alimentation 2 et le plan conducteur 3, qui correspond à l'épaisseur du bloc 4, est largement inférieur à la distance prévue par les règles conventionnelles de disposition d'un plan réflecteur vis-à-vis d'un circuit d'alimentation. Selon ces règles conventionnelles, l'écart entre le circuit d'alimentation et le plan réflecteur doit être égal à λd /4, λd étant égal à λ1 l-fe , avec λ, qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande à recevoir, ici la bande UHF, soit 665 MHz, εr étant la permittivité relative de la matière isolante présente entre le circuit d'alimentation et le plan réflecteur, permittivité relative qui est ici égale à 1 , de sorte que l'écart donné par les règles conventionnelle est de l'ordre de 113 mm.
On voit que l'écart prévu en pratique dans l'antenne 1 (20 mm) ne correspond qu'à 17% de l'écart selon les règles conventionnelles.
D'une façon générale, de bons résultats sont obtenus avec un écart compris entre 15 et 20% de l'écart conventionnel.
On notera par ailleurs que le fait que le plan conducteur 3 soit disposé beaucoup plus près du circuit d'alimentation que selon les règles conventionnelles de positionnement d'un réflecteur, est favorable à la compacité de l'antenne 1. Comme indiqué ci-dessus, les pavés conducteurs 5, 6 et 7 sont disposés parallèlement au circuit d'alimentation 2 du côté du plan conducteur 14 avec un bloc de matière isolante 8 disposé entre le plan conducteur 14 et le pavé conducteur 5, un bloc de matière isolante 9 disposé entre le pavé 5 et le pavé 6 et un bloc de matière isolante 10 disposé entre le pavé 6 et le pavé 7.
Comme on le voit sur la figure 1 , chacun des pavés 5, 6 et 7 s'étend de part et d'autre par rapport à la fente 15 suivant la direction longitudinale et s'étend de part et d'autre par rapport à la ligne microruban 13 suivant la direction transversale.
Plus précisément, ici, chacun des pavés 5, 6 et 7 est centré par rapport à la ligne 13 et par rapport à la fente 15, c'est-à-dire que le centre de chacun de ces pavés coïncide avec l'intersection des axes 16 et 17. Le pavé 5 est plus petit que le pavé 6 et plus petit que le pavé 7, le pavé
6 étant plus grand que le pavé 7.
On notera que les dimensions du pavé 5, tant suivant la direction longitudinale que suivant la direction transversale, sont largement inférieures à celles données par les règles de dimensionnement conventionnelles des antennes planes à circuit d'alimentation et à pavé conducteur.
En effet, la règle est que la dimension du pavé suivant la direction transversale, doit être plus grande que la longueur de la fente rayonnante, alors que la dimension transversale du pavé 5 est largement inférieure à la longueur de la fente 15 (ici, ces dimensions sont respectivement 65 mm et 110mm). Suivant la direction longitudinale, la règle de dimensionnement classique est que la dimension du pavé doit être égale à λd /2 , λd étant égal à λ l-fë , avec λ, qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence sur laquelle on doit accorder la cavité résonnante, ici la fréquence centrale de la bande UHF, soit 665 MHz, εr étant la permittivité relative de la matière isolante présente entre le circuit d'alimentation et le pavé conducteur, permittivité qui est ici sensiblement égale à 1 (le bloc 8 est fait dans la même matière que le bloc de mousse 4), ce qui donnerait une dimension pour le pavé, suivant la direction longitudinale, de 225,6 mm, alors qu'ici la dimension longitudinale du pavé 5 n'est que de 65 mm, soit environ quatre fois moins. L'inventeur a pu établir que l'emploi des trois pavés conducteurs 5, 6 et
7, ainsi agencés, permet d'effectuer avec d'excellentes performances une réception sur la totalité de la bande UHF, alors qu'en principe une antenne plane à cavité résonnante est une antenne à bande étroite.
Il semblerait qu'en disposant ainsi plusieurs pavés conducteurs, on crée une multiplicité de cavités résonnantes accordées sur différentes fréquences réparties dans la bande UHF, mais il n'en demeure pas moins surprenant que cette multitude de cavités puisse coexister sans se gêner mutuellement.
Les blocs 9 et 10, de même que le bloc 8, sont faits dans la même matière que le bloc 4, et ont donc une permittivité relative proche de celle de l'air, c'est-à-dire sensiblement égale à 1. D'une façon générale, pour obtenir de bons résultats, il est souhaitable que la permittivité relative de la matière isolante soit inférieure à 3 et soit de préférence comprise entre 1 et 1 ,1.
L'inventeur pense en effet que de telles valeurs de permittivité permettent d'élargir la bande passante sans qu'il y ait apparition de modes supérieurs.
Ici, chacun des pavés conducteurs 5, 6 et 7 a été mis en œuvre par le dépôt, respectivement sur les blocs 8, 9 et 10, d'une couche de matière conductrice.
On notera que, pour la clarté du dessin, l'épaisseur des couches de matière conductrice 13, 14, 5, 6 et 7 a été exagérée, ces couches étant très fines dans la pratique.
Dans l'antenne 1 , le moyen de connexion 11 est réalisé par une embase de type F mâle, dont le conducteur central est soudé à la ligne microruban 13 au niveau de l'extrémité 19 et dont le blindage ou conducteur périphérique est soudé au plan de masse 14.
Compte tenu des caractéristiques géométriques et électriques des différents composants de l'antenne 1 , l'impédance caractéristique entre la ligne microruban 13 et le plan de masse 14 est de 50 Ohms au niveau du tronçon 20, et donc, en particulier, au niveau de la fente 15, tandis qu'au niveau du tronçon 22, et donc, en particulier, au niveau du moyen de connexion 11 , l'impédance caractéristique est de 75 Ohms.
Cette dernière valeur d'impédance caractéristique est celle employée par les appareils de réception des émissions de télévision. L'antenne 1 peut donc être directement connectée à un câble coaxial de transport du signal capté, sans qu'il soit besoin de prévoir un dispositif intermédiaire d'adaptation d'impédance.
On notera qu'il aurait été possible de dimensionner la ligne microruban 13 de sorte qu'elle garde sur toute son étendue la même largeur, correspondant à une impédance caractéristique de 75 Ohms.
Cependant, cette largeur aurait été beaucoup plus petite que la largeur de 1 ,5 mm prévue notamment au niveau de la fente 15, ce qui aurait pu notamment provoquer des difficultés de couplage avec cette fente, et, en tout cas, aurait été plus difficile à fabriquer que fa ligne 13. Dans une variante non illustrée de l'antenne 1 , la ligne 13 est remplacée par une autre ligne microruban ayant deux tronçons extrêmes qui, comme les tronçons 20 et 22, gardent une largeur constante leur permettant d'offrir une résistance caractéristique respectivement de 50 Ohms et de 75 Ohms, le raccordement entre ces deux tronçons d'extrémité ne s'effectuant pas par un tronçon à largeur constante, mais par un tronçon dont la largeur varie progressivement de celle de l'un des tronçon d'extrémité à celle de l'autre tronçon d'extrémité. Cette variante est préférable dans certaines applications, notamment du domaine spatial, afin d'éviter les phénomènes d'intermodulation susceptibles d'être créés par les marches existant à chaque extrémité du tronçon intermédiaire tel que 21.
Les valeurs d'impédance caractéristiques de 50 Ohms et de 75 Ohms sont intéressant parce qu'elles sont largement employées dans la pratique, notamment, respectivement, dans les appareils de mesure et dans les téléviseurs, mais en variante d'autres valeurs d'impédance caractéristique sont employées.
Dans d'autres variantes non illustrées, la matière isolante formée par les blocs de mousse 4, 8, 9 et 10 est remplacée par de l'air, l'espacement entre les différents éléments que constituent le circuit d'alimentation 2, le plan conducteur 3 et les pavés conducteurs 5, 6 et 7 étant maintenu grâce à des entretoises et/ou grâce à un profilé qui ceinture l'antenne.
Dans encore d'autres variantes non illustrées, le moyen de connexion 11 formé par une embase de type F est remplacé par un tronçon de câble coaxial ; la fente rayonnante n'est pas centrée par rapport à ligne microruban et/ou un ou plusieurs des pavés conducteurs ne sont pas disposés de façon centrée ; et/ou la bande de fréquence relativement large reçue est une bande autre que la bande UHF et/ou des mesures sont prévues dans l'antenne 1 pour recevoir également une autre bande de fréquence, notamment la bande VHF. Toujours dans des variantes non illustrées, qui conviennent lorsque l'on souhaite capter une bande de fréquence moins large que la bande UHF, l'antenne ne comporte pas les pavés conducteurs 6 et 7 et les blocs 9 et 10.
De nombreuses autres variantes sont possibles en fonction des circonstances, et on rappelle à cet égard que l'invention ne se limite pas aux exemples décrits et représentés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Antenne, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- Un circuit d'alimentation (2) comportant une plaque diélectrique (12) ; une ligne microruban (13) disposée contre une première face de ladite plaque (12), ladite ligne microruban (13) s'étendant suivant une direction longitudinale entre une extrémité libre (18) et une extrémité de connexion (19) ; et un plan de masse (14) disposé contre la seconde face de ladite plaque (12), ledit plan de masse (14) présentant une fente rayonnante (15) s'étendant suivant une direction transversale, de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban (13) et à l'écart par rapport l'extrémité libre (18) de cette ligne ; - un plan conducteur (3) disposé parallèlement audit circuit d'alimentation (2) du côté de ladite ligne microruban (13), une matière isolante (4) étant présente entre ledit circuit d'alimentation (2) et ledit plan conducteur
(3) ;
- un pavé conducteur (5), disposé parallèlement audit circuit d'alimentation (2) du côté dudit plan de masse (14), une matière isolante (8) étant présente entre ledit circuit d'alimentation (2) et ledit premier pavé (5), celui- ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente (15) suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban (13) suivant ladite direction transversale, la dimension dudit pavé conducteur (5) suivant ladite direction transversale étant est plus petite que la dimension de ladite fente (15) suivant cette direction ; et
- un moyen de connexion (11) respectivement audit plan de masse (14) et à ladite ligne microruban (13) au niveau de ladite extrémité de connexion (19).
2. Antenne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que, suivant ladite direction longitudinale, la dimension du pavé conducteur (5) est inférieure à λd /2, λd étant égal à
Figure imgf000015_0001
, avec λ1 qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande UHF, soit 665 MHz, εr étant la permittivité relative de la matière isolante (8) présente entre le circuit d'alimentation (2) et le pavé conducteur (5).
3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre : - un deuxième pavé conducteur (6), disposé parallèlement au premier pavé conducteur (5) à l'opposé dudit circuit d'alimentation (2), une matière isolante (9) étant présente entre ledit premier pavé (5) et ledit deuxième pavé (6), celui-ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente (15) suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban (13) suivant ladite direction transversale ; et
- un troisième pavé conducteur (7), disposé parallèlement au deuxième pavé conducteur (6) à l'opposé du premier pavé conducteur (5), une matière isolante (10) étant présente entre ledit deuxième pavé (6) et ledit troisième pavé (7), celui-ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente (15) suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban (13) suivant ladite direction transversale.
4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit premier pavé conducteur (5) est plus petit que ledit deuxième pavé conducteur (6) et plus petit que ledit troisième pavé conducteur (7) et en ce que ledit deuxième pavé conducteur (6) est plus grand que ledit troisième pavé conducteur (7).
5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que l'écart entre ledit circuit d'alimentation (2) et ledit premier pavé conducteur (5) est plus petit que l'écart entre ledit premier pavé conducteur (5) et ledit deuxième pavé conducteur (6), ce dernier écart étant à son tour plus petit que l'écart entre ledit deuxième pavé conducteur (6) et ledit troisième pavé conducteur (7).
6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que chacun desdits premier pavé conducteur (5), deuxième pavé conducteur (6) et troisième pavé conducteur (7) est centré par rapport à ladite fente rayonnante (15) suivant ladite direction longitudinale et centré par rapport à ladite ligne microruban (13) suivant ladite direction transversale.
7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite plaque diélectrique (12) présente une permittivité relative au moins égale à 4,4.
8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite plaque diélectrique (12) est en verre époxy.
9. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite plaque diélectrique (12) présente une épaisseur de 0,8 mm.
10. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit plan de masse (14) présente une longueur de 250 mm et une largeur de 200 mm.
11. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ladite fente rayonnante (15) s'étend de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban (13) sur une distance inférieure à λd /4 , λd étant égal à λ0 / εr , avec λ0 qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence limite inférieure de la bande UHF, soit 470 MHz, εr étant la permittivité relative de la plaque diélectrique (12).
12. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'écart de ladite fente rayonnante (15) par rapport à l'extrémité libre (18) de ladite ligne microruban (13) est inférieur à λd /4 , λd étant égal à λ0 / /εr " , avec λ0 qui est la fréquence limite inférieure de la bande
UHF, soit 470 MHz, εr étant la permittivité relative de la plaque diélectrique (12).
13. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que chaque dite matière isolante (4, 8, 9, 10) a une permittivité relative inférieure à 3.
14. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que chaque dite matière isolante (4, 8, 9, 10) a une permittivité relative comprise entre 1 et 1,1.
15. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que l'écart entre ledit circuit d'alimentation (2) et ledit plan conducteur (3) est inférieur à λd 14 , λd étant égal à λ1 l- , avec λ, qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande UHF, soit 665 MHz, εr étant la permittivité relative de ladite matière isolante (4) présente entre ledit circuit d'alimentation (2) et ledit plan conducteur (3).
16. Antenne selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit écart est compris entre 15% et 20% de λd 14.
17. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que ledit plan conducteur est formé par une plaque conductrice (3).
18. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que ledit plan conducteur (3) est plus grand que ledit plan de masse (14).
19. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que ladite fente rayonnante (15) est disposée, suivant ladite direction transversale, centrée par rapport à ladite ligne microruban (13).
20. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que ladite fente (15) a une largeur de 4 mm et une longueur de 110 mm.
21. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisée en ce que l'écart de ladite fente (15) par rapport à l'extrémité libre (18) de ladite ligne microruban est de 80 mm.
22. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 , caractérisée en ce que ledit circuit d'alimentation (2) est réalisé avec une plaque de circuit imprimé double face.
23. Antenne selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisée en ce que chaque dite matière isolante (4, 8, 9, 10) est un panneau de mousse.
24. Antenne selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisée en ce que chaque dite matière isolante est de l'air.
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