WO2005117208A1 - Antenne planaire à plots conducteurs à partir du plan de masse et/ou d'au moins un élément rayonnant, et procédé de fabrication correspondant. - Google Patents
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Definitions
- the field of the invention is that of planar antennas, of the type comprising at least one radiating element (also called "patch", planar pattern, radiating pattern or printed pattern) separated from a ground plane by a dielectric.
- radiating element also called "patch", planar pattern, radiating pattern or printed pattern
- Today is experiencing a considerable development of mobile networks and, more generally, of all "wireless” networks.
- these systems provide attractive responses on many points, such as connection flexibility, mobility, redeployment or the possibility of extending networks, this growth should continue to increase very significantly in the future.
- the radiating elements are part of the key components, for which the requested specifications are increasingly restrictive. It is of course constantly necessary to optimize all of the electrical performance of these antennas, but also to satisfy increasingly critical criteria, such as the size, the weight or the cost of these components.
- the object of the invention is in particular to provide a technique quite different from those used until today to increase the equivalent electrical length of the printed pattern (radiating element or patch) of the antenna, so as to obtain a very compact planar antenna.
- a complementary objective of the invention is to provide such a technique which is simple to implement and inexpensive.
- the invention also aims to provide such a technique which can be applied to any type of planar radiating structures, such as the basic antennas "half-wave patches" or “quarter-wave patches”, the antennas “annular patches” , antennas “patches with registered slots”, PIFA antennas (Planar Inverted-F Antenna) ...
- the antenna advantageously comprises, for at least one of the intermediate radiating elements, a sixth set of conductive pads connected to a second face of said intermediate radiating element and extending towards, without being connected to, another of said radiating elements which precedes said intermediate radiating element in a direction of travel from said superposition of the primary radiating element towards the upper radiating element.
- the antenna advantageously comprises a seventh set of conductive pads connected to a first face of said upper radiating element and extending towards, without being connected to, another of said radiating elements which precedes said upper radiating element along a direction of travel of said superposition of the primary radiating element towards the upper radiating element.
- Figure 12 is a sectional view of an antenna configuration with two stacked radiating elements, according to the invention
- Figure 13 is a sectional view of an alternative antenna to a radiating element according to the invention, in which the ground plane and the underside of the single radiating element have conductive pads
- Figure 14 is a sectional view of an alternative antenna with two radiating elements according to the invention, in which the ground plane and the two faces of the primary radiating element have conductive pads
- Figure 15 is a sectional view of another alternative antenna to a radiating element according to the invention, in which the ground plane is flat and the single radiating element is shaped
- the pads are distributed in an arrangement respecting this symmetry. It is therefore quite possible to operate the antenna according to two crossed linear polarizations, even in circular polarization. The solution developed, based on studs, is therefore not in itself an obstacle to the use of the antenna for any type of desired polarization.
- FIG. 6 presents an example of antenna obtained with this first embodiment of the method of manufacturing antenna according to the invention, based on the use of a three-dimensional metal part 7 (integrating the radiating element 1 and the studs 4) and positioning supports 8.
- the radiating element (patch) and the pads are produced in the following manner: a conducting part 171 (for example a metal foil) comprising a central part forming the radiating element 1 is produced; a plurality of conductive tabs are cut around the periphery of this conductive part (that is to say in eccentric parts of this part, adjacent to the central part); the conductive tabs are folded back, relative to the central part, so as to form conductive pads 4 connected to the radiating element 1. Once folded (for example orthogonally to the central part forming the radiating element), the conductive tabs 4 are for example positioned on the edges of a substrate forming a support element 170.
- FIG. 8 illustrates experimental results of this first prototype planar antenna according to the invention.
- the antenna was characterized by adaptation and transmission along the preferred axis of radiation.
- the measurement in transmission is based on the implementation of a simple link budget between the developed prototype and a reference antenna (in this case, a printed dipole). It should be noted that, since this link budget is not carried out in an anechoic chamber, the result presented only illustrates the radiation in a qualitative manner.
- a second prototype miniature antenna is a quarter-wave patch antenna, with ground feedback located on one of the sections support.
- This antenna was printed on a 25x25x 10mm substrate 3 and transferred to a ground plane of 100x100mm 2 .
- FIG. 10 illustrates experimental results of this second prototype planar antenna according to the invention.
- This second prototype was also characterized in adaptation and transmission. These results can be compared to those of a conventional quarter-wave patch type antenna, of geometry quite similar to that of the second prototype, except for the presence of non-through vias, and whose performance is given in the figure. he. As illustrated in these figures 10 and 11, there is again a clear shift towards the low frequencies for the antenna according to the invention (with non-through vias), hence the possibilities of significant reduction in the dimension of the radiant element (basic printed motif).
- the general principle of the invention (adding studs under the surface of a radiating element in order to reduce at least one physical dimension (length and / or width) for a fixed resonance frequency) can also be used.
- planar antennas with several stacked elements It will be recalled that such multi-element antennas are used for example for broadband applications or even multi-frequency applications.
- FIG. 12 shows a sectional view of an antenna configuration with two stacked radiating elements, according to the invention.
- the reduction in the resonance frequency is then very significant: this frequency in fact goes from 2.634GHz for the conventional antenna to 1.225GHz for the antenna of the invention, resulting in a decrease of more than 53%. This therefore leads to possibilities of ultra miniaturization of the basic printed pattern.
- the concept of the invention (addition of conductive pads) can also be applied simultaneously to the two faces of the same radiating element (except for the last of the superposition, that is to say the one furthest from the ground plane).
- FIG. 14 is a sectional view of an alternative antenna according to the invention, comprising a ground plane 142 and two radiating elements 141, 147.
- the ground plane 142 has conductive pads 144.
- the upper radiating element 147 does not have a stud.
- the primary radiating element 141 has first conductive pads 146 on its lower face and second conductive pads 145 on its upper face.
- FIG. 18 is a sectional view of another variant of antenna according to the invention, comprising a ground plane 180 and three radiating elements: a primary radiating element 181 (see definition above), an upper radiating element 183 (see definition above) and an intermediate radiating element 182.
- the general principle of the present invention can be implemented in any field of application which can use a planar antenna (mobile applications, satellite communications applications, wireless RF applications, etc.) in very different frequency ranges (from a few hundred MHz to a few tens of GHz).
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Abstract
L'invention concerne une antenne planaire du type comprenant au moins un élément rayonnant (1) séparé d'un plan de masse (2) par un diélectrique (3). Selon l'invention, l'antenne comprend en outre au moins un ensemble de plots conducteurs (4) connectés à et s'étendant à partir d'au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant le plan de masse et ledit au moins un élément rayonnant, de façon à réduire au moins une dimension physique dudit au moins un élément rayonnant pour une fréquence de résonance déterminée.
Description
ANTENNE PLANAIRE À PLOTS CONDUCTEURS À PARTIR DU PLAN DE MASSE ET/OU D'AU MOINS UN ELEMENT RAYONNANT, ET PROCEDE DE FABRICATION CORRESPONDANT
1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des antennes planaires, du type comprenant au moins un élément rayonnant (aussi appelé « patch », motif planaire, motif rayonnant ou motif imprimé) séparé d'un plan de masse par un diélectrique. Notre époque connaît actuellement un développement considérable des réseaux mobiles et, plus généralement, de tous les réseaux « sans-fil ». Ces systèmes apportant des réponses séduisantes sur de nombreux points, tels que la flexibilité de connexion, la mobilité, le redéploiement ou les possibilités d'extension des réseaux, cet essor devrait continuer à s'accroître de manière très significative dans l'avenir. Or, dans tous ces systèmes, les éléments rayonnants font partie des composants clés, pour lesquels les spécifications demandées sont de plus en plus contraignantes. Il faut bien entendu constamment optimiser l'ensemble des performances électriques de ces antennes, mais également satisfaire des critères de plus en plus critiques, tels que l'encombrement, le poids ou le coût de ces composants. La miniaturisation des antennes constitue donc aujourd'hui un challenge important et fait l'objet de nombreux travaux au niveau international. Cette miniaturisation offre en effet de multiples avantages, parmi lesquels on peut citer : une facilité d'intégration des antennes dans des matériels embarqués (en particulier, au sein des portables), une plus grande flexibilité de mise en réseau de ces éléments rayonnants (de par leur petite dimension), une plus grande ouverture de diagramme facilitant notamment l'intégration de systèmes à large balayage de faisceau... Parmi les diverses technologies utilisées pour intégrer les antennes, les solutions planaires apparaissent aujourd'hui comme particulièrement appropriées pour répondre à l'ensemble des spécifications demandées. Cette approche planaire offre en effet suffisamment de souplesse aux concepteurs pour développer des solutions performantes et de dimensions particulièrement petites. Conformément à un abus de langage tout à fait classique dans le domaine des antennes, on entend par « antennes planaires » (ou antennes réalisées selon la technologie planaire) :
aussi bien les antennes réellement planes, c'est-à-dire celles dont le plan de masse et le ou les éléments rayonnants sont plans, que les antennes non réellement planes, c'est-à-dire celles dont le plan de masse et/ou au moins un des éléments rayonnants n'est (ne sont) pas plan(s) mais conformé(s) selon une forme tridimensionnelle (3D) déterminée, de manière à épouser la forme d'un support. Les antennes planaires de la seconde catégorie précitée (antennes non réellement planes) sont généralement, mais non obligatoirement, réalisées selon une technologie imprimée. Ceci explique pourquoi, historiquement, l'adjectif « planaire » a été choisi dans l'expression « antenne planaire », pour montrer une opposition avec la structure d'antenne traditionnelle à base de guide d'onde tridimensionnel (3D).La présente invention s'inscrit dans ce contexte et porte plus précisément sur une solution originale d'antenne planaire au sens précité, ainsi que sur un procédé de fabrication correspondant, permettant de diminuer fortement la dimension physique du motif imprimé de base (c'est-à-dire du ou des éléments rayonnants, aussi appelés patchs). 2. Art antérieur La réduction de la taille des antennes planaires représente un enjeu majeur pour faciliter leur utilisation et leur intégration dans les systèmes modernes. Le principe de base de la plupart des solutions mises en œuvre à ce jour consiste à augmenter la longueur électrique équivalente du motif imprimé, pour qu'il puisse rayonner à la fréquence désirée, tout en réduisant ses dimensions physiques (i.e. sa surface ou son volume). A cet effet, les structures les plus couramment utilisées correspondent à : des solutions de type patchs à fentes inscrites, ces fentes permettant d'allonger le chemin électrique du signal sur le motif planaire (voir par exemple les documents de brevet WO 01/31739 et WO 01/ 17063), ou des solutions pour lesquelles le motif rayonnant est replié de manière à gagner en compacité (voir par exemple les documents de brevet WO 02/052680, WO 01/63695 et US 6,483,462 B2). Il est à noter que ces différents concepts peuvent également être combinés au sein d'une même structure (voir par exemple le document de brevet WO 02/101874).
3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de fournir une technique toute autre que celles utilisées jusqu'à aujourd'hui pour augmenter la longueur électrique équivalente du motif imprimé (élément rayonnant ou patch) de l'antenne, de façon à obtenir une antenne planaire très compacte. Un objectif complémentaire de l'invention est de fournir une telle technique qui soit simple à mettre en oeuvre et peu coûteuse. L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique pouvant être appliquée à tout type de structures rayonnantes planaires, telles que les antennes basiques « patchs demi-onde » ou « patchs quart-d'onde », les antennes « patchs annulaires », les antennes « patchs à fentes inscrites », les antennes PIFA (Planar Inverted-F Antenna) ... Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique pouvant être appliquée aussi bien à une antenne planaire à un seul élément rayonnant qu'à une antenne planaire comprenant une superposition de plusieurs éléments rayonnants. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'antenne planaire correspondant, reposant sur des technologies d'intégration très simples, ce qui permet d'aboutir à des solutions très faible coût, tout à fait adaptées au développement des marchés grand-public.
4. Résumé de l'invention Ces différents objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'une antenne planaire du type comprenant au moins un élément rayonnant séparé d'un plan de masse par un diélectrique. Selon l'invention, l'antenne comprend en outre au moins un ensemble de plots conducteurs connectés à et s'étendant à partir d'au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant le plan de masse et ledit au moins un élément rayonnant, de façon à réduire au moins une dimension physique dudit au moins un élément rayonnant pour une fréquence de résonance déterminée. Le principe général de l'invention consiste donc simplement à disposer des plots sur le plan de masse et/ou sur un ou plusieurs élément(s) rayonnant(s) (patch(s)) de l'antenne planaire.
Dans le cadre de la présente invention, le terme plot est utilisé dans un sens générique, pouvant se décliner sous différentes variantes (et notamment mais non exclusivement, comme détaillé dans l'exposé ci-dessous, sous forme de saillie, de trou ou encore de languette). Par diélectrique, on entend l'air ou un matériau solide de caractéristiques proches de celles de l'air, comme par exemple des matériaux de type plastique, mousse... Comme expliqué en détail par la suite, en relation avec la figure 3, ces plots viennent localement modifier la distribution du champ électromagnétique, et permettent de réduire au moins une dimension (la longueur et/ou la largeur) physique du ou des élément(s) rayonnant(s) pour une fréquence de résonance fixée. On précise ci-après différents ensembles de plots conducteurs. Il est clair que de nombreux modes de réalisation de la présente invention peuvent être envisagés, correspondant chacun à une combinaison différente d'un ou de plusieurs de ces ensembles. Il est également à noter que la présente invention s'applique avec une structure d'antenne comprenant un unique élément rayonnant ou avec une structure d'antenne comprenant une superposition de plusieurs éléments rayonnants. Avantageusement, l'antenne comprend un premier ensemble de plots conducteurs connectés au plan de masse et s'étendant vers, sans être connectés à, ledit au moins élément rayonnant. Dans le cas où l'antenne est du type comprenant un unique élément rayonnant, elle comprend avantageusement un deuxième ensemble de plots conducteurs connectés audit unique élément rayonnant et s'étendant vers, sans être connectés à, ledit plan de masse. Dans le cas où l'antenne est du type comprenant une superposition d'au moins deux éléments rayonnants séparés entre eux par un diélectrique, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, l'antenne comprend avantageusement un troisième ensemble de plots conducteurs connectés à une première face dudit élément rayonnant primaire et s'étendant vers, sans être connectés à, ledit plan de masse. Dans le cas où l'antenne est du type comprenant une superposition d'au moins deux éléments rayonnants séparés entre eux par un diélectrique, l'élément rayonnant le
plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, l'antenne comprend avantageusement un quatrième ensemble de plots conducteurs connectés à une seconde face dudit élément rayonnant primaire et s'étendant vers, sans être connectés à, un autre desdits éléments rayonnants. Dans le cas où l'antenne est du type comprenant une superposition d'au moins trois éléments rayonnants séparés entre eux par des diélectriques, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, l'élément rayonnant le plus éloigné du plan de masse étant appelé élément rayonnant supérieur, chaque élément rayonnant autre que l'élément rayonnant primaire et l'élément rayonnant supérieur étant appelé élément rayonnant intermédiaire, l'antenne comprend avantageusement, pour au moins un des éléments rayonnants intermédiaires, un cinquième ensemble de plots conducteurs connectés à une première face dudit élément rayonnant intermédiaire et s'étendant vers, sans être connectés à, un autre desdits éléments rayonnants qui suit ledit élément rayonnant intermédiaire selon un sens de parcours de ladite superposition de l'élément rayonnant primaire vers l'élément rayonnant supérieur. Dans le cas où l'antenne est du type comprenant une superposition d'au moins trois éléments rayonnants séparés entre eux par des diélectriques, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, l'élément rayonnant le plus éloigné du plan de masse étant appelé élément rayonnant supérieur, chaque élément rayonnant autre que ledit élément rayonnant primaire et ledit élément rayonnant supérieur étant appelé élément rayonnant intermédiaire, l'antenne comprend avantageusement, pour au moins un des éléments rayonnants intermédiaires, un sixième ensemble de plots conducteurs connectés à une seconde face dudit élément rayonnant intermédiaire et s'étendant vers, sans être connectés à, un autre desdits éléments rayonnants qui précède ledit élément rayonnant intermédiaire selon un sens de parcours de ladite superposition de l'élément rayonnant primaire vers l'élément rayonnant supérieur. Dans le cas où l'antenne est du type comprenant une superposition d'au moins deux éléments rayonnants séparés entre eux par un diélectrique, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, l'élément
rayonnant le plus éloigné du plan de masse étant appelé élément rayonnant supérieur, chaque élément rayonnant autre que ledit élément rayonnant primaire et ledit élément rayonnant supérieur étant appelé élément rayonnant intermédiaire, l'antenne comprend avantageusement un septième ensemble de plots conducteurs connectés à une première face dudit élément rayonnant supérieur et s'étendant vers, sans être connectés à, un autre desdits éléments rayonnants qui précède ledit élément rayonnant supérieur selon un sens de parcours de ladite superposition de l'élément rayonnant primaire vers l'élément rayonnant supérieur. Avantageusement, un ensemble de plots conducteurs, s'étendant à partir du plan de masse ou respectivement de l'un des éléments rayonnants, s'entrelacent avec un autre ensemble de plots conducteurs, s'étendant à partir de l'un des éléments rayonnants ou respectivement d'un autre des éléments rayonnants. De façon avantageuse, pour chaque élément rayonnant auquel est connecté un ensemble de plots conducteurs, ledit élément rayonnant n'est connecté à aucun plot conducteur dans une zone où ledit élément rayonnant est connecté avec des moyens d'alimentation. Avantageusement, les plots conducteurs d'un même ensemble de plots conducteurs sont répartis selon une matrice. Selon une caractéristique avantageuse, au moins un élément rayonnant auquel est connecté au moins un ensemble de plots conducteurs est du type présentant une symétrie suivant ses deux axes principaux, et en ce que lesdits plots conducteurs sont répartis selon une disposition respectant ladite symétrie. Ainsi, il est tout à fait possible d'exploiter l'antenne de l'invention suivant deux polarisations linéaires croisées, voire en polarisation circulaire. La solution développée, à base de plots conducteurs, n'est donc pas en soi un obstacle à l'utilisation de l'antenne pour tout type de polarisation désirée. Préférentiellement, l'antenne appartient au groupe comprenant : des antennes planaires de type élément rayonnant demi-onde, des antennes planaires de type élément rayonnant quart-d'onde, des antennes planaires de type élément rayonnant annulaire, des antennes planaires de type élément rayonnant à fentes inscrites, des antennes planaires de type élément rayonnant en F-inversé.
De façon avantageuse, l'antenne appartient au groupe comprenant : des antennes planes et des antennes non planes du fait d'une non planéité du plan de masse et/ou d'au moins un des éléments rayonnants. Dans un premier mode de réalisation particulier de l'invention, au moins un des plots conducteurs connectés au plan de masse ou à un des éléments rayonnants est une saillie conductrice formée dans une première pièce conductrice et s'étendant à partir d'un corps principal de ladite première pièce conductrice, ledit corps principal formant ledit plan de masse ou ledit élément rayonnant. Dans un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention, au moins un des plots conducteurs connectés à au moins un des éléments rayonnants est une languette conductrice, découpée dans au moins une partie excentrique d'une seconde pièce conductrice et repliée par rapport à une partie centrale de la seconde pièce conductrice, ladite partie centrale formant ledit élément rayonnant. De façon avantageuse, l'antenne comprend en outre au moins un élément de support de ladite première ou seconde pièce conductrice, réalisé dans un matériau diélectrique et permettant de positionner le plan de masse par rapport à au moins un des éléments rayonnants ou de positionner ledit élément rayonnant par rapport au plan de masse ou au moins un autre des éléments rayonnants. Dans un troisième mode de réalisation particulier de l'invention, au moins un des plots conducteurs connectés au plan de masse ou à au moins un des éléments rayonnants est un trou conducteur s'étendant à partir d'une première face d'une couche de matériau diélectrique, ladite première face portant ledit plan de masse ou ledit au moins un élément rayonnant, ledit trou conducteur s'étendant à partir de ladite première face et ne débouchant pas sur une seconde face de ladite couche de matériau diélectrique, la surface dudit trou conducteur étant recouverte d'un matériau conducteur. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une antenne planaire du type comprenant au moins un élément rayonnant séparé d'un plan de masse par un diélectrique. Selon l'invention, le procédé comprend une étape de réalisation d'au moins un ensemble de plots conducteurs connectés à et s'étendant à partir d'au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant le plan de masse et ledit au moins un
élément rayonnant, de façon à réduire au moins une dimension physique dudit au moins un élément rayonnant pour une fréquence de résonance déterminée. Dans un premier mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé comprend l'étape suivante, pour le plan de masse et/ou au moins un des éléments rayonnants auquel est connecté un ensemble de plots conducteurs : on réalise une première pièce conductrice comprenant : un corps principal formant ledit plan de masse ou ledit élément rayonnant ; et au moins une saillie conductrice s'étendant à partir dudit corps principal, de façon à former un des plots conducteurs connectés au plan de masse ou à un des éléments rayonnants. Dans un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes, pour au moins un des éléments rayonnants auquel est connecté un ensemble de plots conducteurs : on réalise une seconde pièce conductrice comprenant une partie centrale formant ledit élément rayonnant ; on découpe au moins une languette conductrice dans une partie excentrique de ladite seconde pièce conductrice ; on replie ladite au moins une languette conductrice par rapport à la partie centrale, de façon à former un des plots conducteurs connectés à un des éléments rayonnants. De façon avantageuse, le procédé comprend en outre une étape de positionnement de ladite première ou seconde pièce conductrice par rapport à un autre élément de l'antenne, à l'aide d'au moins un élément de support réalisé dans un matériau diélectrique. Dans un troisième mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes, pour le plan de masse et/ou au moins un des éléments rayonnants auquel est connecté un ensemble de plots conducteurs : on réalise au moins un trou dans une couche de matériau diélectrique, ledit au moins un trou s'étendant à partir d'une première face de ladite couche et ne débouchant pas sur une seconde face de ladite couche ; on recouvre sélectivement, avec un matériau conducteur :
* au moins une partie de ladite première face, de façon à former ledit plan de masse ou ledit élément rayonnant ; et * la surface dudit au moins un trou, de façon à obtenir un trou conducteur formant un des plots conducteurs connectés au plan de masse ou à un des éléments rayonnants.
5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 présente une vue en perspective d'un exemple d'antenne planaire de type patch demi-onde selon l'invention, avec des plots distribués sous l'élément rayonnant ; la figure 2 est une vue en coupe de l'antenne de la figure 1 suivant l'axe B-B' ; la partie haute de la figure 3 est une vue en coupe de l'antenne de la figure 1 suivant l'axe A-A', permettant d'interpréter l'effet des plots positionnés sous l'élément rayonnant, et la partie basse de la figure 3 est une modélisation électrique de l'effet des plots ; la figure 4 présente un exemple d'une antenne planaire de type patch quart- d'onde selon l'invention, avec des plots distribués sous l'élément rayonnant ; la figure 5 présente un exemple d'une antenne planaire de type patch annulaire selon l'invention, avec des plots distribués sous l'élément rayonnant ; la figure 6 présente un exemple d'antenne obtenue avec un premier mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention, basé sur l'utilisation d'une pièce métallique tridimensionnelle (3D) et de supports de positionnement ; la figure 7 présente un exemple d'antenne obtenue avec un second mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention, basé sur l'utilisation d'une couche de substrat diélectrique présentant des trous métallisés non débouchants ;
la figure 8 illustre des résultats expérimentaux d'une antenne planaire de type patch demi-onde selon l'invention, obtenue avec le second mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention ; la figure 9 illustre des résultats expérimentaux d'une antenne planaire de type patch demi-onde classique, et de dimensions identiques à celle de l'antenne selon l'invention dont les résultats sont illustrés sur la figure 8 ; la figure 10 illustre des résultats expérimentaux d'une antenne planaire de type patch quart-d'onde selon l'invention, obtenue avec le second mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention ; la figure 11 illustre des résultats expérimentaux d'une antenne planaire de type patch quart-d'onde classique, et de dimensions identiques à celle de l'antenne selon l'invention dont les résultats sont illustrés sur la figure 10 ; la figure 12 est une vue en coupe d'une configuration d'antenne à deux éléments rayonnants empilés, selon l'invention ; la figure 13 est une vue en coupe d'une variante d'antenne à un élément rayonnant selon l'invention, dans laquelle le plan de masse et la face inférieure de l'unique élément rayonnant présentent des plots conducteurs ; la figure 14 est une vue en coupe d'une variante d'antenne à deux éléments rayonnants selon l'invention, dans laquelle le plan de masse et les deux faces de l'élément rayonnant primaire présentent des plots conducteurs ; la figure 15 est une vue en coupe d'une autre variante d'antenne à un élément rayonnant selon l'invention, dans laquelle le plan de masse est plat et l'unique élément rayonnant est conformé ; la figure 16 est une vue en coupe d'une autre variante d'antenne à deux éléments rayonnants selon l'invention, dans laquelle le plan de masse et les deux éléments rayonnants sont conformés ; la figure 17 présente une vue en perspective d'une autre variante d'antenne à un élément rayonnant selon l'invention, avec des plots réalisés sous la forme de languettes réparties sur la périphérie de l'élément rayonnant ; et la figure 18 est une vue en coupe d'une autre variante d'antenne à trois éléments rayonnants selon l'invention, dans laquelle une face de l'élément rayonnant
primaire et les deux faces de l'élément rayonnant intermédiaire présentent des plots conducteurs. 6. Description détaillée Sur les figures 1 à 7, 12 etl7, un même élément conserve une même référence numérique d'une figure à l'autre (notamment 1 pour l'élément rayonnant, 2 pour le plan de masse, 3 pour le diélectrique entre l'élément rayonnant et le plan de masse, et 4 pour les plots conducteurs). Une antenne planaire classique comprend au moins un élément rayonnant et un plan de masse. Au moins un diélectrique sépare l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse et le plan de masse lui-même, ainsi que les éléments rayonnants entre eux. On entend par « diélectrique » l'air ou un matériau solide possédant des caractéristiques proches de celles de l'air, comme par exemple des matériaux de type plastique, mousse... Le principe général de l'invention consiste à ajouter à une telle antenne planaire classique une pluralité de plots conducteurs connectés à et s'étendant à partir du plan de masse et/ou d'un ou plusieurs éléments rayonnants, de façon à réduire au moins une dimension physique du ou des éléments rayonnants pour une fréquence de résonance déterminée. La figure 1 présente une vue en perspective d'un exemple d'antenne planaire de type patch demi-onde selon l'invention, avec des plots distribués uniquement sous l'élément rayonnant. Ces plots 4 sont connectés à l'élément rayonnant 1 et s'étendent vers le plan de masse 2 sans y être connectés. Dans cet exemple, l'antenne est modélisée par deux fentes rayonnantes 5, localisées aux deux extrémités séparées de la longueur demi-onde (figure 3). Les plots sont par exemple distribués selon une répartition spatiale, dite matrice, comme illustré sur la figure 2. qui est une vue en coupe de l'antenne de la figure 1 suivant l'axe B-B'. Cette répartition peut être uniforme ou non. D'une façon générale, tout type de disposition des plots peut être envisagée, sans sortir du cadre de la présente invention. La partie haute de la figure 3 est une vue en coupe de l'antenne de la figure 1 suivant l'axe A-A', permettant d'interpréter l'effet des plots positionnés sous l'élément
rayonnant. La distribution du champ électrique entre l'élément rayonnant 1 et le plan de masse 2 est représentée par des flèches en pointillés. La partie basse de la figure 3 est une modélisation électrique de l'effet des plots 4 positionnés sous l'élément rayonnant 1. Au niveau électrique, les plots 4, positionnés entre le motif rayonnant 1 et le plan de masse 2, et uniquement connectés à ce motif rayonnant 1, viennent localement modifier la distribution du champ électromagnétique, d'où une augmentation de l'effet capacitif équivalent (capacité locale C), ramené aux différents points de connexion de ces plots 4 avec le motif rayonnant 1. En conséquence, la vitesse de phase du signal sur le motif rayonnant 1 diminue, ce qui permet de réduire au moins une dimension (la longueur et/ou la largeur) physique du motif rayonnant 1 pour une fréquence de résonance fixée (voir ci-après le rappel du raisonnement mathématique qui explique ceci). Il est à noter que cette diminution de longueur et/ou largeur dépend directement du nombre de plots 4 sous le motif rayonnant 1, ainsi que de leurs positions et de leurs dimensions (longueur et diamètre). Ainsi, par exemple, plus le nombre et la longueur des plots augmentent, plus la réduction de taille devient importante. Afin d'expliciter ce qui précède, on rappelle que sur l'élément rayonnant, la vitesse de phase vψ est fonction de la capacité locale C et de l'inductance locale L : v.„ = - "' X C En conséquence, une augmentation de C permet de diminuer vφ. En outre, à une fréquence de résonance donnée fres, l'antenne doit être équivalente à une longueur électrique donnée φ. Par exemple, pour une antenne de type patch demi-onde : φ = 180°. Or, φ = β x lphysιque, où β = (2πfres/vψ) et lphysιqιιe est la longueur physique de l'antenne. Donc, φ = 2πfrcs (lphys,que /vψ) Pour fres et φ données, si vC|J diminue, alors lphys,que diminue également, d'où la miniaturisation de l'antenne. En outre, plus on augmente C, plus vψ diminue et donc plus ,que diminue. Il n'est pas nécessaire de disposer d'un ensemble de plots uniformes. Il est tout à fait envisageable de concevoir des plots de forme et de dimension différentes. Pour alimenter une antenne planaire selon l'invention, tous les moyens classiques d'excitation peuvent être envisagés, que ce soit par un simple tronçon de ligne
connecté sur l'un des bords de l'élément rayonnant et jouant le rôle d'un transformateur d'impédance pour adapter correctement l'antenne, par une sonde connectée directement en un point équivalent « 50Ω » sur la surface de l'élément rayonnant ou par une solution d'excitation basée sur un couplage électromagnétique. Dans tous les cas, pour ne pas gêner cette connexion avec les circuits de traitement du signal placés en amont de l'antenne, il suffit, si nécessaire, de ne pas ajouter de plots sous la zone localement concernée par cette interconnexion entre l'élément rayonnant et les moyens d'alimentation. D'autre part, sur l'exemple de la figure 1, la symétrie suivant les deux axes principaux (X, Y sur la figure 2) de l'élément rayonnant 1 est respectée. En d'autres termes, les plots sont répartis selon une disposition respectant cette symétrie. Il est donc tout à fait possible d'exploiter l'antenne suivant deux polarisations linéaires croisées, voire en polarisation circulaire. La solution développée, à base de plots, n'est donc pas en soi un obstacle à l'utilisation de l'antenne pour tout type de polarisation désirée. Un autre point fondamental, soulignant tout l'intérêt présenté par la technique de l'invention, correspond à sa mise en œuvre aisée pour tout autre type d'antenne planaire. En effet, le principe de plots conducteurs sous l'élément rayonnant peut s'adapter sans aucune difficulté particulière à des configurations et des géométries d'antennes planaires très différentes, que ce soit pour des motifs planaires avec retour de masse, pour des motifs évidés ou annulaires, pour des motifs avec fentes inscrites ou, de manière très générale, pour tout type de structures planaires connues de l'homme de l'art. Pour illustrer ce point, deux autres exemples d'antennes planaires avec plots selon l'invention sont donnés sur les figures 4 et 5 : il s'agit d'une antenne planaire de type patch quart-d'onde, avec retour de masse (référencé 6) localisé sur l'une des tranches du support 3 (figure 4), ainsi que d'une antenne planaire de type patch annulaire (figure 5). Concernant la réalisation concrète des antennes planaires avec plots selon l'invention, plusieurs procédés de fabrication simples peuvent être envisagés, cette simplicité étant un critère fondamental pour réduire en particulier le coût de ces composants.
On présente maintenant, en relation avec la figure 6. un premier mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention. Dans ce premier mode de réalisation, on réalise l'élément rayonnant (patch) 1 et les plots 4 en une seule pièce conductrice 7 (par exemple une pièce métallique), obtenue par usinage, par emboutissage ou tout autre procédé de fabrication de pièces métalliques tridimensionnelles. En d'autres termes, le corps principal de la pièce conductrice 7 forme l'élément rayonnant 1, et les plots conducteurs 4 sont des saillies conductrices formées dans la pièce conductrice et qui s'étendent à partir du corps principal de cette pièce. Cette pièce est ensuite reportée sur un ou plusieurs éléments de support 8, permettant de la positionner par rapport au plan de masse inférieur. Une solution privilégiée consiste à utiliser au niveau support 8 un matériau diélectrique dont la nature le rend proche de l 'air, de manière que ce ou ces supports soient les plus transparents possibles, d'un point de vue électromagnétique. Il est, par exemple, préconisé d'utiliser un matériau de type mousse pour lequel les caractéristiques électriques sont tout à fait conformes aux exigences requises (ex : mousse d'imide de polyméthacrylate ROHACELL HF71 de chez ROEHM : εr = 1.1 1 et tgδ = 7.10"4 à 5GHz). Dans une variante de réalisation, le matériau diélectrique dans lequel on réalise le ou les éléments de support est un matériau plastique, facilement mis en forme par exemple par l'une des techniques de moulage connues. La figure 6 présente un exemple d'antenne obtenue avec ce premier mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention, basé sur l'utilisation d'une pièce métallique tridimensionnelle 7 (intégrant l'élément rayonnant 1 et les plots 4) et de supports de positionnement 8. Le diélectrique 3 compris dans l'espace entre l'élément rayonnant 1 , sur lequel sont connectés les plots conducteurs 4, et le plan de masse 2 est par exemple de l'air. On présente maintenant, en relation avec la figure 7, un second mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention. Cette seconde solution est beaucoup plus conforme aux techniques de réalisation de circuits imprimés standards.
Il s'agit de percer directement dans le substrat support 3 de l'antenne (qui peut être en mousse, matériau plastique..., c'est-à-dire une couche de matériau diélectrique autre que l'air), des trous (vias) non débouchants et de recouvrir d'un matériau conducteur, de manière sélective, la face supérieure de ce substrat (de façon à former l'élément rayonnant 1), ainsi que l'intérieur des trous s'étendant à partir de cette face supérieure (de façon à former les plots conducteurs 4). En d'autres termes, les plots conducteurs 4 sont ici réalisés sous la forme de trous conducteurs. Dans un mode de réalisation préféré, le recouvrement avec un matériau conducteur consiste en une métallisation. Cette métallisation peut être réalisée simplement par exemple par dépôt de peinture conductrice ou par dépôt électrochimique. Il est clair cependant que toute technique connue de l'homme du métier peut être utilisée pour effectuer le recouvrement avec un matériau conducteur. Sur le plan électrique, les trous (vias) conducteurs 4 ont un effet similaire à celui des plots conducteurs des solutions précédentes (saillies conductrices), d'où la réduction de la taille de l'élément rayonnant 1. Cet élément (substrat support 3 dont la face supérieure porte l'élément rayonnant 1 et présente une pluralité de trous métallisés 4) est ensuite mis en contact, par sa face inférieure, avec un plan de masse 2 pour obtenir la structure finale de l'antenne. Il est à noter que, pour cette seconde solution, il est également préférable de choisir un substrat de type mousse, qui, comme précisé précédemment, présente des caractéristiques électriques tout à fait appropriées à la réalisation d'antennes planaires et qui, en outre, se prête très facilement à une conformation tridimensionnelle suivant la forme souhaitée. Dans une variante de réalisation, le substrat support est un matériau plastique, facilement mis en forme par l'une des techniques de moulage connues. La figure 7 présente un exemple d'antenne obtenue avec ce second mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention, basé sur l'utilisation d'un substrat diélectrique 3 dont la face supérieure porte l'élément rayonnant 1 et présente une pluralité de trous métallisés formant des plots conducteurs 4. On présente maintenant, en relation avec la figure 17. un troisième mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention. Dans ce troisième
mode de réalisation, on réalise l'élément rayonnant (patch) et les plots de la manière suivante : on réalise une pièce conductrice 171 (par exemple une feuille métallique) comprenant une partie centrale formant l'élément rayonnant 1 ; on découpe une pluralité de languettes conductrices sur le pourtour de cette pièce conductrice (c'est-à-dire dans des parties excentriques de cette pièce, adjacentes à la partie centrale) ; on replie les languettes conductrices, par rapport à la partie centrale, de façon à former des plots conducteurs 4 connectés à l'élément rayonnant 1. Une fois repliées (par exemple orthogonalement à la partie centrale formant l'élément rayonnant), les languettes conductrices 4 sont par exemple positionnées sur les tranches d'un substrat formant un élément de support 170. La figure 17 présente un exemple d'antenne obtenue avec ce troisième mode de réalisation du procédé de fabrication d'antenne selon l'invention, basé sur la réalisation de languettes conductrices repliées, qui forment des plots conducteurs 4. Le positionnement de l'élément rayonnant par rapport au plan de masse ou vice- versa est réalisé à l'aide d'un ou plusieurs supports qui peuvent être du même style que ceux présentés en figure 6. Dans un mode de réalisation préféré, l'élément de support n'est autre qu'une tranche de substrat diélectrique 170 dont la hauteur est légèrement supérieure à la hauteur des languettes afin d'éviter tout contact entre les languettes et le plan de masse. Pour valider les antennes planaires miniatures selon l'invention, un premier prototype d'antenne selon l'invention, du type de l'antenne présentée sur la figure 7, a été réalisé. Il s'agit d'une solution de type patch demi-onde, imprimée sur un matériau mousse de dimensions 50x50x10mm3 et reportée sur un plan de masse de lOOxlOOmm2. Dans ce substrat, des vias non débouchants de géométrie cylindrique (de diamètre Φ = 2mm et de hauteur h = 7.5mm) ont été percés de manière régulière sur toute la surface supérieure du bloc de mousse. Dans le cas présent, la métallisation de cette surface supérieure et de l'intérieur des vias est réalisée par dépôt direct d'une peinture conductrice à base d'argent (référence : Spraylat 599B3730). Au niveau polarisation, il a été choisi d'intégrer une antenne à simple polarisation linéaire, ce qui ne nécessite alors
qu'un seul point d'excitation. Cette dernière est effectuée par utilisation d'une sonde coaxiale, connectée à son extrémité en un point équivalent «50Ω » sur la surface supérieure de l'élément rayonnant. On peut tout à fait envisager une conception où les trous varient de forme et de dimension. La figure 8 illustre des résultats expérimentaux de ce premier prototype d'antenne planaire selon l'invention. L'antenne a été caractérisée en adaptation et en transmission suivant l'axe privilégié de rayonnement. La mesure en transmission repose sur la mise en œuvre d'un simple bilan de liaison entre le prototype développé et une antenne de référence (dans le cas présent, un dipôle imprimé). Il est à noter que, ce bilan de liaison n'étant pas réalisé en chambre anéchoïque, le résultat présenté ne permet d'illustrer le rayonnement que de manière qualitative. Par comparaison, les mesures d'une antenne classique simple patch demi-onde, également imprimée sur mousse et de dimensions identiques à l'élément rayonnant précédent (50x50x 10mm3), sont illustrées sur la figure 9. Pour permettre cette comparaison entre les deux antennes, la mesure du bilan de liaison a été effectuée dans des conditions tout à fait similaires à la précédente. Comme on peut le noter sur les figures 8 et 9, la fréquence de résonance de l'antenne selon l'invention (avec vias non débouchants) est beaucoup plus faible que celle de l'antenne classique. On constate en effet une réduction de 25% de la valeur de cette fréquence de résonance (c'est-à-dire Δf = 665MHz : fr minia = 1.969GHz au lieu de fr ciassi. = 2.634GHz). En dehors de ce décalage significatif en fréquence, les niveaux d'adaptation, de largeur de bande et de rayonnement restent, quant à eux, fondamentalement corrects, comme le montrent les réponses mesurées sur les deux antennes. La technique de l'invention (ajout de plots conducteurs 4) conduit donc à des possibilités de miniaturisation importantes du motif imprimé (élément rayonnant). Pour souligner le caractère général de la technique de l'invention, un second prototype d'antenne miniature a été réalisé : il s'agit d'une antenne patch quart-d'onde, avec retour de masse localisé sur l'une des tranches du support. Comme dans le cas précédent, c'est le principe des trous (vias) répartis dans le matériau mousse qui a été retenu. Cette antenne a été imprimée sur un substrat de dimensions 25x25x 10mm3 et
reportée sur un plan de masse de 100x100mm2. Les vias non débouchants ont toujours une géométrie cylindrique (Φ = 2mm et h = 7.5mm). Le retour de masse est effectué par une languette de 5mm de largeur, imprimée sur l'une des tranches du substrat support en mousse et reliée à son extrémité au plan de masse. L'excitation est obtenue par sonde coaxiale connectée en un point «50Ω ». La figure 10 illustre des résultats expérimentaux de ce second prototype d'antenne planaire selon l'invention. Ce second prototype a également été caractérisé en adaptation et en transmission. Ces résultats peuvent être comparés à ceux d'une antenne classique de type patch quart-d'onde, de géométrie tout à fait similaire à celle du second prototype, hors la présence des vias non débouchants, et dont les performances sont données sur la figure il. Comme l'illustrent ces figures 10 et 11, on constate de nouveau un net décalage vers les fréquences basses pour l'antenne selon l'invention (avec vias non débouchants), d'où des possibilités de réduction significative de la dimension de l'élément rayonnant (motif imprimé de base). Dans ce cas, la fréquence de résonance a diminuée d'environ 20% (Δf = 265MHz : fr mιnιa = 1.210GHz au lieu de fr classι = 1.475GHz), les autres performances de l'antenne ne semblant pas a priori perturbées. Par ailleurs, le principe général de l'invention (ajout de plots sous la surface d'un élément rayonnant afin d'en réduire au moins une dimension (longueur et/ou largeur) physique pour une fréquence de résonance fixée) peut également s'appliquer pour des antennes planaires à plusieurs éléments empilés. On rappelle que de telles antennes multi-éléments sont utilisées par exemple pour des applications large bande ou encore des applications multifréquences. A titre d'exemple, la figure 12 présente une vue en coupe d'une configuration d'antenne à deux éléments rayonnants empilés, selon l'invention. Cette antenne comprend un élément rayonnant primaire 1, séparé du plan de masse 2 par un premier diélectrique 3, et un élément rayonnant supérieur 10, séparé de l'élément rayonnant primaire 1 par un second diélectrique 9.
L'élément rayonnant primaire est défini comme étant l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse. L'élément rayonnant supérieur est défini comme étant l'élément rayonnant le plus éloigné du plan de masse. Dans cet exemple, le concept de miniaturisation selon l'invention (ajout de plots 124) n'est appliqué que sur l'élément rayonnant primaire 1. En d'autres termes, l'élément rayonnant supérieur 10 n'est connecté à aucun plot. D'une façon générale, l'antenne peut comprendre un nombre quelconque d'éléments rayonnants superposés et le concept de l'invention (ajout de plots conducteurs) peut être appliqué à tous les éléments rayonnants de la superposition ou à seulement un ou plusieurs d'entre eux. Comme déjà mentionné plus haut, le concept de l'invention (ajout de plots conducteurs) peut également être appliqué au plan de masse (ajout de plots sur sa face située du côté du ou des éléments rayonnants), de façon indépendante ou en combinaison avec une application à un ou plusieurs éléments rayonnants. En d'autres termes, les différents cas suivants peuvent être envisagés dans le cadre de la présente invention : seul le plan de masse présente des plots conducteurs ; seul(s) un ou plusieurs élément(s) rayonnant(s) présente(nt) des plots conducteurs ; le plan de masse et un ou plusieurs élément(s) rayonnant(s) présentent des plots conducteurs. Cette configuration permet de réduire encore plus la taille finale du ou des élément(s) rayonnant(s). La figure 13 est une vue en coupe d'une variante d'antenne à un élément rayonnant selon l'invention. Le plan de masse 132 présente des plots conducteurs 135. La face inférieure de l'unique élément rayonnant 131 présente également des plots conducteurs 134. Il existe alors une matrice de premiers plots 134 répartis sous l'élément rayonnant 131 et uniquement connectés à ce dernier, ainsi qu'une matrice de seconds plots 135 répartis sur le plan de masse et uniquement connectés à ce plan. Ces deux matrices sont situées dans la zone entre l'élément rayonnant supérieur et le plan de masse inférieur. Pour éviter tout contact entre les plots des deux matrices, les premiers plots sont entrelacés avec les seconds plots.
Dans ce cas, l'effet électrique des plots tel que décrit précédemment (en relation avec la figure 3) est accentué, ce qui permet de diminuer d'autant plus la dimension (longueur et/ou largeur) physique de l'élément rayonnant pour une fréquence de résonance fixée. Pour valider ce principe, un prototype d'antenne avec plots connectés sur l'élément rayonnant et sur le plan de masse a été réalisé. Il s'agit d'une solution de type patch demi-onde, imprimée sur un matériau mousse de dimensions 50x50x 10mm3 et reportée sur un plan de masse de 100x100mm2. En comparaison avec un patch demi- onde classique (c'est-à-dire sans plot) de mêmes dimensions, la réduction de la fréquence de résonance est alors très significative : cette fréquence passe en effet de 2.634GHz pour l'antenne classique à 1.225GHz pour l'antenne de l'invention, d'où une diminution de plus de 53%. Cela conduit donc à des possibilités d'ultra miniaturisation du motif imprimé de base. Dans le cas d'une antenne comprenant une superposition de plusieurs éléments rayonnants, le concept de l'invention (ajout de plots conducteurs) peut également être appliqué simultanément aux deux faces d'un même élément rayonnant (sauf pour le dernier de la superposition, c'est-à-dire celui le plus éloigné du plan de masse). En d'autres termes, un même élément rayonnant peut comporter des premiers plots qui s'étendent à partir de sa face inférieure et des seconds plots qui s'étendent à partir de sa face supérieure. La figure 14 est une vue en coupe d'une variante d'antenne selon l'invention, comprenant un plan de masse 142 et deux éléments rayonnants 141 , 147. Le plan de masse 142 présente des plots conducteurs 144. L'élément rayonnant supérieur 147 ne présente pas de plot. L'élément rayonnant primaire 141 présente des premiers plots conducteurs 146 sur sa face inférieure et des seconds plots conducteurs 145 sur sa face supérieure. La figure 18 est une vue en coupe d'une autre variante d'antenne selon l'invention, comprenant un plan de masse 180 et trois éléments rayonnants : un élément rayonnant primaire 181 (voir définition ci-dessus), un élément rayonnant supérieur 183 (voir définition ci-dessus) et un élément rayonnant intermédiaire 182. Un élément rayonnant intermédiaire est défini comme un élément rayonnant placé entre l'élément
rayonnant primaire et l'élément rayonnant supérieur. Le plan de masse 180 et l'élément rayonnant supérieur 183 ne présentent pas de plot. L'élément rayonnant primaire 181 présente des plots conducteurs 184 sur sa face inférieure. L'élément rayonnant intermédiaire 182 présente des premiers plots conducteurs 185 sur sa face inférieure et des seconds plots conducteurs 186 sur sa face supérieure. D'une façon générale, le fait qu'un même élément rayonnant présente des plots conducteurs sur ses deux faces permet de miniaturiser encore plus l'antenne. Dans une même antenne, on peut bien sûr avoir plusieurs éléments rayonnants présentant des plots conducteurs sur leurs deux faces. La présente invention s'applique à tout type d'antenne planaire (au sens général déjà discuté plus haut), c'est-à-dire aussi bien aux antennes planaires réellement planes qu'aux antennes planaires non réellement planes (du fait que le plan de masse et/ou au moins un élément rayonnant n'est pas plan mais conformé selon 'une forme tridimensionnelle déterminée). La figure 15 est une vue en coupe d'une autre variante d'antenne selon l'invention, comprenant un plan de masse 152 plat et un élément rayonnant 151 qui présente des plots conducteurs 154 et est conformé (c'est-à-dire possède une forme tridimensionnelle non plane). La figure 16 est une vue en coupe d'une autre variante d'antenne selon l'invention, comprenant : un plan de masse 162 qui présente des plots conducteurs 164 et est conformé ; et deux éléments rayonnants 161, 167, qui présentent chacun des plots conducteurs 165, 166 et qui sont conformés. L'élément rayonnant référencé 161 , compris entre l'élément rayonnant supérieur 167 et le plan de masse 162, est dit élément rayonnant primaire. On a présenté ci-dessus, en relation avec les figures 6, 7 et 17, trois exemples de techniques de fabrication appliquées à la fabrication d'un élément rayonnant présentant des plots conducteurs. Dans la première technique, les plots conducteurs sont des saillies conductrices (figure 6). Dans la seconde technique, les plots conducteurs sont des trous conducteurs (figure 7). Dans la troisième technique, les plots conducteurs sont des languettes conductrices (figure 17). Les première et seconde techniques peuvent être utilisées pour fabriquer un plan de masse comportant des plots. En revanche, du fait que le plan de masse a une dimension toujours supérieure à celle de l'élément rayonnant, la
troisième technique (languettes) ne peut pas s'appliquer à la fabrication d'un plan de masse comportant des plots conducteurs. Il est à noter que dans le cas où les plots sont réalisés sous la forme de trous conducteurs, une même couche de substrat diélectrique peut porter le plan de masse (ou un premier élément rayonnant) sur sa face inférieure et un élément rayonnant (ou un second élément rayonnant) sur sa face supérieure. Les plots connectés au plan de masse (ou au premier élément rayonnant) sont réalisés sous la forme de premiers trous conducteurs qui s'étendent à partir de la face inférieure de la couche de substrat et ne débouchent pas sur la face supérieure de la couche de substrat. Les plots connectés à l'élément rayonnant (ou au second élément rayonnant) sont réalisés sous la forme de seconds trous conducteurs qui s'étendent à partir de la face supérieure de la couche de substrat et ne débouchent pas sur la face inférieure de la couche de substrat. Il est également à noter que les techniques de fabrication précitées peuvent être combinées. Par exemple, pour le plan de masse ou un élément rayonnant, on peut réaliser une pièce conductrice qui comporte d'une part des saillies conductrices, formant des premiers plots conducteurs et d'autre part des languettes conductrices repliées, formant des seconds plots conducteurs. Bien entendu, l 'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation mentionnés ci-dessus. On peut prévoir d'autres variantes qui permettent de minimiser davantage la taille de l'antenne en jouant sur le nombre, la taille, la forme et la disposition des plots. Le principe général de la présente invention peut être mis en œuvre dans tout domaine d'application pouvant utiliser une antenne planaire (applications mobiles, applications de communications par satellites, applications RF sans fil...) dans des gammes de fréquences très différentes (de quelques centaines de MHz à quelques dizaines de GHz).
Claims
1. Antenne planaire du type comprenant au moins un élément rayonnant (1) séparé d'un plan de masse (2) par un diélectrique (3), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un ensemble de plots conducteurs (4 ; 124 ; 134 ; 144 à 146 ; 154 ; 164 à 166 ; 184 à 186) connectés à et s'étendant à partir d'au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant le plan de masse et ledit au moins un élément rayonnant, de façon à réduire au moins une dimension physique dudit au moins un élément rayonnant pour une fréquence de résonance déterminée.
2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier ensemble de plots conducteurs (135 ; 144 ; 164) connectés au plan de masse et s'étendant vers, sans être connectés à, ledit au moins élément rayonnant.
3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, du type comprenant un unique élément rayonnant, caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième ensemble de plots conducteurs (4 ; 134 ; 154) connectés audit unique élément rayonnant et s'étendant vers, sans être connectés à, ledit plan de masse.
4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, du type comprenant une superposition d'au moins deux éléments rayonnants séparés entre eux par un diélectrique, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, caractérisée en ce qu'elle comprend un troisième ensemble de plots conducteurs (124 ; 146 ; 165 ; 184) connectés à une première face dudit élément rayonnant primaire et s'étendant vers, sans être connectés à, ledit plan de masse.
5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 à l'exception de la revendication 3, du type comprenant une superposition d'au moins deux éléments rayonnants séparés entre eux par un diélectrique, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, caractérisée en ce qu'elle comprend un quatrième ensemble de plots conducteurs ( 145) connectés à une seconde face dudit élément rayonnant primaire et s'étendant vers, sans être connectés à, un autre desdits éléments rayonnants.
6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 à l'exception de la revendication 3, du type comprenant une superposition d'au moins trois éléments rayonnants séparés entre eux par des diélectriques, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, l'élément rayonnant le plus éloigné du plan de masse étant appelé élément rayonnant supérieur, chaque élément rayonnant autre que l'élément rayonnant primaire et l'élément rayonnant supérieur étant appelé élément rayonnant intermédiaire, caractérisée en ce qu'elle comprend, pour au moins un des éléments rayonnants intermédiaires, un cinquième ensemble de plots conducteurs (186) connectés à une première face dudit élément rayonnant intermédiaire et s'étendant vers, sans être connectés à, un autre desdits éléments rayonnants qui suit ledit élément rayonnant intermédiaire selon un sens de parcours de ladite superposition de l'élément rayonnant primaire vers l'élément rayonnant supérieur.
7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à l'exception de la revendication 3, du type comprenant une superposition d'au moins trois éléments rayonnants séparés entre eux par des diélectriques, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, l'élément rayonnant le plus éloigné du plan de masse étant appelé élément rayonnant supérieur, chaque élément rayonnant autre que ledit élément rayonnant primaire et ledit élément rayonnant supérieur étant appelé élément rayonnant intermédiaire, caractérisée en ce qu'elle comprend, pour au moins un des éléments rayonnants intermédiaires, un sixième ensemble de plots conducteurs (185) connectés à une seconde face dudit élément rayonnant intermédiaire et s'étendant vers, sans être connectés à, un autre desdits éléments rayonnants qui précède ledit élément rayonnant intermédiaire selon un sens de parcours de ladite superposition de l'élément rayonnant primaire vers l'élément rayonnant supérieur.
8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 à l'exception de la revendication 3, du type comprenant une superposition d'au moins deux éléments rayonnants séparés entre eux par un diélectrique, l'élément rayonnant le plus proche du plan de masse étant appelé élément rayonnant primaire, l'élément rayonnant le plus éloigné du plan de masse étant appelé élément rayonnant supérieur, chaque élément rayonnant autre que ledit élément rayonnant primaire et ledit élément rayonnant supérieur étant appelé élément rayonnant intermédiaire, caractérisée en ce qu'elle comprend un septième ensemble de plots conducteurs (166) connectés à une première face dudit élément rayonnant supérieur et s'étendant vers, sans être connectés à, un autre desdits éléments rayonnants qui précède ledit élément rayonnant supérieur selon un sens de parcours de ladite superposition de l'élément rayonnant primaire vers l'élément rayonnant supérieur.
9. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'un ensemble de plots conducteurs, s'étendant à partir du plan de masse ou respectivement de l'un des éléments rayonnants, s'entrelacent avec un autre ensemble de plots conducteurs, s'étendant à partir de l'un des éléments rayonnants ou respectivement d'un autre des éléments rayonnants.
10. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que, pour chaque élément rayonnant auquel est connecté un ensemble de plots conducteurs, ledit élément rayonnant n'est connecté à aucun plot conducteur dans une zone où ledit élément rayonnant est connecté avec des moyens d'alimentation.
11. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les plots conducteurs d'un même ensemble de plots conducteurs sont répartis selon une matrice.
12. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisée en ce qu'au moins un élément rayonnant auquel est connecté au moins un ensemble de plots conducteurs est du type présentant une symétrie suivant ses deux axes principaux, et en ce que lesdits plots conducteurs sont répartis selon une disposition respectant ladite symétrie.
13. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle appartient au groupe comprenant : des antennes de type élément rayonnant demi- onde, des antennes de type élément rayonnant quart-d'onde, des antennes de type élément rayonnant annulaire, des antennes de type élément rayonnant à fentes inscrites et des antennes de type élément rayonnant en F-inversé.
14. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle appartient au groupe comprenant : des antennes planes et des antennes non planes du fait d'une non planéité du plan de masse et/ou d'au moins un des éléments rayonnants.
15. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'au moins un des plots conducteurs connectés au plan de masse ou à un des éléments rayonnants est une saillie conductrice formée dans une première pièce conductrice (7) et s'étendant à partir d'un corps principal de ladite première pièce conductrice, ledit corps principal formant ledit plan de masse ou ledit élément rayonnant.
16. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce qu'au moins un des plots conducteurs connectés à au moins un des éléments rayonnants est une languette conductrice, découpée dans au moins une partie excentrique d'une seconde pièce conductrice (171) et repliée par rapport à une partie centrale de la seconde pièce conductrice, ladite partie centrale formant ledit élément rayonnant.
17. Antenne selon l'une quelconque des revendications 15 et 16, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un élément de support (8 ; 170) de ladite première (7) ou seconde ( 171) pièce conductrice, réalisé dans un matériau diélectrique et permettant de positionner le plan de masse par rapport à au moins un des éléments rayonnants ou de positionner ledit élément rayonnant par rapport au plan de masse ou au moins un autre des éléments rayonnants.
18. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce qu'au moins un des plots conducteurs connectés au plan de masse ou à au moins un des éléments rayonnants est un trou conducteur s'étendant à partir d'une première face d'une couche de matériau diélectrique, ladite première face portant ledit plan de masse ou ledit au moins un élément rayonnant, ledit trou conducteur s'étendant à partir de ladite première face et ne débouchant pas sur une seconde face de ladite couche de matériau diélectrique, la surface dudit trou conducteur étant recouverte d'un matériau conducteur.
19. Procédé de fabrication d'une antenne planaire du type comprenant au moins un élément rayonnant (1) séparé d'un plan de masse (2) par un diélectrique (3), caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation d'au moins un ensemble de plots conducteurs (4) connectés à et s'étendant à partir d'au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant le plan de masse et ledit au moins un élément rayonnant, de façon à réduire au moins une dimension physique dudit au moins un élément rayonnant pour une fréquence de résonance déterminée.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape suivante, pour le plan de masse et/ou au moins un des éléments rayonnants auquel est connecté un ensemble de plots conducteurs: on réalise une première pièce conductrice comprenant : un corps principal formant ledit plan de masse ou ledit élément rayonnant ; et au moins une saillie conductrice s'étendant à partir dudit corps principal, de façon à former un des plots conducteurs connectés au plan de masse ou à un des éléments rayonnants.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 et 20, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, pour au moins un des éléments rayonnants auquel est connecté un ensemble de plots conducteurs : on réalise une seconde pièce conductrice comprenant une partie centrale formant ledit élément rayonnant ; on découpe au moins une languette conductrice dans une partie excentrique de ladite seconde pièce conductrice ; on replie ladite au moins une languette conductrice par rapport à la partie centrale, de façon à former un des plots conducteurs connectés à un des éléments rayonnants.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 et 21 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de positionnement de ladite première ou seconde pièce conductrice par rapport à un autre élément de l'antenne, à l'aide d'au moins un élément de support réalisé dans un matériau diélectrique.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 22, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, pour le plan de masse et/ou au moins un des éléments rayonnants auquel est connecté un ensemble de plots conducteurs : on réalise au moins un trou dans une couche de matériau diélectrique, ledit au moins un trou s'étendant à partir d'une première face de ladite couche et ne débouchant pas sur une seconde face de ladite couche ; on recouvre sélectivement, avec un matériau conducteur : * au moins une partie de ladite première face, de façon à former ledit plan de masse ou ledit élément rayonnant ; et la surface dudit au moins un trou, de façon à obtenir un trou conducteur formant un des plots conducteurs connectés au plan de masse ou à un des éléments rayonnants.
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