WO2011036418A1 - Miniature antenna - Google Patents

Miniature antenna Download PDF

Info

Publication number
WO2011036418A1
WO2011036418A1 PCT/FR2010/052009 FR2010052009W WO2011036418A1 WO 2011036418 A1 WO2011036418 A1 WO 2011036418A1 FR 2010052009 W FR2010052009 W FR 2010052009W WO 2011036418 A1 WO2011036418 A1 WO 2011036418A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
antenna
loop
semi
miniature antenna
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/052009
Other languages
French (fr)
Inventor
Jean-François PINTOS
Philippe Minard
Ali Louzir
Original Assignee
Thomson Licensing
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson Licensing filed Critical Thomson Licensing
Publication of WO2011036418A1 publication Critical patent/WO2011036418A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/005—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with variable reactance for tuning the antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

Definitions

  • the present invention relates to a miniature antenna, in particular a miniature antenna operating in the UHF band (470-862 MHz).
  • the dimensions of the antenna are governed by physical laws and depend on the operating wavelength.
  • these dimensions are different approaches to try to reduce these dimensions, especially when the antennas are intended to be used in portable or mobile devices whose dimensions are of the order of a mobile phone or a nomadic platform.
  • this meta-material term designating an artificial material that has electromagnetic properties that are not found in a natural material.
  • these are periodic, dielectric or metallic structures that behave like a homogeneous material that does not exist in the natural state.
  • FIG. 1 A structure of this type is shown in FIG.
  • the structure shown is sized for the UHF band. It consists of a square dielectric substrate 1 of dimensions 41 mm ⁇ 41 mm in the embodiment shown. This enlarged substrate 1 is positioned on the right of FIG.
  • a meander pattern 2 of inductive nature is etched on one side of the substrate 1 and a line 3 acting as an electrically small antenna of capacitive nature is etched on the opposite side of the substrate.
  • This substrate 1 is placed orthogonally to a square ground plane of dimensions 442mmx442mm.
  • the meander pattern is connected to the ground plane and the line is considered the excitation port.
  • Figure 2 is a graph showing the impedance matching of such an antenna, with an adaptation level of less than -5 dB around 412 MHz. This curve shows that the antenna resonates around a frequency and that its relative bandwidth is of the order of a few percent. However, this antenna has a very high radiation efficiency despite the small size of the radiating element with respect to the wavelength, but its very small bandwidth does not encourage the person skilled in the art to use in portable or nomadic devices.
  • the present invention seeks to solve the above problems by proposing a new miniature antenna structure based on metamaterials and adjustable throughout the UHF band, more particularly in the frequency band between 470 MHz and 862 MHz.
  • the present invention therefore relates to a miniature antenna comprising a structure inspired by the meta-materials with on one side of a substrate, a first inductive type conductive element and on the other side, an excitation element connected to a circuit of treatment of the electromagnetic signals received and / or transmitted by the antenna, characterized in that the excitation element is constituted by a second element of inductive type in semi-loop, one of the ends of the element in semi-loop being connected to said processing circuit and the other end of the semiconductor loop being connected to a first capacitive-type adjustable active component whose other end is connected to a first power device and in that a capacitive second adjustable active component is connected between the first inductive conductor element and a second power supply device.
  • a structure of this type makes it possible to adjust the adaptation level as well as the resonance frequency of the antenna.
  • the substrate is made of a dielectric material and / or a magneto-dielectric material.
  • the first inductive type conductive element consists of a meander line which may be etched on one side of the substrate or may be in the form of a foil which is fixed on the substrate.
  • the active components of capacitive type are constituted by varactors.
  • the capacitive second adjustable active component is connected between a point of the meander line and the second feeder.
  • Figure 1 already described is a schematic perspective view of a miniature antenna according to the prior art.
  • FIG. 2 is a curve giving the impedance matching of the antenna of FIG.
  • Figure 3 is a schematic plan view of a first embodiment of an antenna according to the present invention on a ground plane.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of the antenna portion of the embodiment of FIG.
  • FIG. 5 is a curve giving the adaptation of the antenna of FIG. 3 for different values of the capacitive element.
  • FIG. 6 is a curve giving the radiation efficiency of the antenna of FIG. 3 for different values of the capacitive element.
  • Figure 7 is a perspective view of another embodiment of a miniature antenna according to the present invention.
  • FIG. 8 is a curve giving the adaptation of the antenna of FIG. 7 for different values of the capacitive element.
  • FIG. 9 is a curve giving the radiation efficiency of the antenna of FIG. 7 for different values of the capacitive element.
  • FIG. 10 is a curve giving the gain of the antenna of FIG. 7 for different values of the capacitive element.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the embodiment of FIG. 7.
  • FIGS. 3 to 6 a first embodiment of the invention will be described.
  • a miniature antenna 10 mounted on a dielectric substrate January 1 provided with a ground plane.
  • This dielectric substrate made in particular of a material known under the name FR4, may be the motherboard of the portable or nomadic device on which the antenna is mounted.
  • the antenna part itself is formed of a substrate 12 on which is etched or fixed in various embodiments a first inductive element consisting, for example, of a meander line 13.
  • the substrate 12 is a conventional dielectric substrate such as a substrate of a material called FR4 having a permittivity greater than 1 and a permeability equal to 1.
  • the substrate 12 is made of a magneto dielectric material, namely a material having both a permittivity and a permeability greater than 1.
  • the use of a magneto-dielectric material makes it possible to have good radio performance with respect to the frequency bandwidth, the efficiency, the gain, while at the same time significantly reducing the size of the band.
  • the radiating element in a ratio proportional to the product of the permittivity by the permeability.
  • the meander line 13 is etched on the substrate 12 of magneto-dielectric type.
  • the meander 13 is etched on a flexible substrate such as a flexible substrate associated with a layer of an adhesive material such as the material sold by 3M under the reference 3MF9469 PC type "Katon" (brand of Dupont de Nemours) that will be fixed on the substrate in magneto-dielectric material.
  • the meander may also be formed of a metal foil, the substrate of magnetodielectric material being inserted by pressing into a housing provided for this purpose, as will be explained hereinafter with reference in Figure 1 1. It is obvious to those skilled in the art that these embodiments are also applicable to a pure dielectric substrate, such as ceramics.
  • the above elements of meta-materials type are associated with a second inductive element consisting of a semi-loop 14, one end of which is connected to the input port of the antenna and whose another end is connected to an adjustable active component 16, namely a varactor in the illustrated embodiment.
  • the other end of the varactor 16 is connected to a power supply as shown in FIG.
  • the semi-loop 14 is printed on the substrate 1 1 and the varactor 16 using conventional techniques of PCB engraving (for "printed circuit board" in English)
  • a miniature antenna as shown in Figures 3 and 4 was simulated using a commercial 3D electromagnetic simulator (Ansoft HFSS). For simulation, the following values were used to obtain UHF band operation:
  • the curves of FIGS. 5 and 6 show, for different values of the capacitive element formed by the varactor, that it is possible to obtain a large frequency excursion, in particular on the upper part of the UHF band, while keeping a constant good performance of the antenna.
  • the miniature antenna according to the present invention is made on a portion 20a of the motherboard 20 of a mobile or nomadic device, for example.
  • the antenna itself has on a substrate 21 made as mentioned above, a meander pattern 22 forming the first inductive element.
  • the second inductively inductive element formed by the half-loop is printed on the portion 20a of the substrate with one end connected to the access port 23.
  • the other end of the half-loop is connected to a first varactor 24 which is also connected to a feeder referenced 25.
  • a second varactor 26 is connected between the meander element and a second feeder. This second varactor forms a variable capacitance which makes it possible to improve the frequency excursion of the antenna.
  • the second varactor 26 is added to the lower layer of the substrate 21 and connected to a portion of the meander as shown more clearly in FIG.
  • the antenna of FIG. 7 was simulated using the same simulator as for the antenna of FIG. 3. In order to obtain an operation in the UHF band, the following values were used.
  • FIGS. 9 and 10 respectively give the radiation efficiency and the gain of the antenna for the different values of C2 used in FIG. 8.
  • FIG. 7 An exploded perspective view of the embodiment of FIG. 7 is shown in FIG.
  • the left part of this figure is a view from above while the right part is a view from below.
  • the half loop 34 on the portion 30a of the substrate 30 is made the half loop 34, one end 35 is connected to the access port 35 of the antenna and the other end to a first varactor 36 connected to a first feeder 37
  • the meander line 31 is formed by a metal foil which is fixed via a Kapton layer 33 to a substrate made of magneto-dielectric material 32, all of these three elements coming into position. on the portion 30a above the half-loop 34.
  • a second varactor 38 is made on the substrate 30 between a point of the meander line and a second device of power supply 39.

Abstract

The present invention relates to a miniature antenna (10) comprising a structure inspired by meta-materials with a first inductive conducting element (13) on one surface of a substrate (12) and, on the other surface, an energising element connected to a circuit for processing electromagnetic signals received and/or sent by the antenna. According to the invention, the energising element is made up of a second inductive element (14) forming a semi-loop, one of the ends of the semi-loop element being connected to said processing circuit and the other end of the semi-loop being connected to an adjustable active component (16) in which the other end is connected to a first power supply device. The invention can be used in particular for antennas operating in the UHF band.

Description

ANTENNE MINIATURE  MINIATURE ANTENNA
La présente invention concerne une antenne miniature, notamment une antenne miniature fonctionnant dans la bande UHF (470-862 MHz). The present invention relates to a miniature antenna, in particular a miniature antenna operating in the UHF band (470-862 MHz).
Dans le domaine des antennes, les dimensions de l'antenne sont régies par des lois physiques et dépendent de la longueur d'ondes de fonctionnement. Toutefois, il existe différentes approches pour essayer de réduire ces dimensions, notamment lorsque les antennes sont destinées à être utilisées dans des dispositifs portables ou nomades dont les dimensions sont de l'ordre d'un téléphone portable ou d'une plate forme nomade. Ainsi, il a été proposé récemment d'utiliser des structures basées sur des méta- matériaux, ce terme méta-matériau désignant un matériau artificiel qui présente des propriétés électromagnétiques qu'on ne retrouve pas dans un matériau naturel. Il s'agit, en général, de structures périodiques, diélectriques ou métalliques qui se comportent comme un matériau homogène n'existant pas à l'état naturel.  In the field of antennas, the dimensions of the antenna are governed by physical laws and depend on the operating wavelength. However, there are different approaches to try to reduce these dimensions, especially when the antennas are intended to be used in portable or mobile devices whose dimensions are of the order of a mobile phone or a nomadic platform. Thus, it has recently been proposed to use structures based on metamaterials, this meta-material term designating an artificial material that has electromagnetic properties that are not found in a natural material. In general, these are periodic, dielectric or metallic structures that behave like a homogeneous material that does not exist in the natural state.
Ainsi, dans l'article « A Summary of Récent Developments on Metamaterial-based and Metamaterial-inspired Efficient Electrically Small Antennas, Aycan ERENTOK, Richard W. ZIOLKOWSKI » publié dans le Turk. J. Elec. Engin., Vol. 16, N0.1 2008, les auteurs ont présenté des structures résonnantes de très faibles dimensions basées sur des méta- matériaux. Une structure de ce type est représentée sur la figure 1 . La structure représentée est dimensionnée pour la bande UHF. Elle est constituée d'un substrat diélectrique carré 1 de dimensions 41 mmx41 mm dans le mode de réalisation représenté. Ce substrat 1 agrandi est positionné sur la droite de la figure 1 . Un motif à méandres 2 de nature inductive est gravé sur une face du substrat 1 et une ligne 3 faisant office d'antenne électriquement petite de nature capacitive est gravée sur la face opposée du substrat. Ce substrat 1 est placé orthogonalement à un plan de masse 4 carré de dimensions 442mmx442mm. Le motif à méandres est relié au plan de masse et la ligne est considérée comme le port d'excitation. La taille de l'élément rayonnant est ici inférieure à un carré de coté égal à λ0/17 (λ0= longueur d'onde dans l'air). Thus, in the article "A Summary of Recent Developments on Metamaterial-based and Metamaterial-inspired Efficient Electrically Small Antennas, Aycan ERENTOK, Richard W. ZIOLKOWSKI" published in the Turk. J. Elec. Machine, Vol. 16, N0.1 2008, the authors presented resonant structures of very small dimensions based on metamaterials. A structure of this type is shown in FIG. The structure shown is sized for the UHF band. It consists of a square dielectric substrate 1 of dimensions 41 mm × 41 mm in the embodiment shown. This enlarged substrate 1 is positioned on the right of FIG. A meander pattern 2 of inductive nature is etched on one side of the substrate 1 and a line 3 acting as an electrically small antenna of capacitive nature is etched on the opposite side of the substrate. This substrate 1 is placed orthogonally to a square ground plane of dimensions 442mmx442mm. The meander pattern is connected to the ground plane and the line is considered the excitation port. The size of the radiating element is here less than a square of side equal to λ 0/17 (λ 0 = wavelength in the air).
La figure 2 est une courbe représentant l'adaptation d'impédance d'une telle antenne, avec un niveau d'adaptation inférieur à -5 dB autour de 412MHz. On voit sur cette courbe que l'antenne résonne autour d'une fréquence et que sa largeur de bande relative est de l'ordre de quelques pourcents. Toutefois, cette antenne bénéficie d'un rendement de rayonnement très important malgré la petite taille de l'élément rayonnant par rapport à la longueur d'onde, mais sa très faible largeur de bande n'incite pas l'homme du métier à l'utiliser dans des dispositifs portables ou nomades.  Figure 2 is a graph showing the impedance matching of such an antenna, with an adaptation level of less than -5 dB around 412 MHz. This curve shows that the antenna resonates around a frequency and that its relative bandwidth is of the order of a few percent. However, this antenna has a very high radiation efficiency despite the small size of the radiating element with respect to the wavelength, but its very small bandwidth does not encourage the person skilled in the art to use in portable or nomadic devices.
Outre le problème de largeur de bande mentionné ci-dessus, une autre difficulté rencontrée pour l'utilisation de ce type de matériau artificiel réside dans son encombrement. En effet les motifs permettant de créer l'effet apporté par les méta-matériaux tels que les méandres, sont souvent de l'ordre de quelques millimètres à quelques centimètres sous ou à proximité de l'élément rayonnant.  In addition to the problem of bandwidth mentioned above, another difficulty encountered in the use of this type of artificial material lies in its size. Indeed, the reasons for creating the effect provided by the meta-materials such as meanders, are often of the order of a few millimeters to a few centimeters under or near the radiating element.
La présente invention cherche à résoudre les problèmes ci-dessus en proposant une nouvelle structure d'antenne miniature basée sur les méta- matériaux et ajustable dans toute la bande UHF, plus particulièrement dans la bande de fréquences comprise entre 470 MHz et 862 MHz.  The present invention seeks to solve the above problems by proposing a new miniature antenna structure based on metamaterials and adjustable throughout the UHF band, more particularly in the frequency band between 470 MHz and 862 MHz.
La présente invention concerne donc une antenne miniature comportant une structure inspirée par les méta-matériaux avec sur une face d'un substrat, un premier élément conducteur de type inductif et sur l'autre face, un élément d'excitation connecté à un circuit de traitement des signaux électromagnétiques reçus et/ou émis par l'antenne, caractérisée en ce que l'élément d'excitation est constitué par un second élément de type inductif en semi-boucle, une des extrémités de l'élément en semi-boucle étant connectée audit circuit de traitement et l'autre extrémité de la semi-boucle étant connectée à un premier composant actif ajustable de type capacitif dont l'autre extrémité est reliée à un premier dispositif d'alimentation et en ce que un second composant actif ajustable de type capacitif est connecté entre le premier élément conducteur inductif et un second dispositif d'alimentation. The present invention therefore relates to a miniature antenna comprising a structure inspired by the meta-materials with on one side of a substrate, a first inductive type conductive element and on the other side, an excitation element connected to a circuit of treatment of the electromagnetic signals received and / or transmitted by the antenna, characterized in that the excitation element is constituted by a second element of inductive type in semi-loop, one of the ends of the element in semi-loop being connected to said processing circuit and the other end of the semiconductor loop being connected to a first capacitive-type adjustable active component whose other end is connected to a first power device and in that a capacitive second adjustable active component is connected between the first inductive conductor element and a second power supply device.
Une structure de ce type permet d'ajuster le niveau d'adaptation ainsi que la fréquence de résonance de l'antenne.  A structure of this type makes it possible to adjust the adaptation level as well as the resonance frequency of the antenna.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, le substrat est réalisé en un matériau diélectrique et/ou en un matériau magnéto-diélectrique.  According to another characteristic of the present invention, the substrate is made of a dielectric material and / or a magneto-dielectric material.
Selon un mode de réalisation, le premier élément conducteur de type inductif est constitué par une ligne en méandre qui peut-être gravée sur une face du substrat ou être réalisé sous la forme d'un clinquant venant se fixer sur le substrat. D'autre part, les composants actifs de type capacitif sont constitués par des varactors. De préférence, le second composant actif ajustable de type capacitif est connecté entre un point de la ligne en méandre et le second dispositif d'alimentation.  According to one embodiment, the first inductive type conductive element consists of a meander line which may be etched on one side of the substrate or may be in the form of a foil which is fixed on the substrate. On the other hand, the active components of capacitive type are constituted by varactors. Preferably, the capacitive second adjustable active component is connected between a point of the meander line and the second feeder.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation, cette lecture étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels :  Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the description of various embodiments, this reading being made with reference to the accompanying drawings in which:
La figure 1 déjà décrite est une vue en perspective schématique d'une antenne miniature selon l'art antérieur.  Figure 1 already described is a schematic perspective view of a miniature antenna according to the prior art.
La figure 2 est une courbe donnant l'adaptation d'impédance de l'antenne de figure 1 .  FIG. 2 is a curve giving the impedance matching of the antenna of FIG.
La figure 3 est une vue en plan schématique d'un premier mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention sur un plan de masse.  Figure 3 is a schematic plan view of a first embodiment of an antenna according to the present invention on a ground plane.
La figure 4 est une vue en plan agrandie de la partie antenne du mode de réalisation de la figure 3.  FIG. 4 is an enlarged plan view of the antenna portion of the embodiment of FIG.
La figure 5 est une courbe donnant l'adaptation de l'antenne de la figure 3 pour différentes valeurs de l'élément capacitif.  FIG. 5 is a curve giving the adaptation of the antenna of FIG. 3 for different values of the capacitive element.
La figure 6 est une courbe donnant le rendement de rayonnement de l'antenne de la figure 3 pour différentes valeurs de l'élément capacitif. La figure 7 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'une antenne miniature conforme à la présente invention. FIG. 6 is a curve giving the radiation efficiency of the antenna of FIG. 3 for different values of the capacitive element. Figure 7 is a perspective view of another embodiment of a miniature antenna according to the present invention.
La figure 8 est une courbe donnant l'adaptation de l'antenne de la figure 7 pour différentes valeurs de l'élément capacitif.  FIG. 8 is a curve giving the adaptation of the antenna of FIG. 7 for different values of the capacitive element.
La figure 9 est une courbe donnant le rendement de rayonnement de l'antenne de la figure 7 pour différentes valeurs de l'élément capacitif.  FIG. 9 is a curve giving the radiation efficiency of the antenna of FIG. 7 for different values of the capacitive element.
La figure 10 est une courbe donnant le gain de l'antenne de la figure 7 pour différentes valeurs de l'élément capacitif, et  FIG. 10 is a curve giving the gain of the antenna of FIG. 7 for different values of the capacitive element, and
La figure 1 1 est une vue en perspective éclatée du mode de réalisation de la figure 7.  FIG. 11 is an exploded perspective view of the embodiment of FIG. 7.
Pour simplifier la description, dans les figures les mêmes éléments portent les mêmes références.  To simplify the description, in the figures the same elements bear the same references.
On décrira tout d'abord avec référence aux figures 3 à 6, un premier mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 3, on a représenté une antenne miniature 10 conforme à la présente invention, montée sur un substrat diélectrique 1 1 muni d'un plan de masse. Ce substrat diélectrique, réalisé notamment en un matériau connu sous la dénomination FR4, peut- être la carte mère du dispositif portable ou nomade sur lequel est montée l'antenne.  Firstly, with reference to FIGS. 3 to 6, a first embodiment of the invention will be described. In Figure 3, there is shown a miniature antenna 10 according to the present invention, mounted on a dielectric substrate January 1 provided with a ground plane. This dielectric substrate, made in particular of a material known under the name FR4, may be the motherboard of the portable or nomadic device on which the antenna is mounted.
Comme représentée sur la figure 4, la partie antenne proprement dite est formée d'un substrat 12 sur lequel est gravé ou fixé selon différents modes de réalisation, un premier élément inductif constitué, par exemple, d'une ligne en méandre 13. Le substrat 12 est un substrat diélectrique classique tel qu'un substrat en un matériau dénommé FR4 présentant une permittivité supérieure à 1 et une perméabilité égale à 1 . Toutefois, selon une caractéristique de l'invention, le substrat 12 est réalisé en un matériau magnéto diélectrique, à savoir un matériau présentant à la fois une permittivité et une perméabilité supérieures à 1 . L'utilisation d'un matériau magnéto-diélectrique permet d'avoir de bonnes performances radioélectriques en ce qui concernent la largeur de bandes de fréquence, le rendement, le gain tout en réduisant de façon significative la taille de l'élément rayonnant dans un rapport proportionnel au produit de la permittivité par la perméabilité. As shown in FIG. 4, the antenna part itself is formed of a substrate 12 on which is etched or fixed in various embodiments a first inductive element consisting, for example, of a meander line 13. The substrate 12 is a conventional dielectric substrate such as a substrate of a material called FR4 having a permittivity greater than 1 and a permeability equal to 1. However, according to a characteristic of the invention, the substrate 12 is made of a magneto dielectric material, namely a material having both a permittivity and a permeability greater than 1. The use of a magneto-dielectric material makes it possible to have good radio performance with respect to the frequency bandwidth, the efficiency, the gain, while at the same time significantly reducing the size of the band. the radiating element in a ratio proportional to the product of the permittivity by the permeability.
Dans un mode de réalisation préférentiel, la ligne en méandre 13 est gravée sur le substrat 12 de type magnéto-diélectrique. Dans un autre mode de réalisation, le méandre 13 est gravé sur un substrat flexible tel qu'un substrat flexible associé à une couche en un matériau adhésif tel que le matériau vendu par 3M sous la référence 3MF9469 PC de type « Katon » (marque de Dupont de Nemours) que l'on viendra fixé sur le substrat en matériau magnéto-diélectrique.  In a preferred embodiment, the meander line 13 is etched on the substrate 12 of magneto-dielectric type. In another embodiment, the meander 13 is etched on a flexible substrate such as a flexible substrate associated with a layer of an adhesive material such as the material sold by 3M under the reference 3MF9469 PC type "Katon" (brand of Dupont de Nemours) that will be fixed on the substrate in magneto-dielectric material.
Selon encore un autre mode de réalisation, le méandre peut aussi être formé d'un clinquant métallique , le substrat en matériau magnéto- diélectrique venant s'insérer par pressage dans un logement prévu à cet effet , comme cela sera expliqué ci-après avec référence à la figure 1 1 . Il est évident pour l'homme de l'art que ces modes de réalisation sont aussi applicables à un substrat diélectrique pure, comme par exemple les céramiques.  According to yet another embodiment, the meander may also be formed of a metal foil, the substrate of magnetodielectric material being inserted by pressing into a housing provided for this purpose, as will be explained hereinafter with reference in Figure 1 1. It is obvious to those skilled in the art that these embodiments are also applicable to a pure dielectric substrate, such as ceramics.
Conformément à la présente invention, les éléments ci-dessus de type méta-matériaux sont associés à un second élément inductif constitué d'une semi-boucle 14 dont une extrémité est connectée au port 15 d'entré de l'antenne et dont l'autre extrémité est connectée à un composant actif ajustable 16, à savoir un varactor dans le mode de réalisation représenté. L'autre extrémité du varactor 16 est connectée à une alimentation comme représenté sur la figure 1 1 . Dans le mode de réalisation représenté, la semi boucle 14 est imprimée sur le substrat 1 1 ainsi que le varactor 16 en utilisant des techniques classiques de gravure sur PCB (pour « printed circuit board » en langue anglaise)  According to the present invention, the above elements of meta-materials type are associated with a second inductive element consisting of a semi-loop 14, one end of which is connected to the input port of the antenna and whose another end is connected to an adjustable active component 16, namely a varactor in the illustrated embodiment. The other end of the varactor 16 is connected to a power supply as shown in FIG. In the embodiment shown, the semi-loop 14 is printed on the substrate 1 1 and the varactor 16 using conventional techniques of PCB engraving (for "printed circuit board" in English)
Une antenne miniature telle que représentée sur les figures 3 et 4 a été simulée en utilisant un simulateur électromagnétique 3D du commerce (HFSS Ansoft). Pour la simulation, les valeurs suivantes ont été utilisées pour obtenir un fonctionnement dans la bande UHF :  A miniature antenna as shown in Figures 3 and 4 was simulated using a commercial 3D electromagnetic simulator (Ansoft HFSS). For simulation, the following values were used to obtain UHF band operation:
- Le substrat 1 1 est du FR4 d'épaisseur 1 .4mm présentant un er=4.4 and tang δ=0.027. - le substrat 12 est en un matériau magnéto-diélectrique présentant un er =6.5, μΓ=3.7 tang ôe=0.025 et tang ôm=0.05. - The substrate 1 1 is FR4 of thickness 1 .4 mm having an er = 4.4 and tang δ = 0.027. the substrate 12 is made of a magneto-dielectric material having an er = 6.5, μΓ = 3.7 tang δe = 0.025 and tang δm = 0.05.
Les courbes des figures 5 et 6 montrent, pour différentes valeurs de l'élément capacitif formé par le varactor, qu'il est possible d'obtenir une excursion de fréquence importante, notamment sur la partie haute de la bande UHF, tout en gardant un bon rendement de l'antenne.  The curves of FIGS. 5 and 6 show, for different values of the capacitive element formed by the varactor, that it is possible to obtain a large frequency excursion, in particular on the upper part of the UHF band, while keeping a constant good performance of the antenna.
On décrira maintenant avec référence aux figures 7 à 10, un autre mode de réalisation de la présente invention. L'antenne miniature conforme à la présente invention est réalisée sur une partie 20a de la carte mère 20 d'un dispositif mobile ou nomade, par exemple. Comme représenté sur la figure 7, l'antenne proprement dite comporte sur un substrat 21 réalisé comme mentionné ci-dessus, un motif en méandre 22 formant le premier élément inductif. Le second élément par nature inductif formé par la demie boucle est imprimé sur la partie 20a du substrat avec une extrémité reliée au port d'accès 23. L'autre extrémité de la demie-boucle est connectée à un premier varactor 24 qui est aussi connecté à un dispositif d'alimentation référencé 25. Dans ce mode de réalisation, un second varactor 26 est connecté entre l'élément en méandre et un second dispositif d'alimentation. Ce second varactor forme une capacité variable qui permet d'améliorer l'excursion en fréquence de l'antenne. Le second varactor 26 est rajouté sur la couche inférieure du substrat 21 et connecté sur une partie du méandre comme représenté plus clairement sur la figure 1 1 .  Reference will now be made to FIGS. 7 to 10, another embodiment of the present invention. The miniature antenna according to the present invention is made on a portion 20a of the motherboard 20 of a mobile or nomadic device, for example. As shown in FIG. 7, the antenna itself has on a substrate 21 made as mentioned above, a meander pattern 22 forming the first inductive element. The second inductively inductive element formed by the half-loop is printed on the portion 20a of the substrate with one end connected to the access port 23. The other end of the half-loop is connected to a first varactor 24 which is also connected to a feeder referenced 25. In this embodiment, a second varactor 26 is connected between the meander element and a second feeder. This second varactor forms a variable capacitance which makes it possible to improve the frequency excursion of the antenna. The second varactor 26 is added to the lower layer of the substrate 21 and connected to a portion of the meander as shown more clearly in FIG.
L'antenne de la figure 7 a été simulée en utilisant le même simulateur que pour l'antenne de la figure 3. Pour obtenir un fonctionnement dans la bande UHF, les valeurs suivantes ont été utilisées.  The antenna of FIG. 7 was simulated using the same simulator as for the antenna of FIG. 3. In order to obtain an operation in the UHF band, the following values were used.
- Le substrat 20 est du FR4 d'épaisseur 1 .4mm présentant un er=4.4 et une tang δ=0.027.  - The substrate 20 is FR4 of thickness 1 .4 mm having an er = 4.4 and a tang δ = 0.027.
- le substrat 21 est en un matériau magnéto-diélectrique formé d'un mélange de nickel-indium-cobalt présentant un er =5.5, μΓ=3.7 tang ôe=0.025 et tang ôm=0.05.  the substrate 21 is made of a magneto-dielectric material formed of a mixture of nickel-indium-cobalt having an er = 5.5, μΓ = 3.7 tang δe = 0.025 and tang δm = 0.05.
La figure 8 montre que pour une valeur C1 =0.7pF pour le premier varactor 24 et des valeurs de C2 variant entre 0.7 et 7pF pour le second varactor 26, la bande UHF est couverte. Différentes valeurs de couple C1 /C2 permettent d'ajuster le niveau d'adaptation de l'antenne. FIG. 8 shows that for a value C1 = 0.7pF for the first varactor 24 and values of C2 varying between 0.7 and 7pF for the second varactor 26, the UHF band is covered. Different torque values C1 / C2 make it possible to adjust the level of adaptation of the antenna.
Les figures 9 et 10 donnent respectivement le rendement de rayonnement et le gain de l'antenne pour les différentes valeurs de C2 utilisées dans la figure 8. Les courbes montrent que, mis à part la courbe C2=0.7pF qui présente certains aberrations, les rendements de rayonnement sont tout à fait acceptables.  FIGS. 9 and 10 respectively give the radiation efficiency and the gain of the antenna for the different values of C2 used in FIG. 8. The curves show that, apart from the curve C2 = 0.7pF, which has certain aberrations, the radiation yields are quite acceptable.
Pour mieux voir comment est réalisé la présente invention, une vue en perspective éclatée du mode de réalisation de la figure 7 est représenté sur la figure 1 1 .  To better see how the present invention is carried out, an exploded perspective view of the embodiment of FIG. 7 is shown in FIG.
La partie gauche de cette figure est une vue de dessus tandis que la partie droite en est une vue de dessous.  The left part of this figure is a view from above while the right part is a view from below.
Schématiquement, sur la partie 30a du substrat 30 est réalisée la demie boucle 34 dont une extrémité 35 est connectée au port d'accès 35 de l'antenne et l'autre extrémité à un premier varactor 36 connecté à un premier dispositif d'alimentation 37. Dans ce cas, la ligne en méandre 31 est formée par un clinquant métallique qui est fixé par l'intermédiaire d'une couche en Kapton 33 sur un substrat en matériau magnéto-diélectrique 32, l'ensemble de ces trois éléments venant se positionner sur la partie 30a au-dessus de la demie-boucle 34. Comme représenté sur la partie droite de la figure 1 1 , un second varactor 38 est réalisé sur le substrat 30 entre un point de la ligne en méandre et un second dispositif d'alimentation 39.  Schematically, on the portion 30a of the substrate 30 is made the half loop 34, one end 35 is connected to the access port 35 of the antenna and the other end to a first varactor 36 connected to a first feeder 37 In this case, the meander line 31 is formed by a metal foil which is fixed via a Kapton layer 33 to a substrate made of magneto-dielectric material 32, all of these three elements coming into position. on the portion 30a above the half-loop 34. As shown on the right-hand part of FIG. 11, a second varactor 38 is made on the substrate 30 between a point of the meander line and a second device of power supply 39.
Les modes de réalisations ci-dessus sont donnés à titre d'exemple et des modifications peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, d'autres types de composant accordable peuvent être utilisés, notamment des transistors, des diodes, etc. Il est aussi évident pour l'homme de l'art que les dimensions de la ligne en méandres et de la demie-boucle doivent être ajustées en fonction de la fréquence de fonctionnement de l'antenne. The embodiments above are given by way of example and modifications can be made without departing from the scope of the invention. In particular, other types of tunable component may be used, including transistors, diodes, etc. It is also obvious to those skilled in the art that the dimensions of the meander line and the half-loop must be adjusted according to the frequency of operation of the antenna.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Une antenne miniature comportant une structure inspirée par les méta-matériaux avec sur une face d'un substrat (12, 21 , 32), un premier élément conducteur de type inductif (13, 22, 31 ) et sur l'autre face, un élément d'excitation connecté à un circuit de traitement des signaux électromagnétiques reçus et/ou émis par l'antenne, caractérisée en ce que l'élément d'excitation est constitué par un second élément de type inductif en semi-boucle (14, 34), une des extrémités de l'élément en semi-boucle étant connectée audit circuit de traitement et l'autre extrémité de la semi-boucle étant connectée à un premier composant actif ajustable de type capacitif (16, 24, 36) dont l'autre extrémité est reliée à un premier dispositif d'alimentation et en ce 1 - A miniature antenna comprising a structure inspired by the meta-materials with on one side of a substrate (12, 21, 32), a first inductive type conductor element (13, 22, 31) and on the other side an excitation element connected to a circuit for processing the electromagnetic signals received and / or transmitted by the antenna, characterized in that the excitation element is constituted by a second semi-loop inductive type element (14). , 34), one end of the semi-loop element being connected to said processing circuit and the other end of the semi-loop being connected to a first capacitive-type adjustable active component (16, 24, 36) of which the other end is connected to a first feeder and in that
qu'un second composant actif ajustable de type capacitif (26, 38) est connecté entre le premier élément conducteur de type inductif et un second dispositif d'alimentation (39). 2 - Antenne miniature selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le substrat est réalisé en un matériau diélectrique et/ou en un matériau magnéto-diélectrique.  a second capacitive, adjustable active component (26, 38) is connected between the first inductive type conductive element and a second power supply device (39). 2 - miniature antenna according to claim 1, characterized in that the substrate is made of a dielectric material and / or a magneto-dielectric material.
3 - Antenne miniature selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier élément inductif est constitué par une ligne en méandre (13) gravée sur une face du substrat ou réalisée sous la forme d'un clinquant (22, 31 ) venant se fixer sur le substrat. 3 - miniature antenna according to any one of the preceding claims, characterized in that the first inductive element is constituted by a meander line (13) engraved on one side of the substrate or made in the form of a foil (22, 31 ) being fixed on the substrate.
4 - Antenne miniature selon la revendication 3, caractérisée en ce que le second composant actif ajustable de type capacitif est connecté entre un point de ligne en méandre et le second dispositif d'alimentation. 5 - Antenne miniature selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les composants actifs sont constitués par un composant choisi parmi les varactors ou d'autres composants de type capacitif. 4 - miniature antenna according to claim 3, characterized in that the second active capacitive type adjustable component is connected between a meander line point and the second feeder. 5 - miniature antenna according to any one of the preceding claims, characterized in that the active components are constituted by a component selected from varactors or other capacitive type components.
PCT/FR2010/052009 2009-09-25 2010-09-24 Miniature antenna WO2011036418A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0956663 2009-09-25
FR0956663 2009-09-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011036418A1 true WO2011036418A1 (en) 2011-03-31

Family

ID=42215139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2010/052009 WO2011036418A1 (en) 2009-09-25 2010-09-24 Miniature antenna

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2011036418A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2508428A (en) * 2012-12-03 2014-06-04 Eads Singapore Pte Ltd Small tapered slot antenna using a magneto-dielectric material
FR3088849A1 (en) 2018-11-28 2020-05-29 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Sheet having dielectric or magneto-dielectric properties.

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5745844A (en) * 1996-10-04 1998-04-28 Motorola, Inc. Receiver control in a communication device by antenna de-tuning in strong signal conditions, and method therefor
EP1734659A1 (en) * 2005-06-07 2006-12-20 Hitachi, Ltd. Antenna with controllable resonance frequency for wireless communication

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5745844A (en) * 1996-10-04 1998-04-28 Motorola, Inc. Receiver control in a communication device by antenna de-tuning in strong signal conditions, and method therefor
EP1734659A1 (en) * 2005-06-07 2006-12-20 Hitachi, Ltd. Antenna with controllable resonance frequency for wireless communication

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A Summary of Recent Developments on Metamaterial-based and Metamaterial-inspired Efficient Electrically Small Antennas, Aycan ERENTOK, Richard W. ZIOLKOWSKI", TURK. J. ELEC. ENGIN., vol. 16, no. 1, 2008
AYCAN ERENTOK ET AL: "A dual-band efficient metamaterial-inspired electrically-small magnetic-based antenna", ANTENNAS AND PROPAGATION INTERNATIONAL SYMPOSIUM, 2007 IEEE, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 1 June 2007 (2007-06-01), pages 1877 - 1880, XP031169529, ISBN: 978-1-4244-0877-1 *
AYCAN ERENTOK ET AL: "Metamaterial inspired efficient elctrical small w antennas", IEEE TRANSACTION ON ANTENNAS AND PROPAGATION, vol. 56, no. 3, 1 March 2008 (2008-03-01), pages 691 - 707, XP002591125 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2508428A (en) * 2012-12-03 2014-06-04 Eads Singapore Pte Ltd Small tapered slot antenna using a magneto-dielectric material
FR3088849A1 (en) 2018-11-28 2020-05-29 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Sheet having dielectric or magneto-dielectric properties.
EP3659804A1 (en) 2018-11-28 2020-06-03 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Sheet having dielectric or magneto-dielectric properties
US11616293B2 (en) 2018-11-28 2023-03-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Sheet exhibiting dielectric or magneto-dielectric properties

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2843832A1 (en) Wideband dielectric resonator antenna, for wireless LAN, positions resonator at distance from zero to half wavelength in the resonator dielectric from one edge of earth plane of substrate on which it is mounted
EP0825673A1 (en) Plane printed antenna with interposed short-circuited elements
EP1589608A1 (en) Compact RF antenna
EP3146593B1 (en) Antenna system for reducing the electromagnetic coupling between antennas
WO2019034760A1 (en) Patch antenna having two different radiation modes with two separate working frequencies, device using such an antenna
FR2844399A1 (en) DIELECTRIC RESONATOR TYPE ANTENNAS
FR2860927A1 (en) LOW VOLUME INTERNAL ANTENNA
WO2007006982A1 (en) Antenna system with second-order diversity and card for wireless communication apparatus which is equipped with one such device
FR2800920A1 (en) BI-BAND TRANSMISSION DEVICE AND ANTENNA FOR THIS DEVICE
WO2002054538A1 (en) Multiband antenna for mobile appliances
EP2466684B1 (en) Diversity antenna system
EP2643886B1 (en) Planar antenna having a widened bandwidth
FR3090220A1 (en) MONOPOLAR WIRE-PLATE ANTENNA
FR2990591A1 (en) METHOD OF MAKING A LINE-SLIT ON A MULTILAYER SUBSTRATE AND MULTI-LAYER PRINTED CIRCUIT COMPRISING AT LEAST ONE LINE-SLIT REALIZED ACCORDING TO SAID METHOD AND USED AS AN INSULATED SLOT OR ANTENNA
WO2011036418A1 (en) Miniature antenna
EP3692598B1 (en) Antenna with partially saturated dispersive ferromagnetic substrate
FR3083373A1 (en) RADIO FREQUENCY TRANSMISSION DEVICE COMPRISING A FIXING ELEMENT FORMING A RADIANT PORTION OF AN ANTENNA
EP3031097B1 (en) Device for transmitting and/or receiving radiofrequency signals
EP3942649B1 (en) Compact directional antenna, device comprising such an antenna
WO2008000385A1 (en) Printed antenna with two magnetic loops, the printed circuit thereof and the electronic device loaded thereon
FR2859309A1 (en) HIGH IMPEDANCE SUBSTRATE
Gu et al. An Active Frequency Selective Surface with a PIN Diode Switching Mechanism
FR3131463A1 (en) Wide Bandwidth Monopolar Patch Wire Antenna
FR2830987A1 (en) Waveguide-fed antenna, for microwave or millimeter wave communications, has metallic surface at end of guide with at least one central
WO2002037606A1 (en) Multiband antenna

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10769028

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10769028

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1