WO2013121118A2 - Antenne large bande et procede d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale plane - Google Patents

Antenne large bande et procede d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale plane Download PDF

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WO2013121118A2
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spiral antenna
closed resonant
resonant circuit
spiral
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Olivier RIPOCHE
Hervé AUBERT
Anthony Bellion
Patrick Potier
Philippe POULIGUEN
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Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Centre National D'Études Spatiales (Cnes)
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • H01Q9/27—Spiral antennas

Definitions

  • the present invention relates to the field of antennas, and relates more particularly to broadband antennas frequencies.
  • Broadband antennas are widely used in many fields such as space, military and telecommunications.
  • Broadband antennas are particularly known as spiral antennas, which have the advantage of reduced space requirement for a large bandwidth.
  • US Pat. No. 3,638,226 gives an example of such a spiral antenna.
  • the spiral antennas due to their spiral configuration, make it possible to obtain a great length and therefore a large bandwidth.
  • planar spiral antennas For planar spiral antennas, there is known from the publication Q. Liu et al. entitled “A New Compact Archimedean Spiral Antenna with Space Load", “Progress in Electromagnetics Research Letters, Vol. 3, 169-177, 2008, a planar spiral antenna configuration surrounded by a ring, making it possible to obtain, with respect to a planar spiral antenna alone, a reduction factor of the operating frequency of the antenna of FIG. about 7% (in the absence of substrate).
  • the present invention aims at providing a broadband antenna structure which, with respect to a conventional spiral antenna, makes it possible either to increase the bandwidth of equivalent dimensions, or to miniaturize the broadband antenna with a constant bandwidth, with much better performance than those obtained in the publication Q, Liu et al, supra.
  • An application of this invention is to VHF antennas in order to make their integration on satellite easier, by a small footprint.
  • Broadband antennas according to the invention can also include, but not exclusively, find applications for increasing bit rates, applications radar, goniometric applications, spread spectrum techniques, detection, medical imaging and / or the reduction of the number of antennas embedded on a system.
  • the present invention therefore relates to a broadband antenna, comprising a spiral antenna and at least one closed resonant circuit, characterized in that each closed resonant circuit is formed in a plane parallel to the base plane of the spiral antenna or in the basic plane of the spiral antenna, the contour of each closed resonant circuit having substantially the shape of the periphery of the spiral antenna so that the projection in the base plane of the spiral antenna of each closed resonant circuit is superimposed on the periphery of the spiral antenna or surrounds it, the contour of each closed resonant circuit being further constituted by repeating units and / or self-similar.
  • the spiral antenna may be a planar spiral antenna, or a spiral antenna formed on a three-dimensional surface, such as a cone, a truncated cone, a hemisphere, etc.
  • the spiral antenna When the spiral antenna is a planar spiral antenna, its basic plane is the plane in which it is formed.
  • its base plane is the plane containing the periphery of the larger diameter spiral, orthogonal to the straight line along which the spiral extends on the three-dimensional shape.
  • the basic plane of a spiral is, in general, the plane orthogonal to the axis of rotation of the spiral, containing the ends of the spiral.
  • the basic plane is confused with the plane in which the spiral is formed in the case of a plane spiral.
  • the base plane of the spiral antenna is the base of the cone.
  • the base plane of the spiral antenna is the equatorial plane of the half-sphere.
  • the length of the closed resonant circuit is greater than the length of the periphery of the spiral antenna in its base plane.
  • the length of the closed resonant circuit can be adjusted so that its resonance frequency is preferably both close to the minimum operating frequency of the spiral antenna and lower than this to promote a coupling of the closed resonant circuit and the spiral antenna.
  • the ratio between the resonance frequency of each closed resonant circuit and the minimum frequency at which the input reflection coefficient of the spiral antenna is less than -10 dB is less than 1, preferably between 0.3 and 1, more preferably between 0.5 and 0.85.
  • ) is defined by the following formula:
  • the minimum operating frequency of the broadband antenna will be considered in this application as being the minimum frequency at which the absolute value of the input reflection coefficient (
  • the resonant frequency of the closed resonant circuit (s) is close to and lower than the minimum operating frequency of the spiral antenna allows a coupling between the closed resonant circuit (s) and the spiral antenna which has the following effect: effect of lowering the minimum operating frequency of the overall antenna without changing the maximum operating frequency.
  • the broadband antenna according to the invention has a greater bandwidth than the spiral antenna alone. This also means, at constant bandwidth, that it is possible to miniaturize the global antenna with respect to the spiral antenna alone.
  • each closed resonant circuit consists of one or more periodic repetitive patterns and / or self-similar (fractals).
  • each closed resonant circuit may consist of one or more periodic repeating units of the slot, sinusoid or triangle type or of a superimposition of periodic patterns.
  • One and the same repetitive and / or self-similar pattern may be repeated throughout the contour of the closed resonant circuit (s).
  • the broadband antenna comprises a closed resonant circuit formed in the base plane of the spiral antenna which comprises the periphery of the spiral antenna.
  • the broadband antenna comprises a closed resonant circuit formed in a plane parallel to the base plane of the spiral antenna and not including the periphery of the spiral antenna.
  • the broadband antenna comprises two closed resonant circuits, a first closed resonant circuit being formed in the base plane of the spiral antenna which comprises the periphery of the spiral antenna and a second closed resonant circuit. being formed in a second plane parallel to the base plane.
  • the broadband antenna comprises two closed resonant circuits, a first closed resonant circuit being formed in a first plane parallel to the base plane of the spiral antenna and a second closed resonant circuit being formed in a second plane parallel to the base plane of the spiral antenna, different from the first plane in which the first closed resonant circuit is formed, the first plane and the second plane not comprising the periphery of the spiral antenna.
  • the broadband antenna comprises three closed resonant circuits, a first closed resonant circuit formed in the base plane of the spiral antenna and comprising the periphery of the spiral antenna, a second closed resonant circuit formed in a first plane parallel to the base plane of the planar spiral antenna and a third closed resonant circuit formed in a second plane parallel to the base plane of the planar spiral antenna and in the foreground.
  • Closed resonant circuits may be identical.
  • the patterns of the contours of the closed resonant circuits located in different parallel planes can be aligned, that is to say that the orthogonal projections of closed resonant circuits in the basic plane of the spiral antenna are merged. This increases the coupling effect of closed resonant circuits with the spiral antenna.
  • the closed resonant circuit formed in the base plane of the spiral antenna which comprises the periphery of the spiral antenna is connected at one or more points to the periphery of the spiral antenna.
  • the closed resonant circuits formed in planes parallel to the base plane of the spiral antenna are formed in planes located on the same side or on either side of the base plane of the spiral antenna comprising the periphery of the spiral antenna.
  • the spiral antenna may be a spiral antenna Archimedes or logarithmic or sinuous.
  • the spiral antenna may in particular be a spiral antenna plane Archimedes type with two complementary strands.
  • the spiral of the spiral antenna can be rounded, each closed resonant circuit then being a ring, or the spiral of the spiral antenna can be square, each closed resonant circuit then being of square shape.
  • the geometry of the resonant circuit can be adapted to the geometry of the spiral.
  • the number of closed resonant circuits that can be associated with the spiral antenna in the broadband antenna according to the invention is not limited to the number of closed resonant circuits described in the various embodiments, and any number of closed resonant circuits. associated with a spiral antenna in a broadband antenna can be envisaged according to the invention.
  • the invention also relates to a method for increasing the bandwidth of a spiral antenna, characterized in that it comprises the steps of determining a closed resonant circuit length such as the resonance frequency of the resonant circuit. closed and the minimum frequency at which the absolute value of the input reflection coefficient of the spiral antenna is less than -1 OdB is less than 1, preferably between 0.3 and 1, more preferably between 0, 5 and 0.85, so as to improve the impedance matching level of the broadband antenna formed by the spiral antenna and one or more closed resonant circuits between the resonant frequency of the closed resonant circuits and the minimum frequency.
  • the absolute value of the input reflection coefficient of the spiral antenna is less than -10 dB, to increase the extended length of the closed resonant circuits; to reduce the minimum operating frequency of the broadband antenna, and to form the closed resonant circuit (s) in the base plane of the spiral antenna comprising the periphery of the spiral antenna or in one or more parallel planes basic plane of the spiral antenna to obtain a broadband antenna having a bandwidth greater than that of the spiral antenna alone.
  • FIG. 1 A is a schematic top view of a spiral antenna type Archimedean self-complementary two strands
  • FIGS. 1 B is a schematic top view of a broadband antenna formed from a planar spiral antenna, according to the prior art
  • FIGS. 2A and 2B are views of a broadband antenna formed from a planar spiral antenna, according to a first embodiment of the invention, respectively from above and in section in the plane of the antenna; flat spiral
  • Figure 3 is a detail view D of Figure 2A
  • Figure 4 shows the (simulated) reflection coefficient at the input
  • FIG. 5A and 5B are views of a broadband antenna formed from a planar spiral antenna, according to a second embodiment of the invention, respectively in partial perspective and in section in the plane of the planar spiral antenna;
  • Figure 6 shows the (simulated) reflection coefficient at the input
  • FIGS. 9A and 9B are views similar to the views of FIGS.
  • FIGS. 1A and 1B of a broadband antenna formed from a planar spiral antenna, according to a fourth embodiment of the invention
  • Figure 10 shows the (simulated) reflection coefficient at the input
  • a planar spiral antenna 1 of self-complementary Archimedean type with two strands, respectively 2A, 2B, is schematically represented.
  • This type of antenna is the state of the art well known and is presented only as a reference. It will not be described in more detail.
  • a broadband antenna 10 consisting of a planar spiral antenna 11 of the self-complementary double-stranded archimedean type 12A, 12B, surrounded by a so-called smooth resonant ring 13 (outline without pattern).
  • This type of broadband antenna allows, as indicated in the publication Q. Liu et al. cited in preamble, to obtain a coupling of the ring 13 and the planar spiral antenna 11 to have, compared to a spiral antenna alone, a reduction of the minimum operating frequency of the broadband antenna 10.
  • This Broadband antenna 10 will not be described in more detail here.
  • FIG. 2A, 2B, 3 and 4 it can be seen that there is shown a broadband antenna 20 according to a first embodiment of the invention.
  • the broadband antenna 20 comprises a planar spiral antenna 21 of self-complementary double-stranded archimedean type 22A, 22B, and a resonant ring 23, positioned as indicated schematically in FIG. 2B in the plane of FIG. flat spiral antenna 21.
  • the contour of the ring 23 is crenellated, which makes it possible to have, with equivalent broadband antenna size, a length of the closed resonant circuit formed by the ring 23 longer than the length of the closed resonant circuit formed by a simple smooth ring, as shown in Figure 1B.
  • the crenellated contour of the ring 23 has been taken by way of example only, and the invention is not limited to this type of pattern. Any type of pattern, for example sinusoidal, superposition of sinusoidal patterns or even a fractal pattern (self-similar), could be used in the context of the present invention.
  • the patterned contour of the ring 23 has the advantage of being able to vary the length of the closed resonant circuit formed by the ring 23, depending on the choice of the pattern and its period when it is periodic, with constant space by compared to a simple ring as shown in Figure 1B.
  • the space between strands 22A, 22B is equal to the width of a strand and to the height of a slot pattern of the 23.
  • the width of the strand forming the ring 23, noted d, is less than ⁇ .
  • antennas as a function of frequency for an Archimedean spiral antenna alone (FIG. 1A), a broadband antenna of the type shown in FIG. 1B, and for broadband antennas 20 according to the first embodiment for three lengths of different rings 23, the different lengths being obtained by varying the number of slots N on the ring 23.
  • the strands of the spiral antennas 21 are taken with a width of 1.2 cm, with a spacing between strands 22 A, 22 B of 1.2 cm, the ring 23 also being 1.2 cm from the periphery of the planar spiral antenna 21, the strand constituting the ring having a width of 0.24 cm.
  • the length of the closed resonant circuit formed by this ring 23 can be varied.
  • the abscissa of FIG. 4 is limited to 130MHz.
  • the curves shown in Figure 4 show that the spiral antenna alone is adapted from 103MHz.
  • the spiral antenna 11 with a single ring 13 has an adaptation from 97 MHz, due to the resonance of the ring 13 at about 100 MHz.
  • the resonant frequency of the ring 23 is too far from the bandwidth of the spiral antenna alone and the antenna 20 according to FIG. first embodiment of the invention is mismatched in a frequency range (called the intermediate frequency band) between the resonant frequency of the ring 23 and the bandwidth of the spiral antenna alone 21.
  • FIG. 5A, 5B and 6 it can be seen that there is shown a broadband antenna 30 according to a second embodiment of the invention.
  • the broadband antenna 30 comprises a self-complementary Archimedean spiral antenna 31 with two strands 32A, 32B, and a ring 33 crenellated, as in the first embodiment, formed in a plane parallel to that of the spiral antenna. plane 31, at a height h with respect to the plane of the planar spiral antenna 31, as shown in FIG. 5B.
  • the graph of FIG. 6 has been realized, for the antenna according to the second embodiment, with a ring 33 having a resonance frequency around 92.5 MHz.
  • the characteristics of the simple spiral antenna are the same as in Figure 4.
  • the broadband antennas according to the second embodiment also have the same characteristics (strand widths, diameter) for the graph of Figure 6 as in the graph. of Figure 4.
  • the adaptation of the antenna 30 according to the second embodiment deteriorates with the decrease. the value of h.
  • the adaptation of the antenna 30 is better in the intermediate frequency band with a low value of h.
  • an antenna 40 is shown according to a third embodiment of the invention.
  • the antenna 40 comprises a self-complementary Archimedean flat spiral antenna 41 with two strands 42A and 42B, and two identical rings 43A, 43B located in two different planes parallel to the plane of the planar spiral antenna 41 , the first ring 43 A being situated in a plane at a height h1 of the plane of the planar spiral antenna 41, the second ring 43B being situated in a plane at a height h2 of the plane of the planar spiral antenna 41, with hl different from h2 and the two rings 43A, 43B on the same side of the plane of the planar spiral antenna 41.
  • the patterns of the rings 43A and 43B are aligned, that is to say that the orthogonal projections in the plane of the planar spiral antenna 41 of the rings 43A and 43B are merged.
  • the coupling between the rings 43A and 43B and the planar spiral antenna 41 is thus increased.
  • the spiral antenna alone and two antennas according to the third embodiment, with two rings 43A, 43B located one at a height of 36mm, the other at a height of 2.4mm.
  • a first curve represents the reflection coefficient at the input
  • the characteristics of the simple spiral antenna are the same as for Figure 4.
  • the broadband antennas according to the third embodiment also have the same characteristics (strand widths, diameter) for the graph of Figure 8 as in the graph of Figure 4. It is noted that with longer rings, the adaptation starts from 85,7MHz with
  • the two rings 43A, 43B combine their effects to improve the level of impedance matching.
  • the resonant frequency of the ring 43 A furthest from the planar spiral antenna 41 makes it possible to adjust the low operating frequency of the antenna 40, while the nearest ring 43B improves the level of adaptation. of the antenna 40 in the intermediate frequency band.
  • a broadband antenna with a ring located in the plane of the planar spiral antenna and a ring located in a plane parallel to that of the planar spiral antenna.
  • FIGS. 9A, 9B and 10 it can be seen that there is shown a broadband antenna 50 according to a fourth embodiment.
  • the broadband antenna 50 comprises a two-strand self-complementary archimedal plane coil antenna 52A and 52B, and three identical rings 53A, 53B and 53C, located for the first two rings 53A, 53B in two different parallel planes.
  • plane of the planar spiral antenna 51 the first ring 53 A being located in a plane at a height h2 of the plane of the planar spiral antenna 51
  • the second ring 53B being located in a plane at a height h1 of the plane of the plane planar spiral antenna 51, with h1 other than h2 and the two rings 53A, 53B on the same side of the plane of the planar spiral antenna 51
  • the third ring 53C being located in the plane of the spiral antenna 51, surrounding it.
  • the patterns of the rings 53A, 53B and 53C are aligned, that is, the orthogonal projections in the plane of the planar spiral antenna 51 of the rings 53A and 53B merge with the ring 53C.
  • the coupling between the rings 53A, 53B and 53C and the planar spiral antenna 51 is thus increased.
  • of the single spiral antenna of diameter lm, of the antenna according to FIG. 1B with single ring of diameter lm and of an antenna according to the fourth embodiment with two rings 53A, 53B situated one at a height of 36mm, the other at a height of 60mm, and a ring 53C in the plane of the spiral antenna 51, connected thereto by the end of the two strands 52A, 52B.
  • This ring 53C has the same influence as a very close ring placed above the planar spiral antenna 51.
  • the characteristics of the simple spiral antenna are the same as for Figure 4.
  • the broadband antenna according to the fourth embodiment also has the same characteristics (strand widths, diameter) for the graph of Figure 10 as in the graph of Figure 4.
  • the rings 53A, 53B and 53C are 4m76 long, with 80 slots. This length was chosen so that the minimum operating frequency of the antenna 50 according to the fourth embodiment is as low as possible, with an adaptation to the intermediate frequency band below -12 dB.
  • the flat spiral antenna 51 guarantees adaptation from 103MHz over several hundred MHz.
  • the purpose of the ring 53C is to improve the adaptation of the antenna to the intermediate frequency band.
  • the other two rings 53A, 53B ensure the adaptation of the antenna around their resonance frequency of 86MHz.
  • the low operating frequency becomes 82.3 MHz, a reduction of 20% compared to that of the spiral antenna alone (Figure 1 A), with a constant diameter.
  • Rings with a fractal profile make it possible to make adjustable lengths that are adjustable over a very wide range, and also have degrees of freedom (descriptors) in greater numbers than the classical profiles (Euclidean).
  • the antennas according to the different embodiments of the invention are for example formed on multi-layer substrates of the type used for printed circuits, the rings then being formed either in the plane of the planar spiral antenna or in upper layers, the layers carrying the rings and / or the planar spiral antenna being separated by layers having a relative dielectric permittivity close to 1.
  • the invention can make it possible to miniaturize antennas.
  • the general process of miniaturization consists of superposing rings above the spiral antenna, the rings being all of the same diameter.
  • the extended length of these rings is adjustable thanks to the descriptors of the chosen profile (periodicity for crenellated patterns, fractal dimensions and lacunarity for self-similar patterns, ).
  • the dimensions of a single ring are adjusted so as to improve the impedance matching level of the broadband antenna between the resonance frequency of the ring and the low frequency of operation of the ring. planar spiral antenna only.
  • the extended length of the rings is increased (and thus the level of adaptation of the broadband antenna is reduced to a fixed limit) in order to decrease the minimum frequency of operation of the broadband antenna.

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Abstract

La présente invention a pour objet une antenne large bande (20), comprenant une antenne spirale (21) et au moins un circuit résonant fermé (23), caractérisée par le fait que chaque circuit résonant fermé (23) est formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane (21) ou dans le plan de base de l'antenne spirale (21), le contour de chaque circuit résonant fermé (23) ayant sensiblement la forme de la périphérie de l'antenne spirale (21) de telle sorte que la projection dans le plan de l'antenne spirale (21) de chaque circuit résonant fermé (23) se superpose à la périphérie de l'antenne spirale (21) ou entoure celle-ci, le contour de chaque circuit résonant fermé (23) étant en outre constitué de motifs répétitifs et/ou auto- similaires.

Description

ANTENNE LARGE BANDE ET PROCEDE D'AUGMENTATION DE LA BANDE PASSANTE D'UNE ANTENNE SPIRALE PLANE
La présente invention concerne le domaine des antennes, et porte plus particulièrement sur les antennes large bande de fréquences.
Les antennes large bande sont très largement utilisées dans de nombreux domaines tels que le domaine spatial, le domaine militaire et les télécommunications.
On connaît notamment comme type d'antenne large bande les antennes spirales, qui présentent l'avantage d'un encombrement réduit pour une bande passante importante. Le brevet américain US3638226 donne un exemple d'une telle antenne spirale. Les antennes spirales permettent, du fait de leur configuration en spirale, d'obtenir une grande longueur et donc une bande passante importante.
On cherche cependant, d'une manière générale, à miniaturiser ces antennes large bande, notamment dans le domaine spatial où l'encombrement est un facteur critique. Du fait des très grandes longueurs d'ondes mises en jeu en très hautes fréquences (VHF) (30MHz - 300MHz), la miniaturisation d'antennes dans cette bande de fréquences s'avère souvent très problématique. Cela est particulièrement vrai si l'on désire concevoir des antennes aux diagrammes de rayonnement directifs permettant de s'affranchir de la structure du satellite.
Pour les antennes spirales planes, on connaît de la publication Q. Liu et al. intitulée « Nouvelle antenne en spirale d'Archimède compacte avec charge d'espace » (« A novel compact Archimedean spiral antenna with gap-loading »), Progress In Electromagnetics Research letters, Vol. 3, 169-177, 2008, une configuration d'antenne spirale plane entourée d'un anneau, permettant d'obtenir, par rapport à une antenne spirale plane seule, un facteur de réduction de la fréquence de fonctionnement de l'antenne d'environ 7% (en absence de substrat).
La présente invention vise à proposer une structure d'antenne large bande qui, par rapport à une antenne spirale classique, permet soit d'augmenter la bande passante à dimensions équivalentes, soit une miniaturisation de l'antenne large bande à bande passante constante, avec des performances bien supérieures à celles obtenues dans la publication Q, Liu et al, précitée.
Une application de cette invention est aux antennes VHF dans le but de rendre leur intégration sur satellite plus facile, par un encombrement réduit.
Les antennes large bande selon l'invention peuvent également notamment, mais pas exclusivement, trouver des applications pour l'augmentation des débits, les applications radar, les applications goniométriques, les techniques d'étalement de spectre, la détection, l'imagerie médicale et/ou la diminution du nombre d'antennes embarquées sur un système.
La présente invention a donc pour objet une antenne large bande, comprenant une antenne spirale et au moins un circuit résonant fermé, caractérisée par le fait que chaque circuit résonant fermé est formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale ou dans le plan de base de l'antenne spirale, le contour de chaque circuit résonant fermé ayant sensiblement la forme de la périphérie de l'antenne spirale de telle sorte que la projection dans le plan de base de l'antenne spirale de chaque circuit résonant fermé se superpose à la périphérie de l'antenne spirale ou entoure celle-ci, le contour de chaque circuit résonant fermé étant en outre constitué de motifs répétitifs et/ou auto-similaires.
L'antenne spirale peut être une antenne spirale plane, ou une antenne spirale formée sur une surface tridimensionnelle, telle qu'un cône, un cône tronqué, une demi-sphère, etc.
Lorsque l'antenne spirale est une antenne spirale plane, son plan de base est le plan dans lequel elle est formée.
Lorsque l'antenne spirale est formée sur une forme tridimensionnelle, son plan de base est le plan contenant la périphérie de la spirale de plus grand diamètre, orthogonal à la droite suivant laquelle s'étend la spirale sur la forme tridimensionnelle.
Le plan de base d'une spirale est donc, de manière générale, le plan orthogonal à l'axe de rotation de la spirale, contenant les extrémités de la spirale. Le plan de base est confondu avec le plan dans lequel est formé la spirale dans le cas d'une spirale plane.
Par exemple, lorsque l'antenne spirale est formée sur la surface d'un cône en s 'étendant du sommet du cône vers la base du cône, le plan de base de l'antenne spirale est la base du cône. Lorsque l'antenne spirale est formée sur la surface d'une demi-sphère en s'étendant du pôle de la demi-sphère vers le plan équatorial de celle-ci, le plan de base de l'antenne spirale est le plan équatorial de la demi-sphère.
Du fait des motifs répétitifs et/ou auto-similaires formés sur le contour de chaque circuit résonant fermé, la longueur du circuit résonant fermé est supérieure à la longueur de la périphérie de l'antenne spirale dans son plan de base. Par ajustement des motifs répétitifs et de leur nombre, on peut ajuster la longueur du circuit résonant fermé de telle sorte que sa fréquence de résonance soit, de préférence, à la fois proche de la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne spirale et inférieure à celle-ci pour favoriser un couplage du circuit résonant fermé et de l'antenne spirale. De préférence, le rapport entre la fréquence de résonance de chaque circuit résonant fermé et la fréquence minimale à laquelle le coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieur à -lOdB est inférieur à 1, de préférence compris entre 0,3 et 1, de façon davantage préférée compris entre 0,5 et 0,85.
Le coefficient de réflexion en entrée (|Sn|) est défini par la formule suivante :
|Sn|=|bl/al|, où al et bl désignent respectivement les amplitudes des ondes incidente et réfléchie sur le port d'excitation de l'antenne. Ce coefficient peut également se mettre sous la forme |Sn|=|(Zref - Zant)/(Zref + Zant)|, où Zref et Zant désignent respectivement une impédance de référence et l'impédance d'entrée de l'antenne. Dans ce qui suit, l'impédance de référence Zref sera de 200 Ω.
La fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande sera considérée dans cette demande comme étant la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée (|Sn|) de l'antenne large bande est inférieure à -lOdB. En dessous de - lOdB, l'antenne large bande est considérée comme adaptée.
Le fait que la fréquence de résonance du ou des circuits résonants fermés soit proche de la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne spirale et inférieure à celle-ci permet un couplage entre le ou les circuits résonants fermés et l'antenne spirale qui a pour effet d'abaisser la fréquence de fonctionnement minimale de l'antenne globale sans modifier la fréquence maximale de fonctionnement.
II en résulte que, pour un même encombrement d'antenne globale, l'antenne large bande selon l'invention a une bande passante plus importante que l'antenne spirale seule. Ceci signifie également, à bande passante constante, qu'il est possible de miniaturiser l'antenne globale par rapport à l'antenne spirale seule.
Selon une première caractéristique particulière de l'antenne large bande selon l'invention, le contour de chaque circuit résonant fermé est constitué d'un ou plusieurs motifs répétitifs périodiques et/ou autosimilaires (fractals).
Ainsi, le contour de chaque circuit résonant fermé peut être constitué d'un ou plusieurs motifs répétitifs périodiques de type créneau, sinusoïde ou triangle ou d'une superposition de motifs périodiques. Un seul et même motif répétitif et/ou autosimilaire peut être répété sur tout le contour du ou des circuits résonants fermés.
Par ajustement du nombre de motifs, on peut ainsi ajuster la longueur totale de chaque circuit résonant fermé pour rechercher une fréquence de résonance de chaque circuit résonant fermé qui soit proche de et inférieure à la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne spirale seule.
Selon un mode de réalisation, l'antenne large bande comprend un circuit résonant fermé formé dans le plan de base de l'antenne spirale qui comprend la périphérie de l'antenne spirale.
Selon un autre mode de réalisation, l'antenne large bande comprend un circuit résonant fermé formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale et ne comprenant pas la périphérie de l'antenne spirale.
Selon un autre mode de réalisation, l'antenne large bande comprend deux circuits résonants fermés, un premier circuit résonant fermé étant formé dans le plan de base de l'antenne spirale qui comprend la périphérie de l'antenne spirale et un deuxième circuit résonant fermé étant formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base.
Selon un autre mode de réalisation, l'antenne large bande comprend deux circuits résonants fermés, un premier circuit résonant fermé étant formé dans un premier plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale et un deuxième circuit résonant fermé étant formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale, différent du premier plan dans lequel est formé le premier circuit résonant fermé, le premier plan et le deuxième plan ne comprenant pas la périphérie de l'antenne spirale.
Selon un autre mode de réalisation, l'antenne large bande comprend trois circuits résonants fermés, un premier circuit résonant fermé formé dans le plan de base de l'antenne spirale et comprenant la périphérie de l'antenne spirale, un deuxième circuit résonant fermé formé dans un premier plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane et un troisième circuit résonant fermé formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane et au premier plan.
Les circuits résonants fermés peuvent être identiques.
Les motifs des contours des circuits résonants fermés situés dans différents plans parallèles peuvent être alignés, c'est-à-dire que les projections orthogonales des circuits résonants fermés dans le plan de base de l'antenne spirale sont confondues. On augmente ainsi l'effet de couplage des circuits résonants fermés avec l'antenne spirale.
Selon une caractéristique particulière, le circuit résonant fermé formé dans le plan de base de l'antenne spirale qui comprend la périphérie de l'antenne spirale est connecté en un ou plusieurs points à la périphérie de l'antenne spirale. Les circuits résonants fermés formés dans des plans parallèles au plan de base de l'antenne spirale sont formés dans des plans situés d'un même côté ou de part et d'autre du plan de base de l'antenne spirale comprenant la périphérie de l'antenne spirale. L'antenne spirale peut être une antenne spirale de type Archimède ou logarithmique ou sinueuse. L'antenne spirale peut notamment être une antenne spirale plane de type Archimède à deux brins autocomplémentaires.
La spirale de l'antenne spirale peut être arrondie, chaque circuit résonant fermé étant alors un anneau, ou la spirale de l'antenne spirale peut être carrée, chaque circuit résonant fermé étant alors de forme carrée. La géométrie du circuit résonant peut être adaptée à la géométrie de la spirale.
Le nombre de circuits résonants fermés pouvant être associés à l'antenne spirale dans l'antenne large bande selon l'invention n'est pas limité au nombre de circuits résonants fermés décrits dans les différents modes de réalisation, et tout nombre de circuits résonants fermés associés à une antenne spirale dans une antenne large bande peut être envisagé selon l'invention.
L'invention a également pour objet un procédé d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à déterminer une longueur de circuit résonant fermé telle que la fréquence de résonance du circuit résonant fermé et la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieure à -1 OdB est inférieur à 1 , de préférence compris entre 0,3 et 1, de façon davantage préférée compris entre 0,5 et 0,85, de manière à améliorer le niveau d'adaptation d'impédance de l'antenne large bande formée par l'antenne spirale et un ou plusieurs circuits résonants fermés entre la fréquence de résonance des circuits résonants fermés et la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieure à -lOdB, à augmenter la longueur déployée des circuits résonants fermés afin de diminuer la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande, et à former le ou les circuits résonants fermés dans le plan de base de l'antenne spirale comprenant la périphérie de l'antenne spirale ou dans un ou des plans parallèles au plan de base de l'antenne spirale pour obtenir une antenne large bande ayant une bande passante supérieure à celle de l'antenne spirale seule.
Le procédé d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale seule, à encombrement constant, est équivalent à une miniaturisation de l'antenne spirale, à bande passante constante. Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après un mode de réalisation particulier avec référence aux dessins annexés.
Sur ces dessins,
- la Figure 1 A est une vue schématique de dessus d'une antenne spirale plane de type Archimède à deux brins auto-complémentaires ;
- la Figure 1 B est une vue schématique de dessus d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon l'état antérieur de la technique ; - les Figures 2 A et 2B sont des vues d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon un premier mode de réalisation de l'invention, respectivement de dessus et en coupe dans le plan de l'antenne spirale plane ; la Figure 3 est une vue du détail D de la Figure 2A ; la Figure 4 représente le coefficient de réflexion (simulé) en entrée |Sn| d'antennes en fonction de la fréquence, illustrant les performances de plusieurs antennes large bande selon le premier mode de réalisation par rapport aux antennes des Figures 1 A et 1B ; - les Figures 5 A et 5B sont des vues d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, respectivement en perspective partielle et en coupe dans le plan de l'antenne spirale plane ; la Figure 6 représente le coefficient de réflexion (simulé) en entrée |Sn| d'antennes en fonction de la fréquence, illustrant les performances de plusieurs antennes large bande selon le deuxième mode de réalisation par rapport à l'antenne de la Figure 1 A ; les Figures 7A et 7B sont des vues analogues aux vues des Figures 5A et 5B d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; la Figure 8 représente le coefficient de réflexion (simulé) en entrée |Sn| d'antennes en fonction de la fréquence, illustrant les performances de plusieurs antennes large bande selon le troisième mode de réalisation par rapport à l'antenne de la Figure 1 A ; - les Figures 9A et 9B sont des vues analogues aux vues des Figures 5A et 5B d'une antenne large bande formée à partir d'une antenne spirale plane, selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; et la Figure 10 représente le coefficient de réflexion (simulé) en entrée |Sn| d'antennes en fonction de la fréquence, illustrant les performances d'une antenne large bande selon le quatrième mode de réalisation par rapport aux antennes des Figures 1 A et 1B.
Si l'on se réfère à la Figure 1A, on peut voir que l'on y a représenté schématiquement une antenne spirale plane 1, de type Archimède auto-complémentaire à deux brins, respectivement 2 A, 2B. Ce type d'antenne constitue l'état de la technique bien connu et est présenté uniquement en tant que référence. Il ne sera pas décrit plus en détail.
Si l'on se réfère à la Figure 1B, on peut voir que l'on y a représenté schématiquement une antenne large bande 10, constituée d'une antenne spirale plane 11 de type Archimède auto-complémentaire à deux brins 12 A, 12B, entourée d'un anneau résonant 13 dit lisse (contour sans motif). Ce type d'antenne large bande permet, comme indiqué dans la publication Q. Liu et al. citée en préambule, d'obtenir un couplage de l'anneau 13 et de l'antenne spirale plane 11 pour avoir, par rapport à une antenne spirale seule, une réduction de la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande 10. Cette antenne large bande 10 ne sera pas décrite plus en détail ici.
Si l'on se réfère aux Figures 2A, 2B, 3 et 4, on peut voir qu'il y est représenté une antenne large bande 20 selon un premier mode de réalisation de l'invention.
L'antenne large bande 20 selon le premier mode de réalisation comprend une antenne spirale plane 21 de type Archimède auto-complémentaire à deux brins 22A, 22B, et un anneau résonant 23, positionné comme indiqué schématiquement sur la Figure 2B dans le plan de l'antenne spirale plane 21.
Le contour de l'anneau 23 est crénelé, ce qui permet d'avoir, à encombrement d'antenne large bande équivalent, une longueur du circuit résonant fermé formé par l'anneau 23 plus longue que la longueur du circuit résonant fermé formé par un simple anneau lisse, comme représenté sur la Figure 1B.
Le contour crénelé de l'anneau 23 a été pris à titre d'exemple uniquement, et l'invention n'est pas limitée à ce type de motif. Tout type de motif, par exemple sinusoïdal, superposition de motifs sinusoïdaux ou même un motif fractal (auto-similaire), pourrait être utilisé dans le cadre de la présente invention. Le contour à motifs de l'anneau 23 présente l'intérêt de pouvoir faire varier la longueur du circuit résonant fermé formé par l'anneau 23, en fonction du choix du motif et de sa période lorsqu'il est périodique, à encombrement constant par rapport à un simple anneau comme représenté sur la Figure 1B.
Comme on peut le voir sur la Figure 3, dans ce mode de réalisation, l'espace entre les brins 22A, 22B, noté Δ, est égal à la largeur d'un brin et à la hauteur d'un motif de créneau de l'anneau 23. La largeur du brin formant l'anneau 23, notée d, est inférieure à Δ.
Si l'on se réfère plus particulièrement à la Figure 4, on peut voir que l'on a représenté le coefficient de réflexion en entrée |Sn| d'antennes en fonction de la fréquence pour une antenne en spirale d'Archimède seule (Figure 1 A), une antenne large bande du type de celle représentée sur la Figure 1B, et pour des antennes large bande 20 selon le premier mode de réalisation, pour trois longueurs d'anneaux 23 différentes, les différentes longueurs étant obtenues en faisant varier le nombre de créneaux N sur l'anneau 23.
Pour le graphique de la Figure 4, on utilise des antennes large bande ayant le même diamètre de lm, donc le même encombrement global. Ainsi, on utilise une antenne spirale d'Archimède de diamètre lm, et une antenne large bande constituée d'une antenne spirale d'Archimède entourée d'un anneau simple lisse de lm de diamètre (Figure 1B) et des antennes large bande 20 selon le premier mode de réalisation, entourées chacune d'un anneau 23 de lm de diamètre, crénelé, ayant différentes longueurs déployées.
Les brins des antennes spirales 21 sont pris de largeur 1,2cm, avec un espacement entre brins 22 A, 22B de 1,2cm, l'anneau 23 étant situé également à 1,2cm de la périphérie de l'antenne spirale plane 21, le brin constituant l'anneau ayant une largeur de 0,24cm.
Par variation du nombre de motifs (créneaux) sur l'anneau 23, on peut faire varier la longueur du circuit résonant fermé formé par cet anneau 23.
L'anneau 23 n'ayant une influence sur le niveau d'adaptation de l'antenne que sur la bande de fréquences 55MHz-130MHz, l'abscisse de la Figure 4 est limitée à 130MHz. Les courbes dessinées sur la Figure 4 montrent que l'antenne spirale seule est adaptée à partir de 103MHz. L'antenne spirale 11 avec un anneau simple 13 présente une adaptation à partir de 97MHz, due à la résonance de l'anneau 13 à environ 100MHz.
On observe que l'augmentation du nombre de créneaux N sur l'anneau 23 pour l'antenne 20 selon le premier mode de réalisation, donc l'augmentation de la longueur du circuit résonant fermé formé par l'anneau 23, a pour effet de diminuer la fréquence de résonance de l'anneau 23 (décalage des fréquences d'adaptation - ou pics - vers la gauche sur la Figure 4).
Pour une longueur d'anneau 23 telle que la fréquence de résonance de l'anneau 23 soit proche de la bande passante de l'antenne spirale seule (103MHz), N=10 sur la Figure 4, la fréquence de résonance de l'anneau 23 permet d'abaisser la fréquence de fonctionnement minimale de l'antenne 20 (à 93MHz sur la Figure 4 pour N=10).
Pour une longueur d'anneau 23 plus longue (N=30 ou 100 sur la Figure 4), la fréquence de résonance de l'anneau 23 est trop éloignée de la bande passante de l'antenne spirale seule et l'antenne 20 selon le premier mode de réalisation de l'invention est désadaptée dans une plage de fréquences (appelée bande de fréquences intermédiaires) entre la fréquence de résonance de l'anneau 23 et la bande passante de l'antenne spirale seule 21.
Si on se réfère aux Figures 5 A, 5B et 6, on peut voir que l'on y a représenté une antenne large bande 30 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
L'antenne large bande 30 comprend une antenne spirale d'Archimède auto- complémentaire 31 à deux brins 32A, 32B, et un anneau 33 crénelé, comme dans le premier mode de réalisation, formé dans un plan parallèle à celui de l'antenne spirale plane 31 , à une hauteur h par rapport au plan de l'antenne spirale plane 31, comme représenté sur la Figure 5B.
Le graphique de la Figure 6 a été réalisé, pour l'antenne selon le deuxième mode de réalisation, avec un anneau 33 ayant une fréquence de résonance autour de 92,5MHz. Les caractéristiques de l'antenne spirale simple sont les mêmes que pour la Figure 4. Les antennes large bande selon le deuxième mode de réalisation ont également les mêmes caractéristiques (largeurs de brin, diamètre) pour le graphique de la Figure 6 que dans le graphique de la Figure 4.
On constate que plus l'anneau 33 est proche de l'antenne spirale plane 31 (petite valeur de h), plus la résonance de l'antenne 30 est marquée. Cependant, pour la bande de fréquences intermédiaires entre la fréquence de résonance de l'anneau 33 et la bande passante de l'antenne spirale plane seule 31, l'adaptation de l'antenne 30 selon le deuxième mode de réalisation se dégrade avec la diminution de la valeur de h. On constate également que l'adaptation de l'antenne 30 est meilleure dans la bande de fréquences intermédiaires avec une faible valeur de h.
On constate encore que pour une valeur de h=36mm, on retrouve le même impact sur la fréquence de fonctionnement de l'antenne 30 que pour l'antenne 20 avec son anneau 23 dans le plan de l'antenne spirale 21.
On obtient donc le même résultat pour un anneau proche de l'antenne spirale plane, dans un plan parallèle à celui de l'antenne spirale plane et un anneau dans le plan de l'antenne spirale plane connecté à l'antenne spirale plane, l'anneau dans le plan de l'antenne spirale plane connecté à l'antenne spirale plane présentant l'avantage d'une structure plus simple par rapport à un anneau proche de l'antenne spirale plane, dans un plan parallèle à celui de l'antenne spirale plane.
Si l'on se réfère aux Figures 7 A, 7B et 8, on peut voir que l'on a représenté une antenne 40 selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
L'antenne 40 comprend une antenne spirale plane d'Archimède auto- complémentaire 41 à deux brins 42 A et 42B, et deux anneaux 43 A, 43 B, identiques, situés dans deux plans différents parallèles au plan de l'antenne spirale plane 41, le premier anneau 43 A étant situé dans un plan à une hauteur hl du plan de l'antenne spirale plane 41, le deuxième anneau 43B étant situé dans un plan à une hauteur h2 du plan de l'antenne spirale plane 41, avec hl différent de h2 et les deux anneaux 43 A, 43B du même côté du plan de l'antenne spirale plane 41.
Les motifs des anneaux 43A et 43B sont alignés, c'est-à-dire que les projections orthogonales dans le plan de l'antenne spirale plane 41 des anneaux 43A et 43B sont confondues. Le couplage entre les anneaux 43 A et 43B et l'antenne spirale plane 41 est ainsi augmenté.
Sur le graphique de la Figure 8, on a représenté le coefficient de réflexion en entrée |Sn| de l'antenne spirale seule et de deux antennes selon le troisième mode de réalisation, avec deux anneaux 43A, 43B situés l'un à une hauteur de 36mm, l'autre à une hauteur de 2,4mm. Une première courbe représente le coefficient de réflexion en entrée |Sn| pour un nombre de créneaux N de chaque anneau de 20, l'autre pour un nombre de créneaux N de chaque anneau de 46. Les caractéristiques de l'antenne spirale simple sont les mêmes que pour la Figure 4. Les antennes large bande selon le troisième mode de réalisation ont également les mêmes caractéristiques (largeurs de brin, diamètre) pour le graphique de la Figure 8 que dans le graphique de la Figure 4. On constate qu'avec des anneaux plus longs, l'adaptation débute dès 85,7MHz avec |Sn| inférieur à -12dB sur toute la bande de fréquences intermédiaires.
Par rapport au mode de réalisation précédent, les deux anneaux 43A, 43B combinent leurs effets pour améliorer le niveau d'adaptation d'impédance. La fréquence de résonance de l'anneau 43 A le plus éloigné de l'antenne spirale plane 41 permet d'ajuster la fréquence de fonctionnement basse de l'antenne 40, tandis que l'anneau le plus proche 43B améliore le niveau d'adaptation de l'antenne 40 dans la bande de fréquences intermédiaires.
On pourrait, sans s'éloigner du cadre de la présente invention, avoir une antenne large bande avec un anneau situé dans le plan de l'antenne spirale plane et un anneau situé dans un plan parallèle à celui de l'antenne spirale plane.
Si l'on se réfère aux Figures 9A, 9B et 10, on peut voir que l'on y a représenté une antenne large bande 50 selon un quatrième mode de réalisation.
L'antenne large bande 50 comprend une antenne spirale plane d'Archimède autocomplémentaire 51 à deux brins 52A et 52B, et trois anneaux 53A, 53B et 53C, identiques, situés pour les deux premiers anneaux 53 A, 53B dans deux plans différents parallèles au plan de l'antenne spirale plane 51, le premier anneau 53 A étant situé dans un plan à une hauteur h2 du plan de l'antenne spirale plane 51, le deuxième anneau 53B étant situé dans un plan à une hauteur hl du plan de l'antenne spirale plane 51, avec hl différent de h2 et les deux anneaux 53 A, 53B du même côté du plan de l'antenne spirale plane 51, et le troisième anneau 53C étant situé dans le plan de l'antenne spirale 51 , entourant celle-ci.
Les motifs des anneaux 53A, 53B et 53C sont alignés, c'est-à-dire que les projections orthogonales dans le plan de l'antenne spirale plane 51 des anneaux 53 A et 53B sont confondues avec l'anneau 53C. Le couplage entre les anneaux 53A, 53B et 53C et l'antenne spirale plane 51 est ainsi augmenté.
Sur le graphique de la Figure 10, on a représenté le coefficient de réflexion en entrée |Sn| de l'antenne spirale seule de diamètre lm, de l'antenne selon la Figure 1B avec anneau simple de diamètre lm et d'une antenne selon le quatrième mode de réalisation, avec deux anneaux 53A, 53B situés l'un à une hauteur de 36mm, l'autre à une hauteur de 60mm, et un anneau 53C dans le plan de l'antenne spirale 51, connecté à celle-ci par l'extrémité des deux brins 52A, 52B. Cet anneau 53C a la même influence qu'un anneau très proche placé au-dessus de l'antenne spirale plane 51. Les caractéristiques de l'antenne spirale simple sont les mêmes que pour la Figure 4. L'antenne large bande selon le quatrième mode de réalisation a également les mêmes caractéristiques (largeurs de brin, diamètre) pour le graphique de la Figure 10 que dans le graphique de la Figure 4.
Les anneaux 53A, 53B et 53C font 4m76 de long, avec 80 motifs en créneau. Cette longueur a été choisie pour que la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne 50 selon le quatrième mode de réalisation soit la plus basse possible, avec une adaptation sur la bande de fréquences intermédiaires inférieure à -12dB.
L'antenne spirale plane 51 garantit l'adaptation à partir de 103MHz sur plusieurs centaines de MHz.
L'anneau 53C a pour rôle d'améliorer l'adaptation de l'antenne sur la bande de fréquences intermédiaires.
Les deux autres anneaux 53A, 53B assurent l'adaptation de l'antenne autour de leur fréquence de résonance de 86MHz.
La fréquence basse de fonctionnement devient donc 82,3 MHz, soit une réduction de 20% par rapport à celle de l'antenne spirale seule (Figure 1 A), à diamètre constant.
Des anneaux à profil fractal permettent de réaliser des longueurs déployées ajustables sur une gamme très étendue, et présentent également des degrés de libertés (descripteurs) en plus grand nombre que les profils classiques (euclidiens). Ces anneaux fractals, superposés à l'antenne spirale plane, assurent donc un contrôle simple de la longueur déployée, et donc de la fréquence de fonctionnement minimale de l'antenne.
Les antennes selon les différents modes de réalisation de l'invention sont par exemple formées sur des substrats multi-couches du type de ceux utilisés pour les circuits imprimés, les anneaux étant alors formés soit dans le plan de l'antenne spirale plane, soit dans des couches supérieures, les couches portant les anneaux et/ou l'antenne spirale plane étant séparées par des couches ayant une permittivité diélectrique relative proche de 1.
L'invention peut permettre de miniaturiser des antennes.
Le procédé général de miniaturisation consiste à superposer des anneaux au- dessus de l'antenne spirale, les anneaux étant tous de même diamètre. La longueur déployée de ces anneaux est ajustable grâce aux descripteurs du profil choisi (périodicité pour les motifs crénelés, dimensions fractales et lacunarité pour les motifs auto-similaires, ...).
Dans un premier temps, on ajuste les dimensions d'un seul anneau de manière à améliorer le niveau d'adaptation d'impédance de l'antenne large bande entre la fréquence de résonance de l'anneau et la fréquence basse de fonctionnement de l'antenne spirale plane seule. Dans un second temps, on augmente la longueur déployée des anneaux (et donc on dégrade le niveau d'adaptation de l'antenne large bande jusqu'à une limite fixée) afin de diminuer la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande.
Cette technique de miniaturisation des antennes large bande a permis expérimentalement de réduire leur diamètre d'environ 20%, alors que l'état de l'art de Q. Liu et al., cité dans le préambule, n'excède pas une réduction théorique d'environ 7%.
Bien que l'invention ait été décrite pour des antennes spirales planes, elle n'est pas limitée à celles-ci et des antennes spirales formées sur des surfaces tridimensionnelles telles que des cônes ou des demi-sphères, entrent également dans le cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50), comprenant une antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) et au moins un circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C), caractérisée par le fait que chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) est formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) ou dans le plan de base de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51), le contour de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) ayant sensiblement la forme de la périphérie de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) de telle sorte que la projection dans le plan de base de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) se superpose à la périphérie de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) ou entoure celle-ci, le contour de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) étant en outre constitué de motifs répétitifs et/ou auto-similaires.
2 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le rapport entre la fréquence de résonance de chaque circuit résonant fermé (23 ;
33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) et la fréquence minimale à laquelle le coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) est inférieur à -lOdB est inférieur à 1, de préférence compris entre 0,3 et 1, de façon davantage préférée compris entre 0,5 et 0,85.
3 - Antenne large bande selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que le contour de chaque circuit résonant fermé est constitué d'un ou plusieurs motifs répétitifs périodiques et/ou autosimilaires.
4 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50) selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le contour de chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) est constitué d'un ou plusieurs motifs répétitifs périodiques de type créneau, sinusoïde ou triangle ou d'une superposition de motifs périodiques.
5 - Antenne large bande (20) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend un circuit résonant fermé (23) formé dans le plan de base de l'antenne spirale (21) qui comprend la périphérie de l'antenne spirale (21).
6 - Antenne large bande (30) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend un circuit résonant fermé (33) formé dans un plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale (31) et ne comprenant pas la périphérie de l'antenne spirale (21).
7 - Antenne large bande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux circuits résonants fermés, un premier circuit résonant fermé étant formé dans le plan de base de l'antenne spirale qui comprend la périphérie de l'antenne spirale et un deuxième circuit résonant fermé étant formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base.
8 - Antenne large bande (40) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux circuits résonants fermés (43A, 43B), un premier circuit résonant fermé (43A) étant formé dans un premier plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale (41) et un deuxième circuit résonant fermé (43B) étant formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale (41), différent du premier plan dans lequel est formé le premier circuit résonant fermé (43A), le premier plan et le deuxième plan ne comprenant pas la périphérie de l'antenne spirale (41).
9 - Antenne large bande (50) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend trois circuits résonants fermés (53A, 53B, 53C), un premier circuit résonant fermé (53C) formé dans le plan de base de l'antenne spirale (51) qui comprend la périphérie de l'antenne spirale (51), un deuxième circuit résonant fermé (53 A) formé dans un premier plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane (51) et un troisième circuit résonant fermé (53B) formé dans un deuxième plan parallèle au plan de base de l'antenne spirale plane (51 ) et au premier plan.
10 - Antenne large bande (40 ; 50) selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée par le fait que les motifs des contours des circuits résonants fermés (43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) situés dans différents plans parallèles sont alignés.
11 - Antenne large bande (20, 50) selon l'une des revendications 5, 7 ou 9, caractérisée par le fait que le circuit résonant fermé (23, 53) formé dans le plan de base de l'antenne spirale (21, 51) qui comprend la périphérie de l'antenne spirale (21, 51) est connecté en un ou plusieurs points à la périphérie de l'antenne spirale (21, 51).
12 - Antenne large bande (40, 50) selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée par le fait que les circuits résonants fermés (43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) formés dans des plans parallèles au plan de base de l'antenne spirale (41 ; 51) sont formés dans des plans situés d'un même côté ou de part et d'autre du plan de base de l'antenne spirale (41 ; 51) comprenant la périphérie de l'antenne spirale (21, 51).
13 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée par le fait que l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) est une antenne spirale de type
Archimède ou logarithmique.
14 - Antenne large bande (20 ; 30 ; 40 ; 50) selon la revendication 13, caractérisée par le fait que la spirale de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) est arrondie, chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43A, 43B ; 53A, 53B, 53C) étant alors un anneau, ou la spirale de l'antenne spirale (21 ; 31 ; 41 ; 51) est carrée, chaque circuit résonant fermé (23 ; 33 ; 43 A, 43B ; 53A, 53B, 53C) étant alors de forme carrée.
15 - Procédé d'augmentation de la bande passante d'une antenne spirale, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à déterminer une longueur de circuit résonant fermé telle que la fréquence de résonance du circuit résonant fermé et la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieure à -lOdB est inférieur à 1, de préférence compris entre 0,3 et 1, de façon davantage préférée compris entre 0,5 et 0,85, de manière à améliorer le niveau d'adaptation d'impédance de l'antenne large bande formée par l'antenne spirale et un ou plusieurs circuits résonants fermés entre la fréquence de résonance des circuits résonants fermés et la fréquence minimale à laquelle la valeur absolue du coefficient de réflexion en entrée de l'antenne spirale est inférieure à -lOdB, à augmenter la longueur déployée des circuits résonants fermés afin de diminuer la fréquence minimale de fonctionnement de l'antenne large bande, et à former le ou les circuits résonants fermés dans le plan de base de l'antenne spirale comprenant la périphérie de l'antenne spirale ou dans un ou des plans parallèles au plan de base de l'antenne spirale pour obtenir une antenne large bande ayant une bande passante supérieure à celle de l'antenne spirale seule.
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