WO2015049389A1 - Antenne boucle volumique compacte large bande - Google Patents

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WO2015049389A1
WO2015049389A1 PCT/EP2014/071346 EP2014071346W WO2015049389A1 WO 2015049389 A1 WO2015049389 A1 WO 2015049389A1 EP 2014071346 W EP2014071346 W EP 2014071346W WO 2015049389 A1 WO2015049389 A1 WO 2015049389A1
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WO
WIPO (PCT)
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ground plane
antenna
radiating element
electrical connection
loop antenna
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/071346
Other languages
English (en)
Inventor
Lilia MANAC'H
Xavier Castel
Mohamed Himdi
Cyrille Le Meins
Patrick Parneix
Emmanuel OUTTERS
Original Assignee
Thales Communications & Security S.A.S
D C N S
Universite De Rennes 1
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
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 Thales Communications & Security S.A.S, D C N S, Universite De Rennes 1, Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) filed Critical Thales Communications & Security S.A.S
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/25—Ultra-wideband [UWB] systems, e.g. multiple resonance systems; Pulse systems
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the present invention relates to a sectoral antenna type monopole or dipole volumic loop with high gain and broadband.
  • the antenna “Valentine” CAA novel antenna for transient applications in the frequency band 300 MHz - 3 GHz: the Valentine antenna ", JC Diot et al, 2007, IEEE Antennas and Propagation, Vol 55, pp. 987-990) is a progressive wave dipole antenna that is made from large copper ribbons bent in an exponential shape and folded in a circular fashion.
  • This antenna has a very high gain, greater than 9 dBi from 500 MHz to 2.5 GHz.
  • this antenna has dimensions important: 1112 mm x 52 mm x 950 mm, especially in terms of depth, which makes it difficult or impossible to integrate it into some supporting structures, especially when it is desired to use it at a lower frequency.
  • RCS radar equivalent RCS
  • the antenna Double resonator SF 6 "("Frequency-TunableHigh-Power"
  • the antenna is 400 mm x 400 mm x 130 mm and has a reduced radar cross section.Its architecture is multilayered and based on different materials.
  • the first layer of this antenna is consists of a ground plane, a nylon substrate on which is glued a radiating patch.
  • the power is made by a coaxial cable, the core (covered with Plexiglas) through the nylon
  • a second layer of nylon is separated from the radiating patch by pressurized SF 6 gas at twice the atmospheric pressure
  • a second radiating patch is finally placed on the second layer of nylon on the upper part of the structure. Broadband and SF 6 gas is used to improve the voltage withstand. However, the use of such a gas complicates the implementation of the antenna, since this gas has been listed as a
  • the invention relates to a loop antenna comprising a first radiating element and a ground plane acting as a reflecting plane.
  • the first element radiating element comprises first, second and third parts in the extension of each other so that: the first part is substantially in the form of a plate parallel to the ground plane; the second portion, contiguous to the first portion and inclined to the ground plane at a first obtuse angle between said first portion and said second portion, is substantially in the form of a plate; the third portion, contiguous to the first portion opposite the second portion and inclined towards the ground plane at a second obtuse angle between said first portion and said third portion, is substantially in the form of a plate.
  • the loop antenna is such that the first radiating element further comprises a fourth portion, in the form of a blade extending between the third part and the ground plane, making a short circuit between the said third part and the said ground plane. mass. Finally, the loop antenna is intended to be powered via an end of said second portion opposite said first portion.
  • the inclination of the second and third parts of the first radiating element makes it possible to obtain a compact space-saving antenna.
  • the fact that the second and third portions of the first radiating element are inclined allows the current components parallel to the ground plane to be added together, whereas the current components perpendicular to the ground plane substantially compensate for each other.
  • the performance of the loop antenna is optimized.
  • the shape of the loop antenna also makes it possible to obtain a reduced radar equivalent area.
  • said second part comprises successive indentations such that, the further said edges of the second part deviate from the first part, the closer they are to each other.
  • the end of the second portion opposite the first part has a fold with the rest of said second part, so that the folded end of the second part is substantially perpendicular to the ground plane, next to an opening made in the ground plane.
  • the end of the second portion opposite the first portion is connected to an impedance matching circuit.
  • the loop antenna comprises a second radiating element identical to the first radiating element, placed on the ground plane at 180 ° of the first radiating element with respect to an axis of rotation perpendicular to the ground plane so that said third portions of the first and second radiating elements face each other and said first and second radiating elements are substantially aligned, and loop antenna is further intended to be energized in phase opposition via an end of said second portion of the second radiating element opposite said first portion.
  • the radiation pattern of the loop antenna is symmetrized.
  • the loop antenna comprises a combiner / viewer equipment for supplying said first and second radiating elements in phase opposition.
  • the radiation pattern of the loop antenna is balanced and the supply of the loop antenna is simple.
  • each radiating element and / or the ground plane is fabric made of carbon fibers.
  • the radar equivalent area of the loop antenna is further reduced, as well as its mass.
  • each carbon fiber-based fabric element comprises at least one contact zone having one of the following group of elements: a jacquard of metal wires; a tin metal foil; a carbon fiber-based fabric allowance at which threading is practiced in the thickness of the carbon fiber-based fabric to allow insertion of a threaded shank providing said electrical connection; a thickness of carbon fiber fabric at which a nut is incorporated to allow to insert into the thickness a threaded rod providing said electrical connection; and a rivet providing said electrical connection by pressure.
  • the electrical connection of the loop antenna is ensured simply and efficiently.
  • At least one block of expanded material of dielectric characteristics close to the air is inserted in an adjusted manner into the volume which is defined between each radiating element and the ground plane.
  • the rigidity of the antennal structure is increased.
  • FIG. 1A schematically illustrates a first perspective view of a monopole loop antenna, according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 1B schematically illustrates a second perspective view of the monopole loop antenna
  • FIG. 1C schematically illustrates a flattened structure of a radiating element of the monopole loop antenna
  • FIG. 1D illustrates an electrical connection diagram of the monopole loop antenna
  • FIG. 2 schematically illustrates a layout practiced in a ground plane of the monopole loop antenna, in the context of the electrical connection of the monopole loop antenna;
  • FIG. 3A illustrates a connection diagram view in perspective of a loop dipole antenna, according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 3B schematically illustrates a perspective view of the dipole loop antenna
  • FIG. 4 schematically illustrates a gain curve over a frequency band ranging from 90 MHz to 500 MHz, in a particular embodiment of the dipole loop antenna
  • FIG. 5A to 5E schematically illustrate radiation patterns at different frequencies, in the particular embodiment of the dipole loop antenna.
  • FIG. 1A a first perspective view of a monopole loop antenna.
  • FIG. 1B a second perspective view at an angle opposite to FIG. 1A, loop monopole antenna.
  • the monopole loop antenna is a voluminal antenna.
  • the monopole loop antenna comprises a ground plane 100 on which a radiating element 1 10 is mounted.
  • the ground plane 100 also acts as a reflective element, which makes it possible to obtain a sectoral radiofrequency coverage antenna by reducing the back radiation of the antenna.
  • the radiating element 1 10 is composed of four main parts.
  • a first portion 101 is substantially in the form of a plate parallel to the ground plane 100.
  • the first portion 101 is in the form of a plate parallel to the ground plane 100, but slight deformations (eg variations in the parallelism of the first portion 101 vis-à-vis the ground plane 100) can be made without substantially impairing the performance of the loop antenna.
  • a second portion 102 In the extension of the first portion 101 is a second portion 102, also substantially in the form of a plate, inclining towards the ground plane 100.
  • the second portion 102 is in the form of a plate, but slight deformations (eg variations in the inclination of the second portion 102 with respect to the first portion 101) can be made without substantially impairing the performance of the loop antenna.
  • the third portion 103 is a third portion 103, also substantially in the form of a plate, also inclining towards the ground plane 100.
  • the third portion 103 is in the form of a plate, but slight deformations ( eg variations in the inclination of the third portion 103 vis-à-vis the first portion 101) can be made without substantially impairing the performance of the loop antenna.
  • the radiating element 1 10 further comprises a fourth portion 104, in the form of a blade, connecting the third portion 103 to the ground plane, thereby forming a short circuit between said third portion 103 and the ground plane 100.
  • the fourth portion 104 is mounted, in the extension of the third portion 103, on one end of the edge of the third portion 103 which is opposite to the first portion 101.
  • the fourth portion 104 is thus a localized mass return where the density in current is maximum at the third portion 103, to improve the low frequency performance of the monopole loop antenna.
  • the angle formed by the first portion 101 and the second portion 102 on the side of the ground plane 100 is an obtuse angle.
  • the second portion 102 does not extend between the first portion 101 and the ground plane 100.
  • the angle formed by such an arrangement is schematically shown in FIG. 1D (angle A), described below.
  • the angle formed by the first portion 101 and the third portion 103 on the side of the ground plane 100 is also an obtuse angle.
  • the third portion 103 does not extend between the first portion 101 and the ground plane 100.
  • the angle formed by such an arrangement is schematically shown in FIG. 1D (angle B), described below.
  • the fourth portion 104 extends between the third portion 103 and the ground plane 100.
  • Such an arrangement is schematically shown in FIG. 1D, described below.
  • the edge of the fourth portion 104 which is attached to the third portion 103 is much smaller than the edge of the third portion 103 to which said fourth portion 104 is attached. This arrangement is schematically shown in FIG. 1C, described below.
  • edges of the second portion 102 which are in the extension of the first portion 101 are preferably in the form of successive indentations, such that, more said edges of the second portion 102 deviate from the first portion 101, the more they get closer to each other. Said indentations are symmetrical with respect to the mediator of the joint between said first portion 101 and said second portion 102.
  • This arrangement is diagrammatically shown in FIG. 1C, described below. This arrangement makes it possible to improve the adaptation of the antenna over a wide frequency band.
  • the ground plane 100 preferably has an opening 120 facing the end of the second portion 102 which is opposite to the first portion 101. Said opening, as further detailed in connection with FIG. 2, facilitates the electrical connection of the antenna so that the coaxial cable is mounted on the other side of the ground plane relative to the radiating element 1 10, while preserving electrical insulation between the second part 102 and the ground plane 100.
  • the last indentation opposite the first portion 102 preferably has a fold with the rest of the second portion 102, so that the folded end of the second portion 102 is substantially perpendicular to the ground plane 100 facing the 120. This facilitates the connection of the antenna to the coaxial cable for receiving or transmitting a radio frequency signal via said antenna.
  • the geometry of the monopole loop antenna presented above is substantially compact with respect to the maximum wavelength processed.
  • the inclined character of the second 102 and third 103 parts reduces the radar cross section.
  • the radiating element 110 and / or the ground plane 100 can be made from an electrically conductive material (preferably by cutting and folding for the radiating element 110), such as a metallic material .
  • the radiating element 110 and / or the ground plane 100 can be made from carbon fiber fabric: carbon fiber fabric, hybrid carbon fabric incorporating weaving of metallic threads (silver, gold, copper, aluminum, ...) or hybrid carbon fabric incorporating dielectric fibers (glass fibers, aramid fibers, ).
  • the 102 and third 103 parts of the radiating element 110 contributes to the radiation in the axis of the monopole loop antenna (axis perpendicular to the ground plane 100).
  • the current in the second 102 and third 103 parts generates two components: a horizontal component (in the direction of propagation of the current) and a vertical component, considering the ground plane 100 as horizontal. Said vertical components (therefore perpendicular to the ground plane 100) cancel each other out, whereas said horizontal components (therefore parallel to the ground plane 100) add up mutually and are added to the single horizontal component of the first part 101.
  • the inclined nature of the second 102 and third 103 parts of the radiating element thus increases the performance of the antenna.
  • the radiating element 110 and the ground plane 100 are made from fabric based on carbon fibers.
  • the carbon fiber-based fabric is preferably consolidated by lamination. Consequently, this antenna can easily be placed on a wall of a supporting structure, such as a ship or land vehicle wall, or in a cavity made in such a wall.
  • the resin used during the lamination process may be dielectric or charged with electrically conductive particles or nanoparticles, for example metallic or carbon nanotubes. Certain areas of the antenna, for example at locations where an electrical connection is to be ensured, can be laminated by using a resin loaded with electrically conductive particles or nanoparticles, while the rest of the loop antenna is laminated using a dielectric resin. This arrangement makes it possible to reduce the resistive losses due to the use of carbon fibers.
  • the necessary thickness of fabric based on carbon fibers, or more generally of electrically conductive material is defined by the skin depth ("skin depth" in English), that is to say the surface thickness. in which the electric current is concentrated in a conductor and which is inversely proportional to the square root of the frequency of the electrical signal. So, in depending on the band of interest of the signal to be picked up or transmitted by the antenna, it is possible to know the minimum required thickness of material. The mechanical stresses that the antenna is intended to undergo are also a factor to take into account to define the required thickness of material. By considering carbon fiber-based fabric, the number of layers, also called plies, of fabric makes it possible to adjust the minimum thickness of fabric to reach at least the desired skin thickness.
  • the first portion 101 has a width N6 equal to 75 mm and a length L5 (junction edges with the second 102 and third 103 parts) equal to 484 mm.
  • the second portion 102 is of width NI + N2 + N3 + N4 + N5 equal to 280 mm and length L5 (joining edge with the first portion 101) equal to 484 mm.
  • a first indentation made at a distance N5 equal to 65 mm from the joining edge with the first portion 101 makes it possible to reduce the length of the second portion 102 to a value L4 equal to 382 mm.
  • a second indentation made at a distance N4 equal to 60 mm from the first indentation makes it possible to reduce the length of the second portion 102 to a value L3 equal to 266 mm.
  • a third indentation made at a distance N3 equal to 50 mm from the second indentation makes it possible to reduce the length of the second portion 102 to a value L2 equal to 150 mm.
  • a fourth indentation made at a distance N2 equal to 30 mm from the third indentation makes it possible to reduce the length of the second portion 102 to a value Ll equal to 58 mm.
  • the end piece of the second part 102 (at the end opposite to the first part 101) is therefore of dimensions N1 X L1, with NI equal to 75 mm. This end piece is folded at 55 mm from the edge of the second portion 102 (at the end opposite the first portion 101), so as to reduce the shape of the second portion 102 substantially perpendicular to the ground plane 100.
  • the third part 103 is of width N7 equal to 150 mm and length L5 (joining edge with the first portion 101) equal to 484 mm.
  • the fourth portion 104 is of length N8 equal to 235 mm and width L6 (junction edge with the third portion 103) equal to 20 mm.
  • the angle formed by the first portion 101 and the third portion 103 on the ground plane side 100 (angle B in Fig. 1D) is 130.5 °.
  • the angle formed by the first part 101 and the second part 102 on the ground plane side 100 (angle A in Fig. 1D) is 135 °.
  • the angle formed between the third portion 103 and the fourth portion 104 on the side of the second portion 102 is 74.7 °.
  • the illustrative example given above can be modified by homothety in order to adapt the antenna to another frequency band.
  • An electrical connection is made between the fourth portion 104 and the ground plane 100.
  • An electrical connection is also made between the end of the second portion 102 opposite the first portion 101 and the central conductor of the coaxial cable.
  • An electrical connection is also made between the ground plane 100 and the outer conductor of the coaxial cable, which acts as a mass.
  • Each of these electrical connections can be made in different ways.
  • said electrical connection is made by means of a clamp made of tin-plated metal, such as copper.
  • a clamp is formed of a rectangular plate of tinned metal, folded in two on either side of the piece of carbon fiber fabric constituting said element.
  • Each foil metal is then pressed under three tons, then heated locally to 400 ° C, for example using a soldering iron.
  • a sheet of polymer adheresive tape, gutta, ...) can be placed on the outer surface of the metal foil thus mounted to allow stratification of the antenna. This polymer sheet prevents a resin deposit from covering the metal foils and not interfere with a subsequent weld.
  • a jacquard of metal wires preferably of copper
  • a weld is then made with the jacquard of metallic threads.
  • a sheet of polymer adheresive tape, gutta, Certainly can be placed on each of the jacquards of metal son, to allow a stratification of the antenna. This polymer sheet makes it possible to prevent a deposit of resin from covering the jacquard with metallic threads and coming to impede the subsequent welding.
  • a carbon fiber-based fabric allowance is present on said element at the point where the electrical connection is to be made. assured. This extra thickness is able to allow tapping in the thickness carbon fiber fabric for receiving a threaded rod for electrical connection.
  • a carbon fiber-based fabric allowance is present on said element at the point where the electrical connection is to be made. assured.
  • This extra thickness is adapted to allow to incorporate in said extra thickness a nut to receive a threaded rod ensuring the electrical connection.
  • the electrical connection when an element of this electrical connection is carbon fiber fabric, the electrical connection can be provided through rivets, thereby ensuring a pressure contact.
  • the antenna is fed via the end of the second portion 102 opposite the first portion 101 and via the central conductor of the coaxial cable.
  • An impedance matching circuit 150 made from a plurality of "quarter-wave" lines and / or discrete components can be added to this monopole loop antenna power supply, as schematically shown in FIG. Fig. 1D.
  • Such a circuit makes it possible to further improve the impedance matching of the monopole loop antenna over the entire frequency band of interest.
  • the standing wave ratio (ROS) representative of the quality of the adaptation of the antenna, can thus be reduced.
  • the ground plane 100 is made of fabric made of carbon fibers and the opening 120 made in the ground plane 100 makes it possible to connect the ground plane 100 to the external conductor of the coaxial cable by means of metal foils 200, such as copper foils and / or one of the following group of elements: a jacquard of metal wires; a carbon fiber-based fabric allowance at which threading is practiced in the thickness of the carbon fiber-based fabric to allow insertion of a threaded rod for electrical connection; a thickening of carbon fiber fabric at which a nut is incorporated to allow to insert into the thickness a threaded rod ensuring the electrical connection; and a rivet providing the electrical connection by pressure.
  • metal foils 200 such as copper foils and / or one of the following group of elements: a jacquard of metal wires; a carbon fiber-based fabric allowance at which threading is practiced in the thickness of the carbon fiber-based fabric to allow insertion of a threaded rod for electrical connection; a thickening of carbon fiber fabric at which a
  • the aperture 120 has a substantially square shape and a metal foil is mounted on each of the edges of the aperture 120.
  • the mounting of these foils metal 200 is for example made as previously described.
  • the opening 200 thus makes it possible to pass the central conductor of an N-type connector through the ground plane 100 and to weld on the metal foils 200 the external conductor of the coaxial cable, or to fix the connector on the four metal foils. thanks to four respective attachment points for screwing the mass to the ground plane 100.
  • the aperture 120 may have a shape different from that shown in FIG. 2, for example a circular shape. It should also be noted that when the connector is attached to the ground plane, a different number of four attachment points can be implemented.
  • a loop dipole antenna is implemented using two identical radiating elements, as previously described, mounted on the same 180-mass plane. ° with respect to an axis of rotation perpendicular to said ground plane, such that the third portions 103 of said radiating elements face each other.
  • the median plane of the third portion 103 of one of the radiating elements is substantially merged with the median plane of the third portion 103 of the other radiating element.
  • the two radiating elements are substantially aligned. An offset may exist between these two median planes, but the two radiating elements are preferentially aligned. This arrangement is illustrated schematically in FIGS. 3A and 3B.
  • FIG. 3B is a perspective view of such a loop dipole antenna.
  • a first radiating element 301 of the same configuration as for the monopole antenna, loops FIGS. 1A and 1B is mounted on a ground plane 300.
  • the third portions 103 of the first 301 and second 302 radiators are thus mounted face-to-face, as illustrated in FIG. 3B.
  • the ground plane 300 acts as a reflective plane.
  • the distance separating the first radiating element 301 and the second radiating element 302 is adapted so as to obtain a stable radiation pattern in the plane E. This distance is preferably reduced to the minimum allowing such a radiation pattern stability, so as to limit the size of the dipole loop antenna.
  • Each of the radiating elements and / or the ground plane may be made of electrically conductive material, for example metallic or preferably made of carbon fiber fabric.
  • a first coaxial cable is connected to the first radiating element 301 and to the ground plane 300; a second coaxial cable is connected to the second element 302 and the ground plane 300.
  • the electrical connection operates as for the monopole antenna of Figs. 1A and 1B.
  • the first radiating element 301 is supplied in phase via the end of the second portion 102 opposite the first portion 101 and via the central conductor of the corresponding coaxial cable.
  • the second radiating element 302 is supplied in phase opposition via the end of the second portion 102 opposite the first portion 101 and via the central conductor of the corresponding coaxial cable.
  • An impedance matching circuit 351, 352 made from a plurality of "quarter-wave" lines and / or discrete components may be added on each of these loop dipole antenna power supplies, such as schematically shown in FIG. 3A. Such a circuit makes it possible to further improve the impedance matching of each monopole loop antenna over the entire frequency band of interest.
  • the first 301 and second 302 radiating elements are energized in phase opposition by means of a combiner 350 / combiner ("combine / di empty") equipment.
  • a reinforcement in the form of at least one block of expanded material for example foam
  • a reinforcement in the form of at least one block of expanded material for example foam

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Abstract

Une antenne boucle comporte un élément rayonnant (110) et un plan de masse (100). L'élément rayonnant comporte des première (101), seconde (102) et troisième (103) parties dans le prolongement les unes des autres de telle sorte que : la première partie est substantiellement sous forme d'une plaque parallèle au plan de masse; la seconde partie, accolée à la première partie et inclinée vers le plan de masse selon un premier angle obtus, est substantiellement sous forme d'une plaque; la troisième partie, accolée à la première partie à l'opposé de la seconde partie et inclinée vers le plan de masse selon un second angle obtus, est substantiellement sous forme d'une plaque. L'élément rayonnant comporte aussi une quatrième partie (104), sous forme d'une lame s'étendant entre la troisième partie et le plan de masse, réalisant un court- circuit. L'antenne boucle est destinée à être alimentée via une extrémité de ladite seconde partie opposée à ladite première partie.

Description

Antenne boucle volumique compacte large bande
La présente invention concerne une antenne sectorielle de type monopôle ou dipôle boucle volumique à fort gain et à large bande.
Dans le domaine des antennes à fort gain et à large bande, l'antenne « Valentine » ÇA novel antenna for transient applications in the frequency band 300 MHz - 3 GHz: the Valentine antenna", J.C. Diot et al, 2007, IEEE Antennas and Propagation, Vol. 55, pp. 987-990) est une antenne de type dipôle à onde progressive. Cette antenne est réalisée à partir de larges rubans en cuivre recourbés selon un profil exponentiel et repliés de manière circulaire. Cette antenne a été conçue pour fonctionner dans une large bande fréquentielle allant de 300 MHz à 3 GHz. Cette antenne présente un très fort gain, supérieur à 9 dBi de 500 MHz à 2,5 GHz. Au regard de sa bande fréquentielle d'utilisation, cette antenne possède des dimensions importantes : 1112 mm x 52 mm x 950 mm, surtout en termes de profondeur, ce qui rend difficile voire impossible son intégration dans certaines structures porteuses notamment lorsque on souhaite l'utiliser à plus basse fréquence. Cette antenne offre ainsi une surface équivalente radar SER (RCS pour « Radar Cross Section » en anglais) importante. Les mêmes difficultés sont rencontrées avec l'antenne « Libellule » ("UWB-SAR system PULSAR: new generator and antenna developments" , P. Delmote et al, 2003, SPIE'S 17th Annual International Symposium on Aerospace/Defense Sensing, Simulation and Controls, USA, Vol. 5077, pp. 223- 234).
L'antenne « Double résonateur SF6 » ( "Frequency-Tunable High-Power
Mesoband Microwave Radiator", G. Xu et al, 2011, IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 39, pp. 652-658) est une antenne large bande imprimée à double résonateur. Cette antenne a été développée pour fonctionner dans la bande fréquentielle allant de 260 MHz à 460 MHz. Cette antenne a pour dimensions : 400 mm x 400 mm x 130 mm, et possède une surface équivalente radar réduite. Son architecture est multicouche et s'appuie sur différents matériaux. Une première strate de cette antenne est constituée d'un plan de masse, d'un substrat de nylon sur lequel est collé un patch rayonnant. L'alimentation est réalisée par un câble coaxial, dont l'âme (recouverte de plexiglas) traverse le nylon. Une seconde couche de nylon est séparée du patch rayonnant par du gaz SF6 pressurisé à deux fois la pression atmosphérique. Un second patch rayonnant est enfin disposé sur la seconde couche de nylon, sur la partie haute de la structure. Cette structure empilée offre un comportement large bande et le gaz SF6 est employé afin d'améliorer la tenue en tension. Cependant, l'utilisation d'un tel gaz complexifîe la mise en œuvre de l'antenne, puisque ce gaz a été répertorié parmi les gaz à effet de serre par le protocole de Kyoto.
Il est souhaitable de pallier ces inconvénients de l'état de la technique. Il est notamment souhaitable de fournir une antenne volumique qui soit à encombrement réduit pour un fonctionnement à fort gain sur une large bande fréquentielle, notamment dans la large bande fréquentielle allant de 100 MHz à 500 MHz.
Il est notamment souhaitable de fournir une antenne volumique de dimensions réduites de manière à faciliter son intégration dans différentes structures porteuses et à réduire sa surface équivalente radar.
Il est aussi souhaitable de fournir une antenne dont le diagramme de rayonnement est sectoriel et symétrique.
Il est notamment souhaitable de fournir une solution qui soit simple à mettre en œuvre, à faible coût et de faible masse.
L'invention concerne une antenne boucle comportant un premier élément rayonnant et un plan de masse agissant comme plan réflecteur. Le premier élément rayonnant comporte des première, seconde et troisième parties dans le prolongement les unes des autres de telle sorte que : la première partie est substantiellement sous forme d'une plaque parallèle au plan de masse ; la seconde partie, accolée à la première partie et inclinée vers le plan de masse selon un premier angle obtus entre ladite première partie et ladite seconde partie, est substantiellement sous forme d'une plaque ; la troisième partie, accolée à la première partie à l'opposé de la seconde partie et inclinée vers le plan de masse selon un second angle obtus entre ladite première partie et ladite troisième partie, est substantiellement sous forme d'une plaque. L'antenne boucle est telle que le premier élément rayonnant comporte en outre une quatrième partie, sous forme d'une lame s'étendant entre la troisième partie et le plan de masse, réalisant un court-circuit entre ladite troisième partie et ledit plan de masse. Enfin, l'antenne boucle est destinée à être alimentée via une extrémité de ladite seconde partie opposée à ladite première partie. Ainsi, l'inclinaison des seconde et troisième parties du premier élément rayonnant permet d'obtenir une antenne volumique à encombrement réduit. Le fait que les seconde et troisième parties du premier élément rayonnant soit inclinées permet que les composantes de courant parallèle au plan de masse s'ajoutent entre elles, alors que les composantes de courant perpendiculaires au plan de masse se compensent substantiellement. Les performances de l'antenne boucle sont ainsi optimisées. La forme de l'antenne boucle permet en outre d'obtenir une surface équivalent radar réduite.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite seconde partie comporte des indentations successives de telle sorte que, plus lesdits bords de la seconde partie s'écartent de la première partie, plus ils se rapprochent l'un de l'autre. Ainsi, l'adaptation de l'antenne boucle sur une large bande fréquentielle est améliorée.
Selon un mode de réalisation particulier, l'extrémité de la seconde partie opposée à la première partie présente un pli avec le reste de ladite seconde partie, de telle sorte que l'extrémité pliée de la seconde partie soit substantiellement perpendiculaire au plan de masse, en regard d'une ouverture pratiquée dans le plan de masse. Ainsi, la mise en œuvre de l'antenne est facilitée en permettant de connecter l'alimentation de l'antenne boucle en passant à travers le plan de masse.
Selon un mode de réalisation particulier, l'extrémité de la seconde partie opposée à la première partie est connectée à un circuit d'adaptation d'impédance.
Selon un mode de réalisation particulier, l'antenne boucle comprend un second élément rayonnant identique au premier élément rayonnant, placé sur le plan de masse à 180° du premier élément rayonnant par rapport à un axe de rotation perpendiculaire au plan de masse de telle sorte que lesdites troisièmes parties des premier et second éléments rayonnants se fassent face et que lesdits premier et second éléments rayonnants soient substantiellement alignés, et l'antenne boucle est en outre destinée à être alimentée en opposition de phase via une extrémité de ladite seconde partie du second élément rayonnant opposée à ladite première partie. Ainsi, le diagramme de rayonnement de l'antenne boucle est symétrisé.
Selon un mode de réalisation particulier, l'antenne boucle comporte un équipement combineur/di viseur destiné à alimenter en opposition de phase lesdits premier et second éléments rayonnants. Ainsi, le diagramme de rayonnement de l'antenne boucle est symétrisé et l'alimentation de l'antenne boucle est simple.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque élément rayonnant et/ou le plan de masse est en tissu à base de fibres de carbone. Ainsi, la surface équivalente radar de l'antenne boucle est encore réduite, ainsi que sa masse.
Selon un mode de réalisation particulier, pour assurer une connexion électrique, chaque élément en tissu à base de fibres de carbone comporte au moins une zone de contact présentant l'un des éléments du groupe suivant : un jacquard de fils métalliques ; un clinquant de métal étamé ; une surépaisseur de tissu à base de fibres de carbone au niveau de laquelle un taraudage est pratiqué dans l'épaisseur du tissu à base de fibres de carbone afin de permettre d'insérer une tige filetée assurant ladite connexion électrique ; une surépaisseur de tissu à base de fibres de carbone au niveau de laquelle un écrou est incorporé afin de permettre d'insérer dans l'épaisseur une tige filetée assurant ladite connexion électrique ; et un rivet assurant ladite connexion électrique par pression. Ainsi, la connexion électrique de l'antenne boucle est assurée simplement et efficacement.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un bloc de matériau expansé de caractéristiques diélectriques proches de l'air est inséré de manière ajustée dans le volume qui est défini entre chaque élément rayonnant et le plan de masse. Ainsi, la rigidité de la structure antennaire est accrue.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : - la Fig. 1A illustre schématiquement une première vue en perspective d'une antenne monopôle boucle, selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la Fig. 1B illustre schématiquement une seconde vue en perspective de l'antenne monopôle boucle ;
- la Fig. 1C illustre schématiquement une structure aplanie d'un élément rayonnant de l'antenne monopôle boucle ;
- la Fig. 1D illustre un schéma de connexion électrique de l'antenne monopôle boucle ;
- la Fig. 2 illustre schématiquement un aménagement pratiqué dans un plan de masse de l'antenne monopôle boucle, dans le cadre de la connexion électrique de l'antenne monopôle boucle ;
- la Fig. 3A illustre un schéma de connexion vue en perspective d'une antenne dipôle boucle, selon un second mode de réalisation de l'invention ;
- la Fig. 3B illustre schématiquement une vue en perspective de l'antenne dipôle boucle ;
- la Fig. 4 illustre schématiquement une courbe de gain sur une bande de fréquence allant de 90 MHz à 500 MHz, dans un mode de réalisation particulier de l'antenne dipôle boucle ; et
- les Figs. 5A à 5E illustrent schématiquement des diagrammes de rayonnement à différentes fréquences, dans le mode de réalisation particulier de l'antenne dipôle boucle.
Sur la Fig. 1A est représentée une première vue en perspective d'une antenne monopôle boucle. Sur la Fig. 1B est représentée une seconde vue en perspective, selon un angle de vue opposé à la Fig. 1A, de l'antenne monopôle boucle. Comme représenté sur les Figs. 1A et 1B, l'antenne monopôle boucle est une antenne volumique.
L'antenne monopôle boucle comporte un plan de masse 100 sur lequel est monté un élément rayonnant 1 10. Le plan de masse 100 joue aussi le rôle d'élément réflecteur, ce qui permet d'obtenir une antenne à couverture radio fréquence sectorielle en réduisant le rayonnement arrière de l'antenne.
L'élément rayonnant 1 10 est composé de quatre parties principales.
Une première partie 101 est substantiellement sous la forme d'une plaque parallèle au plan de masse 100. Préférentiellement, la première partie 101 est sous la forme d'une plaque parallèle au plan de masse 100, mais de légères déformations (e.g. variations dans le parallélisme de la première partie 101 vis-à-vis du plan de masse 100) peuvent être apportées sans nuire substantiellement aux performances de l'antenne boucle.
Dans le prolongement de la première partie 101 se trouve une seconde partie 102, aussi substantiellement sous la forme d'une plaque, s'inclinant vers le plan de masse 100. Préférentiellement, la seconde partie 102 est sous la forme d'une plaque, mais de légères déformations (e.g. variations dans l'inclinaison de la seconde partie 102 vis-à-vis de la première partie 101) peuvent être apportées sans nuire substantiellement aux performances de l'antenne boucle.
Dans le prolongement de la première partie 101 , à l'opposé de la seconde partie
102, se trouve une troisième partie 103, aussi substantiellement sous la forme d'une plaque, s'inclinant aussi vers le plan de masse 100. Préférentiellement, la troisième partie 103 est sous la forme d'une plaque, mais de légères déformations (e.g. variations dans l'inclinaison de la troisième partie 103 vis-à-vis de la première partie 101) peuvent être apportées sans nuire substantiellement aux performances de l'antenne boucle.
L'élément rayonnant 1 10 comporte en outre une quatrième partie 104, sous la forme d'une lame, reliant la troisième partie 103 au plan de masse, formant ainsi un court-circuit entre ladite troisième partie 103 et le plan de masse 100. La quatrième partie 104 est montée, dans le prolongement de la troisième partie 103, sur une extrémité du bord de la troisième partie 103 qui est opposé à la première partie 101. La quatrième partie 104 est ainsi un retour de masse localisé où la densité en courant est maximale au niveau de la troisième partie 103, afin d'améliorer les performances aux basses fréquences de l'antenne monopôle boucle.
L'angle formé par la première partie 101 et la seconde partie 102 du côté du plan de masse 100 est un angle obtus. En d'autres termes, la seconde partie 102 ne s'étend pas entre la première partie 101 et le plan de masse 100. L'angle formé par un tel agencement est schématiquement représenté sur la Fig. 1D (angle A), décrite ci- après.
L'angle formé par la première partie 101 et la troisième partie 103 du côté du plan de masse 100 est aussi un angle obtus. En d'autres termes, la troisième partie 103 ne s'étend pas entre la première partie 101 et le plan de masse 100. L'angle formé par un tel agencement est schématiquement représenté sur la Fig. 1D (angle B), décrite ci- après. La quatrième partie 104 s'étend entre la troisième partie 103 et le plan de masse 100. Un tel agencement est schématiquement représenté sur la Fig. 1D, décrite ci- après.
Le bord de la quatrième partie 104 qui est rattaché à la troisième partie 103 est de dimension très inférieure à celle du bord de la troisième partie 103 auquel est rattaché ladite quatrième partie 104. Cet agencement est schématiquement représenté sur la Fig. 1C, décrite ci-après.
Les bords de la seconde partie 102 qui sont dans le prolongement de la première partie 101 sont préférentiellement en forme d'indentations successives, de telle sorte que, plus lesdits bords de la seconde partie 102 s'écartent de la première partie 101, plus ils se rapprochent l'un de l'autre. Lesdites indentations sont symétriques par rapport à la médiatrice de la jointure entre ladite première partie 101 et ladite seconde partie 102. Cet agencement est schématiquement représenté sur la Fig. 1C, décrite ci- après. Cet agencement permet d'améliorer l'adaptation de l'antenne sur une large bande fréquentielle.
Le plan de masse 100 présente préférentiellement une ouverture 120 en regard de l'extrémité de la seconde partie 102 qui est à l'opposé de la première partie 101. Ladite ouverture, comme détaillée par la suite en relation avec la Fig. 2, permet de faciliter la connexion électrique de l'antenne de telle sorte que le câble coaxial soit monté de l'autre côté du plan de masse par rapport à l'élément rayonnant 1 10, tout en préservant une isolation électrique entre la seconde partie 102 et le plan de masse 100.
La dernière indentation à l'opposé de la première partie 102 présente préférentiellement un pli avec le reste de la seconde partie 102, de telle sorte que l'extrémité pliée de la seconde partie 102 soit substantiellement perpendiculaire au plan de masse 100 en regard de l'ouverture 120. Cela facilite la connexion de l'antenne au câble coaxial permettant la réception ou la transmission d'un signal radio fréquence via ladite antenne.
La géométrie de l'antenne monopôle boucle présentée ci-dessus est substantiellement compacte au regard de la longueur d'onde maximale traitée. Le caractère incliné des seconde 102 et troisième 103 parties permet de réduire la surface équivalente radar. Du fait de cette géométrie, l'élément rayonnant 110 et/ou le plan de masse 100 peut être réalisé à partir d'un matériau électriquement conducteur (préférentiellement par découpe et pliage pour l'élément rayonnant 110), tel qu'un matériau métallique. L'élément rayonnant 110 et/ou le plan de masse 100 peuvent être réalisés à partir de tissu à base de fibres de carbone : tissu de fibres de carbone, tissu de carbone hybride intégrant un tissage de fils métalliques (argent, or, cuivre, aluminium,...) ou tissu de carbone hybride intégrant des fibres diélectriques (fibres de verre, fibres aramides,...).
Chacune des trois parties de l'ensemble formé par les première 101, seconde
102 et troisième 103 parties de l'élément rayonnant 110 contribue au rayonnement dans l'axe de l'antenne monopôle boucle (axe perpendiculaire au plan de masse 100). De plus, le courant dans les seconde 102 et troisième 103 parties génère deux composantes : une composante horizontale (dans le sens de propagation du courant) et une composante verticale, en considérant le plan de masse 100 comme horizontal. Lesdites composantes verticales (donc perpendiculaires au plan de masse 100) s'annulent mutuellement, alors que lesdites composantes horizontales (donc parallèles au plan de masse 100) s'additionnent mutuellement et se rajoutent à l'unique composante horizontale de la première partie 101. Le caractère incliné des seconde 102 et troisième 103 parties de l'élément rayonnant permet ainsi d'augmenter les performances de l'antenne.
Préférentiellement, l'élément rayonnant 110 et le plan de masse 100 sont réalisés à partir de tissu à base de fibres de carbone. Le tissu à base de fibres de carbone est préférentiellement consolidé par stratification. Par conséquent, cette antenne peut facilement être placée sur une paroi d'une structure porteuse, telle qu'une paroi de navire ou de véhicule terrestre, ou dans une cavité pratiquée dans une telle paroi. La résine utilisée pendant l'opération de stratification peut être diélectrique ou chargée de particules ou nanoparticules électriquement conductrices, par exemple métalliques ou des nanotubes de carbone. Certaines zones de l'antenne, par exemple à des endroits où une connexion électrique doit être assurée, peuvent être stratifiées par utilisation d'une résine chargée de particules ou nanoparticules électriquement conductrices, alors que le reste de l'antenne boucle est stratifiée par utilisation d'une résine diélectrique. Cet agencement permet de réduire les pertes résistives dues à l'utilisation des fibres de carbone.
L'épaisseur nécessaire de tissu à base de fibres de carbone, ou plus généralement de matériau électriquement conducteur, est définie par l'épaisseur de peau (« skin depth » en anglais), c'est-à-dire l'épaisseur en surface dans laquelle se concentre le courant électrique dans un conducteur et qui est inversement proportionnelle à la racine carrée de la fréquence du signal électrique. Ainsi, en fonction de la bande d'intérêt du signal à capter ou à transmettre par l'antenne, il est possible de connaître l'épaisseur minimale requise de matériau. Les contraintes mécaniques que l'antenne est destinée à subir sont aussi un facteur à prendre en compte pour définir l'épaisseur requise de matériau. En considérant du tissu à base de fibres de carbone, le nombre de couches, aussi appelées plis, de tissu permet donc d'ajuster l'épaisseur minimale de tissu pour atteindre au moins l'épaisseur de peau recherchée.
Un exemple de dimensionnement de l'élément rayonnant est donné ci-après en relation avec la Fig. 1C, permettant d'assurer des transmissions radio fréquences dans la large bande 100 MHz - 500 MHz. Sur la Fig. 1C, les différentes parties constitutives de l'élément rayonnant 110 sont représentées de manière aplatie. La première partie 101 est de largeur N6 égale à 75 mm et de longueur L5 (bords de jonction avec les seconde 102 et troisième 103 parties) égale à 484 mm. La seconde partie 102 est de largeur NI +N2+N3+N4+N5 égale à 280 mm et de longueur L5 (bord de jonction avec la première partie 101) égale à 484 mm. Une première indentation pratiquée à une distance N5 égale à 65 mm du bord de jonction avec la première partie 101 permet de réduire la longueur de la seconde partie 102 à une valeur L4 égale à 382 mm. Une seconde indentation pratiquée à une distance N4 égale à 60 mm de la première indentation permet de réduire la longueur de la seconde partie 102 à une valeur L3 égale à 266 mm. Une troisième indentation pratiquée à une distance N3 égale à 50 mm de la seconde indentation permet de réduire la longueur de la seconde partie 102 à une valeur L2 égale à 150 mm. Une quatrième indentation pratiquée à une distance N2 égale à 30 mm de la troisième indentation permet de réduire la longueur de la seconde partie 102 à une valeur Ll égale à 58 mm. Le morceau extrême de la seconde partie 102 (à l'extrémité opposée à la première partie 101) est donc de dimensions N1 XL1, avec NI égal à 75 mm. Ce morceau extrême est replié à 55 mm du bord de la seconde partie 102 (à l'extrémité opposée à la première partie 101), de sorte à ramener la forme de la seconde partie 102 substantiellement perpendiculaire au plan de masse 100. La troisième partie 103 est de largeur N7 égale à 150 mm et de longueur L5 (bord de jonction avec la première partie 101) égale à 484 mm. La quatrième partie 104 est de longueur N8 égale à 235 mm et de largeur L6 (bord de jonction avec la troisième partie 103) égale à 20 mm. L'angle formé par la première partie 101 et la troisième partie 103 du côté du plan de masse 100 (angle B sur la Fig. 1D) est de 130,5°. L'angle formé par la première partie 101 et la seconde partie 102 du côté du plan de masse 100 (angle A sur la Fig. 1D) est de 135°. L'angle formé entre la troisième partie 103 et la quatrième partie 104 du côté de la seconde partie 102 (angle C sur la Fig. 1D) est de 74.7°.
L'exemple illustratif donné ci-dessus peut être modifié par homothétie de manière à adapter l'antenne à une autre bande fréquentielle.
Une connexion électrique est réalisée entre la quatrième partie 104 et le plan de masse 100. Une connexion électrique est aussi réalisée entre l'extrémité de la seconde partie 102 opposée à la première partie 101 et le conducteur central du câble coaxial. Une connexion électrique est aussi réalisée entre le plan de masse 100 et le conducteur externe du câble coaxial, qui fait office de masse. Chacune de ces connexions électriques peut être réalisée de différentes manières.
Selon un premier mode de réalisation, lorsqu'un élément de cette connexion électrique est en tissu à base de fibres de carbone, ladite connexion électrique est réalisée grâce à une pince en clinquant de métal étamé, tel que du cuivre. Une telle pince est formée d'une plaque rectangulaire de métal étamé, pliée en deux de part et d'autre du morceau de tissu à base de fibres de carbone constituant ledit élément. Chaque clinquant de métal est ensuite pressé sous trois tonnes, puis chauffé localement à 400 °C, par exemple à l'aide d'un fer à souder. Une feuille de polymère (ruban adhésif, gutta,...) peut être placée sur la surface externe du clinquant de métal ainsi monté, afin de permettre une stratification de l'antenne. Cette feuille de polymère permet d'éviter qu'un dépôt de résine ne vienne recouvrir les clinquants de métal et ne vienne gêner une soudure ultérieure.
Selon un second mode de réalisation, lorsqu'un élément de cette connexion électrique est en tissu à base de fibres de carbone, un jacquard de fils métalliques, en cuivre de préférence, est tissé au sein dudit élément à l'endroit où la connexion électrique doit être assurée. Une soudure est alors réalisée avec le jacquard de fils métalliques. Une feuille de polymère (ruban adhésif, gutta,...) peut être placée sur chacun des jacquards de fils métalliques, afin de permettre une stratification de l'antenne. Cette feuille de polymère permet d'éviter qu'un dépôt de résine ne vienne recouvrir le jacquard de fils métalliques et ne vienne gêner la soudure ultérieure.
Selon un troisième mode de réalisation, lorsqu'un élément de cette connexion électrique est en tissu à base de fibres de carbone, une surépaisseur de tissu à base de fibres de carbone est présente sur ledit élément à l'endroit où la connexion électrique doit être assurée. Cette surépaisseur est apte à permettre un taraudage dans l'épaisseur du tissu à base de fibres de carbone pour recevoir une tige filetée assurant la connexion électrique.
Selon un quatrième mode de réalisation, lorsqu'un élément de cette connexion électrique est en tissu à base de fibres de carbone, une surépaisseur de tissu à base de fibres de carbone est présente sur ledit élément à l'endroit où la connexion électrique doit être assurée. Cette surépaisseur est apte à permettre d'incorporer dans ladite surépaisseur un écrou pour recevoir une tige filetée assurant la connexion électrique.
Selon un cinquième mode de réalisation, lorsqu'un élément de cette connexion électrique est en tissu à base de fibres de carbone, la connexion électrique peut être assurée grâce à des rivets, permettant d'assurer ainsi un contact par pression.
Sinon, lorsqu'un élément de cette connexion électrique est en métal, une soudure sur ledit élément permet d'assurer la connexion électrique.
Ainsi, l'antenne est alimentée via l'extrémité de la seconde partie 102 opposée à la première partie 101 et via le conducteur central du câble coaxial. Un circuit d'adaptation d'impédance 150 réalisé à partir d'une pluralité de lignes « quart- d'onde » et/ou de composants discrets peut être ajouté sur cette alimentation de l'antenne monopôle boucle, tel que schématiquement représenté sur la Fig. 1D. Un tel circuit permet d'améliorer encore l'adaptation d'impédance de l'antenne monopôle boucle sur l'ensemble de la bande fréquentielle d'intérêt. Le rapport d'onde stationnaire (ROS), représentatif de la qualité de l'adaptation de l'antenne, peut ainsi être diminué.
Dans un mode de réalisation particulier, le plan de masse 100 est réalisé en tissu à base de fibres de carbone et l'ouverture 120 pratiquée dans le plan de masse 100 permet de relier le plan de masse 100 au conducteur externe du câble coaxial grâce à des clinquants métalliques 200, comme par exemple des clinquants de cuivre et/ou par l'un des éléments du groupe suivant : un jacquard de fils métalliques ; une surépaisseur de tissu à base de fibres de carbone au niveau de laquelle un taraudage est pratiqué dans l'épaisseur du tissu à base de fibres de carbone afin de permettre d'insérer une tige filetée assurant la connexion électrique ; une surépaisseur de tissu à base de fibres de carbone au niveau de laquelle un écrou est incorporé afin de permettre d'insérer dans l'épaisseur une tige filetée assurant la connexion électrique ; et un rivet assurant la connexion électrique par pression. Comme montré à la Fig. 2, l'ouverture 120 a une forme substantiellement carrée et un clinquant métallique est monté sur chacun des bords de l'ouverture 120. Le montage de ces clinquants métalliques 200 est par exemple réalisé comme précédemment décrit. L'ouverture 200 permet ainsi de passer le conducteur central d'un connecteur de type N au travers du plan de masse 100 et de souder sur les clinquants métalliques 200 le conducteur externe du câble coaxial, ou de fixer le connecteur sur les quatre clinquants métalliques grâce à quatre points de fixation respectifs permettant de visser la masse au plan de masse 100.
Il convient de noter que l'ouverture 120 peut avoir une forme différente de celle présentée à la Fig. 2, par exemple une forme circulaire. Il convient aussi de noter que lorsque le connecteur est fixé au plan de masse, un nombre différent de quatre points de fixation peut être mis en œuvre.
Dans un mode de réalisation particulier, de manière à augmenter les performances de l'antenne à hautes fréquences, une antenne dipôle boucle est mise en œuvre en utilisant deux éléments rayonnants identiques, tels que précédemment décrits, montés sur un même plan de masse à 180° l'un de l'autre par rapport à un axe de rotation perpendiculaire audit plan de masse, de telle sorte que les troisièmes parties 103 desdits éléments rayonnants se font face. En outre, le plan médian de la troisième partie 103 de l'un des éléments rayonnants est substantiellement confondu avec le plan médian de la troisième partie 103 de l'autre des éléments rayonnants. En d'autres termes, les deux éléments rayonnants sont substantiellement alignés. Un décalage peut exister entre ces deux plans médians, mais les deux éléments rayonnants sont préférentiellement alignés. Cet agencement est illustré schématiquement sur les Figs. 3A et 3B.
Sur la Fig. 3B est représentée une vue en perspective d'une telle antenne dipôle boucle. Un premier élément rayonnant 301, de même configuration que pour l'antenne monopôle boucle des Figs. 1A et 1B est monté sur un plan de masse 300. Un second élément rayonnant 302, identique au premier élément rayonnant 301, est aussi monté sur le plan de masse 300, à 180° par rapport au premier élément rayonnant 301 selon un axe de rotation perpendiculaire au plan de masse 300 de telle sorte que les troisièmes parties 103 desdits éléments rayonnants se fassent face, et que lesdits deux éléments rayonnants soient substantiellement alignés. Les troisièmes parties 103 des premier 301 et second 302 éléments rayonnants sont ainsi montées face à face, comme illustré sur la Fig. 3B.
Comme dans le cadre de l'antenne monopôle des Figs. 1A et 1B, le plan de masse 300 joue le rôle de plan réflecteur. La distance séparant le premier élément rayonnant 301 et le second élément rayonnant 302 est adaptée de manière à obtenir un diagramme de rayonnement stable dans le plan E. Cette distance est préférentiellement réduite au minimum permettant une telle stabilité de diagramme de rayonnement, de manière à limiter l'encombrement de l'antenne dipôle boucle.
Chacun des éléments rayonnants et/ou le plan de masse peuvent être réalisés en matériau électriquement conducteur, par exemple métallique ou préférentiellement en tissu à base de fibres de carbone.
Un premier câble coaxial est connecté au premier élément rayonnant 301 et au plan de masse 300 ; un second câble coaxial est connecté au second élément 302 et au plan de masse 300. La connexion électrique s'opère comme pour l'antenne monopôle des Figs. 1A et 1B.
Ainsi, le premier élément rayonnant 301 est alimenté en phase via l'extrémité de la seconde partie 102 opposée à la première partie 101 et via le conducteur central du câble coaxial correspondant. Le second élément rayonnant 302 est alimenté en opposition de phase via l'extrémité de la seconde partie 102 opposée à la première partie 101 et via le conducteur central du câble coaxial correspondant. Un circuit d'adaptation d'impédance 351, 352 réalisé à partir d'une pluralité de lignes « quart- d'onde » et/ou de composants discrets peut être ajouté sur chacune de ces alimentations de l'antenne dipôle boucle, tel que schématiquement représenté sur la Fig. 3A. Un tel circuit permet d'améliorer encore l'adaptation d'impédance de chaque antenne monopôle boucle sur l'ensemble de la bande fréquentielle d'intérêt.
Les premier 301 et second 302 éléments rayonnants sont alimentés en opposition de phase au moyen d'un équipement 350 combineur/di viseur (« combiner/di vider » en anglais). Ce principe d'alimentation des éléments rayonnants permet de garantir une symétrie de diagramme de rayonnement dans le plan E (plan E à Φ=0° référencé 310 sur la Fig. 3B) et permet ainsi d'optimiser le gain dans l'axe de l'antenne sur une large bande de fréquence.
En reprenant l'exemple de dimensionnement précédemment donné vis-à-vis de l'antenne monopôle boucle et en l'appliquant à l'antenne dipôle boucle en tissus de fibres de carbone, les résultats suivants peuvent être obtenus :
- la courbe de gain schématiquement illustrée à la Fig. 4 sur une bande de fréquence allant de 90 Mhz à 500 MHz ; - le diagramme de rayonnement à 100 MHz schématiquement illustré à la Fig. 5A ;
- le diagramme de rayonnement à 200 MHz schématiquement illustré à la Fig. 5B ;
- le diagramme de rayonnement à 300 MHz schématiquement illustré à la
Fig. 5C ;
- le diagramme de rayonnement à 400 MHz schématiquement illustré à la Fig. 5D ; et
- le diagramme de rayonnement à 500 MHz schématiquement illustré à la Fig. 5E.
Il convient de noter que, sur les Figs. 5A à 5E, les courbes en traits pleins représentent le rayonnement dans le plan E (à Φ=0°, tel que référencé 310 sur la Fig. 3B) et les courbes en traits pointillés représentent le rayonnement dans le plan H (à Φ=90°, tel que référencé 320 sur la Fig. 3B), et que les valeurs maximales des diagrammes de rayonnement ont été normalisées à 0 dBi.
Dans chacun des modes de réalisation précédents, préférentiellement lorsque l'antenne boucle est réalisée à partir de tissus à base de fibres de carbone, un renfort sous forme d'au moins un bloc en matériau expansé (par exemple en mousse) dont les caractéristiques diélectriques sont proches de l'air peut être inséré de manière ajustée dans le volume défini entre chaque élément rayonnant et le plan de masse, afin de fournir une structure antennaire de rigidité accrue. Cela permet d'améliorer la tenue mécanique de la structure antennaire et d'éviter des déformations néfastes à son bon fonctionnement.

Claims

REVENDICATIONS
1) Antenne boucle comportant un premier élément rayonnant (110 ; 301 ; 302) et un plan de masse (100 ; 300) agissant comme plan réflecteur, caractérisée en ce que le premier élément rayonnant comporte des première (101), seconde (102) et troisième parties (103) dans le prolongement les unes des autres de telle sorte que :
- la première partie est substantiellement sous forme d'une plaque parallèle au plan de masse ;
- la seconde partie, accolée à la première partie et inclinée vers le plan de masse selon un premier angle obtus (A) entre ladite première partie et ladite seconde partie, est substantiellement sous forme d'une plaque ;
- la troisième partie, accolée à la première partie à l'opposé de la seconde partie et inclinée vers le plan de masse selon un second angle obtus (B) entre ladite première partie et ladite troisième partie, est substantiellement sous forme d'une plaque ;
et en ce que le premier élément rayonnant comporte en outre une quatrième partie (104), sous forme d'une lame s'étendant entre la troisième partie et le plan de masse, réalisant un court-circuit entre ladite troisième partie et ledit plan de masse, et en ce que l'antenne boucle est destinée à être alimentée via une extrémité de ladite seconde partie opposée à ladite première partie.
2) Antenne boucle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite seconde partie comporte des indentations successives de telle sorte que, plus lesdits bords de la seconde partie s'écartent de la première partie, plus ils se rapprochent l'un de l'autre.
3) Antenne boucle selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémité de la seconde partie opposée à la première partie présente un pli avec le reste de ladite seconde partie, de telle sorte que l'extrémité pliée de la seconde partie soit substantiellement perpendiculaire au plan de masse, en regard d'une ouverture (120) pratiquée dans le plan de masse.
4) Antenne boucle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'extrémité de la seconde partie opposée à la première partie est connectée à un circuit d'adaptation d'impédance (150). 5) Antenne boucle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'antenne boucle comprend un second élément rayonnant (302) identique au premier élément rayonnant (301), placé sur le plan de masse (300) à 180° du premier élément rayonnant par rapport à un axe de rotation perpendiculaire au plan de masse de telle sorte que lesdites troisièmes parties des premier et second éléments rayonnants se fassent face et que lesdits premier et second éléments rayonnants soient substantiellement alignés., et en ce que l'antenne boucle est en outre destinée à être alimentée en opposition de phase via une extrémité de ladite seconde partie du second élément rayonnant opposée à ladite première partie.
6) Antenne boucle selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'antenne boucle comporte un équipement combineur/diviseur (350) destiné à alimenter en opposition de phase lesdits premier et second éléments rayonnants. 7) Antenne boucle selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant et/ou le plan de masse est en tissu à base de fibres de carbone.
8) Antenne boucle selon la revendication 7, caractérisée en ce que, pour assurer une connexion électrique, chaque élément en tissu à base de fibres de carbone comporte au moins une zone de contact présentant l'un des éléments du groupe suivant :
- un jacquard de fils métalliques ;
- un clinquant de métal étamé ;
- une surépaisseur de tissu à base de fibres de carbone au niveau de laquelle un taraudage est pratiqué dans l'épaisseur du tissu à base de fibres de carbone afin de permettre d'insérer une tige filetée assurant ladite connexion électrique ;
- une surépaisseur de tissu à base de fibres de carbone au niveau de laquelle un écrou est incorporé afin de permettre d'insérer dans l'épaisseur une tige filetée assurant ladite connexion électrique ; et
- un rivet assurant ladite connexion électrique par pression.
9) Antenne boucle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'au moins un bloc de matériau expansé de caractéristiques diélectriques proches de l'air est inséré de manière ajustée dans le volume qui est défini entre chaque élément rayonnant et le plan de masse.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108604732A (zh) * 2015-11-17 2018-09-28 深谷波股份公司 自接地可表面安装的蝴蝶结天线组件、天线瓣及制造方法
CN112909506A (zh) * 2021-01-16 2021-06-04 深圳市睿德通讯科技有限公司 天线结构及天线阵列

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3040110B1 (fr) 2015-08-14 2018-06-01 Thales Antenne sectorielle large bande multifonctions
CA3006438A1 (fr) * 2015-12-01 2017-06-08 Isolynx, Llc Antenne monopole pliee ulb pour emetteur monte sur le corps et procede de fabrication

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3738513A1 (de) * 1987-11-13 1989-06-01 Dornier System Gmbh Mikrostreifenleiterantenne
US6356242B1 (en) * 2000-01-27 2002-03-12 George Ploussios Crossed bent monopole doublets
US20090303133A1 (en) * 2006-12-15 2009-12-10 Noriyuki Ueki Antenna and communication device having the same
JP2011030196A (ja) * 2009-07-01 2011-02-10 Nec Corp マルチバンドループアンテナ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3738513A1 (de) * 1987-11-13 1989-06-01 Dornier System Gmbh Mikrostreifenleiterantenne
US6356242B1 (en) * 2000-01-27 2002-03-12 George Ploussios Crossed bent monopole doublets
US20090303133A1 (en) * 2006-12-15 2009-12-10 Noriyuki Ueki Antenna and communication device having the same
JP2011030196A (ja) * 2009-07-01 2011-02-10 Nec Corp マルチバンドループアンテナ

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. XU ET AL.: "Frequency-Tunable High-Power Mesoband Microwave Radiator", IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, vol. 39, 2011, pages 652 - 658, XP011334633, DOI: doi:10.1109/TPS.2010.2091273
J.C. DIOT ET AL.: "A novel antenna for transient applications in the frequency band 300 MHz - 3 GHz: the Valentine antenna", IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION, vol. 55, 2007, pages 987 - 990, XP011172628, DOI: doi:10.1109/TAP.2007.891867
P. DELMOTE ET AL.: "UWB-SAR system PULSAR: new generator and antenna developments", SPIE'S 1 IH ANNUAL INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON AEROSPACE/DEFENSE SENSING, SIMULATION AND CONTROLS, USA, vol. 5077, 2003, pages 223 - 234

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108604732A (zh) * 2015-11-17 2018-09-28 深谷波股份公司 自接地可表面安装的蝴蝶结天线组件、天线瓣及制造方法
CN112909506A (zh) * 2021-01-16 2021-06-04 深圳市睿德通讯科技有限公司 天线结构及天线阵列

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