WO2018073522A1 - Dispositif antenne - Google Patents

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WO2018073522A1
WO2018073522A1 PCT/FR2017/052839 FR2017052839W WO2018073522A1 WO 2018073522 A1 WO2018073522 A1 WO 2018073522A1 FR 2017052839 W FR2017052839 W FR 2017052839W WO 2018073522 A1 WO2018073522 A1 WO 2018073522A1
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WO
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antenna device
antennas
antenna
ellipse
strand
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/052839
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English (en)
Inventor
Christophe Jaming
Michel Sieben
Original Assignee
MAURICE, Claude
MICHAUX, Benoît
TOUSSAINT, Madeleine
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Publication date
Application filed by MAURICE, Claude, MICHAUX, Benoît, TOUSSAINT, Madeleine filed Critical MAURICE, Claude
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/29—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • 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
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device intended to equip radiofrequency transmission / reception boxes, in particular in the frequency domains of the UHF bands, used in wireless data transmission networks, for example in the context of mobile telephony.
  • These frequencies are suitable for the transport of data of all kinds, including of course the voice but more particularly the more weighty data such as texts, images and videos in particular accessible via local and general networks of the internet type.
  • the transceiver devices comprise modems, nowadays customary for modulator-demodulator devices that transform the analog signals picked up by the antennas into digital data that can be used by a downstream processing system, or that convert the digital data into an output. of these multi-purpose processing systems in analog signals ready to be transmitted by the antennas.
  • connection to cellular networks in a given territory obviously depends mainly on the existence of transmission / retransmission devices, and secondarily on their density (number) and location (location), these parameters having particular impact on the final reception quality of the signals.
  • This quality depends, of course, also on the nature of the data (weight) and finally on the relative positioning of the transmitters and the users equipped with their terminals (telephones). cell phones, tablets or computers, GSM / UMTS operators boxes, WIFI retransmission devices, etc.).
  • relay antennas scattered over a territory and used by said operators, they each belong to a cell that is a well-defined geographical area, particularly in relation to the ranges of the transmitters and the information capabilities to convey.
  • the cells are unsurprisingly larger in the countryside as opposed to the urban grid. This looser grid means that it can remain, generally far from cities, geographical areas that are not properly covered by mobile networks, and cause difficulties in access especially when the data carry a certain weight. In the worst case, today there are still areas with very little broadcast coverage, which are referred to as "gray areas" or "gray areas”.
  • the current reflection to convey more and better data is however not complete if it stops at the normative and institutional aspect and the ensuing technical mesh via the cells.
  • the reflection is largely unfinished if it is limited to considering what results directly or indirectly from a state or parastatal policy that comes "from above", that is to say possibly from political will and also technical capabilities at the show stage. It must be accompanied by reflection at the other end of the technical chain, at the reception level.
  • the purpose is in particular to aim at optimizing the components that participate in the reception, for example at the mobile terminals or not. In short, the idea is to improve the receiver systems in order to mitigate as much as possible the shortcomings noted during the broadcast.
  • the present invention proposes an innovative antenna device which considerably improves the performance of the antenna on reception, conveying analog signals to the modem arranged downstream of the antenna. restoring cellular data with a much higher amplitude and quality than existing antennas.
  • the antenna device of the invention conventionally connected to the chassis of a modem of a radio-frequency transceiver, is such that it comprises at least two planar antennas oriented substantially perpendicular to one another and whose ground planes are connected, said antennas each comprising on a first face of a first portion of a dielectric substrate a first conductive surface forming antenna and connected by a strand to a connection connection to coaxial cable type signal transmission means, and on the second side and in a second part of the substrate a second ground plane conductive surface on the back of the strand.
  • the device of the invention operates in practice in a manner that is both omnidirectional, which is the preferential mode , and default directive. When this does not work in omnidirectional mode, some optimization can nevertheless be done by staggering in directive mode.
  • the first surface is of elliptical shape, this shape making it possible to make the antenna device of the invention work in a naturally optimal manner in the two desired positions, perpendicular to each other, with characteristics of equivalent reception.
  • the dimension along the major axis of the ellipse is between 1.5 and 2.5 times the dimension along the minor axis, constituting a relative dimensioning adapted to said optimization for capturing signals in both dimensions.
  • the strand connecting the active antenna to the connecting cable is oriented parallel to the major axis of the ellipse, preferably coaxial with said axis, or perpendicular to the major axis.
  • the strand passes through the second part of the substrate, on the opposite side to the ground plane, that is to say in a neutral place, which does not emit because of the existence of the mass at this level. Only the first elliptical conductive surface, calibrated for the wavelengths provided in the cellular data transmission-reception applications, is active in this respect.
  • the second conductive surface in the second part of the insulating substrate may be rectangular, or even square, a practical form for implementing the superimposition of the masses, if any. More precisely still, the sides of the second rectangular surface are parallel or perpendicular to the axes of the ellipse, which contributes to optimizing the superposition of the ground planes when the planar antennas are arranged perpendicularly to one another.
  • said first and second conductive surfaces have no overlap but are close or tangent in projection on a surface parallel to the mean plane of the insulating substrate, although localized on both sides opposite of the substrate. More precisely, they develop well on two different faces and therefore can not touch each other, but if they are projected on a plane parallel to the planar antenna, they are close to each other or tangentially in contact with each other. or almost tangential.
  • the two planar antennas are identical, so that the scanning in the two orientations can be done in a completely equivalent manner, for frequencies themselves identical or quasi-identical.
  • the two antennas are oriented, for example during their attachment to the frame, so that their planes of masses are superimposed without contact. They are therefore connected by contact with the chassis, without touching each other so as not to modify the mass surface and its relationship with the strand.
  • the thickness of the mass is however increased by this particular configuration, contributing to improve the overall efficiency of the ground plane, which plays a key role because the currents flowing in the antennas produce currents induced in the ground planes, creating a their turn of the fields which are added to those which are created by the currents of antenna.
  • the resulting field eventually approaches the one created by a dipole, giving the set a corresponding antenna performance.
  • conductive metallic planes such as those used as ground planes in the invention.
  • the two perpendicular planar antennas may be arranged on a same dielectric substrate having a single ground plane, the dimensions of their first surfaces, that is to say the actual antennas, and their strands, being substantially identical.
  • Such a solution therefore involves only one ground plane that is shared between the two antennas.
  • the antennas can be fixed on at least one device for their rotation relative to the frame. This can for example be achieved in a conventional manner with brooms, coals etc. sliding on a collector secured to the antenna. It is then easy to optimize the reception by modifying their respective calibration.
  • the planar antennas have the following characteristics:
  • the impedance is linked to that of the link cable, and the bandwidth depends on the application, in this case it is the range of UHF frequencies and the L and S bands used for the transmission of cellular mobile data. .
  • the dimensions of the antenna have the following characteristics:
  • dimension of the sides of the second rectangular surface perpendicular to the major axis of the ellipse between 50 mm and 60 mm.
  • the antenna device of the invention then operates, in connection with the modem, in a conventional manner with the sending by the modem of a brief signal to the relay antennas of the operators who are located nearby, to access the communication network .
  • a gateway is then established between them, based on an IP communication protocol, a MAC physical address and a GSM number.
  • the antenna device of the invention allows an operational efficiency incommensurate with the devices that exist to date.
  • FIG. 1 represents a perspective view of one of the antennas constituting the antenna device of the invention, seen from the antenna side;
  • FIG. 2 is a perspective view of the same antenna, seen from the ground plane side;
  • each planar antenna consists of a first conductive surface of elliptical shape (1) disposed on a first portion or portion (2) of an insulating substrate (5).
  • the conductive surface (1) can simply be a layer of copper of the chosen shape, placed on an insulating plate (5), for example an insulating resin, the manufacture of the antenna then obeying the well-known techniques for manufacturing printed circuits, in this case a double-sided printed circuit.
  • the strand (3) of the antenna develops axially in the extension of the major axis of the ellipse towards and, for most if not all of its extension, in a second portion (4) of the substrate (5) on the back of which extends the second conductive surface or ground plane (10) of said antenna (see Figure 2).
  • the strand (3) is soldered in (6) to a coaxial cable (7) which is connected to a modem processing the signal inputs / outputs respectively from / and to the antenna.
  • Coaxial cables typically have an impedance of 50 Ohm at which the impedance of the antenna must be tuned.
  • the core of the coaxial cable is welded to the strand (3), while the twisted braid surrounding said core is welded to the ground plane (10).
  • the first elliptical surface (1) of the antenna has a length (along the major axis) of about 92 mm, while the width ( along the minor axis) is the order of 45 mm.
  • the strand (3) extends about 56 mm and has a width of about 4 mm.
  • the two figures show that the ground plane (10) and the first elliptical surface (1) of the antenna do not have an overlap area, so that the antenna does not emit at the strand (3) " covered 'by the ground plane (10).
  • the antenna device of the invention preferably operates with two antennas for example identical to that shown in Figures 1 and 2 arranged perpendicularly to one another. It should be noted that the second portion (4) of the substrate (5) receiving on one side the major part of the strand (3) and on the other the ground plane
  • (10) is such that its shape is not only rectangular but square, allowing a very complete overlap and superposition when two antennas of this type are associated perpendicularly and in close proximity to one another in the frame of the modem.
  • the two antennas are arranged perpendicularly on the same substrate (5), in this case a single printed circuit (PCB) provided on a first face with two interconnected elliptical surfaces (1, 1 '). to strands (3, 3 ') which "pass through" a ground plane (10) which is on the second face of the PCB.
  • PCB printed circuit
  • strands (3, 3 ') which "pass through” a ground plane (10) which is on the second face of the PCB.
  • the antennas (1, 1 ') and the strands (3, 3') are of the same surface or of similar surfaces.
  • the first part (2) of the PCB is the one that sees the first conductive surfaces forming the elliptical antennas (1, 1 '), while the second part (4) of this substrate in the form of PCB comprises a side the strands (3, 3 ') and the other the second conductive surface forming the single ground plane (10).
  • the shape and the dimensions given allow a good electrical compatibility of the antenna to the connection of transmission between it and the modem, in particular preserving a correct standing wave ratio (TOS).
  • TOS standing wave ratio
  • the two antennas forming the antenna device of the invention are considered independently of one another, in particular also because they are each connected to the modem frame by a connection (by plug or cable) which is specific to it: in reality, their proximity allowing the superposition of the ground planes, connected via said frame, allows a combined operation of the two antennas in particular because of interactions of the electric fields generated by the different parts of the two antennas.
  • the combination of antennas which results in omnidirectional operation by allowing a much larger scanning field by capturing the signals in two directions, also increases the spectrum of possible operations since, as already mentioned, a directional operating mode is also possible, if the gain of the combined configuration is insufficient.
  • the optimization can then also be performed by setting the directional antenna by any means, including motorized and automated means via a collector and brushes.

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif antenne relié au châssis d'un modem d'un émetteur-récepteur radiofréquences. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux antennes planaires orientées sensiblement perpendiculairement l'une à l'autre et dont les plans de masse sont reliés, lesdites antennes comportant chacune sur une première face d'une première partie (2) d'un substrat diélectrique (5) une première surface conductrice (1) formant antenne et reliée par un brin (3) à une connexion (6) de raccordement à des moyens de transmission du signal de type câble coaxial (7) et sur la seconde face et dans une seconde partie (4) du substrat (5) une seconde surface conductrice formant plan de masse située au dos du brin (3).

Description

Dispositif antenne
La présente invention a trait à un dispositif antenne prévu pour équiper des boîtiers d'émission/réception d'ondes radiofréquences notamment dans les domaines de fréquences des bandes UHF, utilisées dans des réseaux de transmission de données sans fil, par exemple dans le cadre de la téléphonie mobile. Ces fréquences sont adaptées au transport de données de tous ordres, y compris bien entendu la voix mais plus particulièrement les données de poids plus conséquent comme les textes, images et vidéos notamment accessibles via les réseaux locaux et généraux de type internet.
Les dispositifs émetteurs récepteurs comportent à cet égard des modems, dénomination à présent usuelle pour les dispositifs modulateurs-démodulateurs qui transforment les signaux analogiques captés par les antennes en données numériques exploitables par un système de traitement en aval, ou qui convertissent les données numériques en sortie de ces systèmes de traitement à vocation multiple en signaux analogiques prêts à être émis par les antennes.
Plus spécifiquement, la connexion à des réseaux cellulaires sur un territoire donné dépend évidemment principalement de l'existence de dispositifs d'émission/retransmission, puis secondairement de leur densité (nombre) et implantation (emplacement), ces paramètres ayant notamment une incidence sur la qualité de réception finale des signaux. Cette qualité dépend bien entendu aussi et in fine de la nature des données (poids) et enfin du positionnement relatif des émetteurs et des utilisateurs munis de leurs terminaux (téléphones cellulaires, tablettes ou ordinateurs, box d'opérateurs GSM/UMTS, dispositifs de retransmission WIFI etc.).
Ainsi, en prenant l'exemple des antennes relais disséminées sur un territoire, et qu'utilisent lesdits opérateurs, elles appartiennent chacune à une cellule qui est une zone géographique bien délimitée notamment en relation avec les portées des émetteurs et les capacités d'informations à véhiculer. Les cellules sont, sans surprise, de dimensions supérieures dans les campagnes par opposition au maillage urbain. Ce maillage plus lâche a pour conséquence qu'il peut demeurer, en général loin des villes, des zones géographiques qui ne sont pas correctement couvertes par les réseaux mobiles, et suscitent des difficultés d'accès notamment dès que les données pèsent un certain poids. Dans le pire des cas, il continue d'exister de nos jours des régions très peu couvertes par la diffusion, qui sont désignées sous le terme « zone grises » ou « zones d'ombre ».
L'évolution va dans le sens d'une augmentation constante des services de radiodiffusion et d'un accroissement continuel du débit, permettant certes de véhiculer plus de données pour le plus grand nombre, mais qui s'avère concomitamment technologiquement bien plus exigeant pour ce qui concerne tous les maillons technologiques de la chaîne, au niveau de l'émission comme de la réception. En d'autres termes, les données mobiles connaissent une croissance rapide, qui est sensiblement parallèle au nombre de personnes qui consomment les contenus qui leurs sont associés, impliquant un effort technologique constant pour maintenir l'équation en l'état. La course à 1 ' internet mobile en est une parfaite illustration. Or la bande UHF, déjà mise en œuvre de manière plus aboutie sur d'autres continents, est une gamme de fréquences adaptée qui est dès lors déjà couramment utilisée, et qui est au surplus pressentie pour l'extension du haut débit mobile, notamment parce qu'elle permet une qualité de réception des informations qui correspond aux attentes actuelles. Il est donc question d'augmenter la bande des fréquences traditionnellement allouées aux données cellulaires.
La réflexion en cours pour véhiculer plus et mieux les données n'est cependant pas complète si elle s'arrête à l'aspect normatif et institutionnel et au maillage technique qui s'ensuit via les cellules. En d'autres termes, la réflexion est largement inaboutie si elle se borne à envisager ce qui résulte directement ou indirectement d'une politique étatique ou para étatique qui vient « d'en haut », c'est-à-dire éventuellement d'une volonté politique et également des capacités techniques au stade de l'émission. Elle doit être menée de pair avec une réflexion à l'autre bout de la chaîne technique, au niveau de la réception. Le but est notamment de viser à optimiser les composants qui participent à la réception, par exemple au niveau des terminaux, mobiles ou non. L'idée est en un mot d'améliorer les systèmes récepteurs dans le but de pallier autant que possible les insuffisances constatées lors de l'émission.
A cet égard, la présente invention propose un dispositif antenne innovant qui améliore considérablement les performances de l'antenne à la réception, acheminant au modem disposé en aval de l'antenne des signaux analogiques restituant les données cellulaires avec une amplitude et une qualité bien supérieures aux antennes existantes.
A cet effet, et cela génère secondairement bien d'autres avantages techniques qui apparaîtront dans la suite de cette description, le dispositif antenne de l'invention, classiquement relié au châssis d'un modem d'un émetteur- récepteur radiofréquences , est tel qu'il comporte au moins deux antennes planaires orientées sensiblement perpendiculairement l'une à l'autre et dont les plans de masse sont reliés, lesdites antennes comportant chacune sur une première face d'une première partie d'un substrat diélectrique une première surface conductrice formant antenne et reliée par un brin à une connexion de raccordement à des moyens de transmission du signal de type câble coaxial, et sur la seconde face et dans une seconde partie du substrat une seconde surface conductrice formant plan de masse située au dos du brin.
La double orientation des antennes permet de capter les signaux dans des directions perpendiculaires, ce qui a pour effet d'élargir considérablement le champ de balayage : le dispositif de l'invention fonctionne en pratique de manière à la fois omnidirectionnelle , qui est le mode préférentiel, et directive par défaut. Lorsque cela ne fonctionne pas en mode omnidirectionnel , une certaine optimisation peut néanmoins être effectuée par calage en mode directif.
Selon une configuration préférentielle, la première surface est d'allure elliptique, cette forme permettant de faire travailler de manière naturellement optimale le dispositif antenne de l'invention dans les deux positions souhaitées, perpendiculaire l'une à l'autre, avec des caractéristiques de réception équivalentes. En pratique, la dimension selon le grand axe de l'ellipse est comprise entre 1,5 et 2,5 fois la dimension selon le petit axe, constituant un dimensionnement relatif adapté à ladite optimisation pour le captage des signaux dans les deux dimensions.
Dans la configuration de l'invention, le brin reliant l'antenne active au câble de liaison est orienté parallèlement au grand axe de l'ellipse, de préférence coaxial audit axe, ou perpendiculairement au grand axe. Le brin traverse la seconde partie du substrat, du côté opposé au plan de masse, c'est-à-dire en un endroit neutre, qui n'émet pas du fait de l'existence de la masse à ce niveau. Seule la première surface conductrice elliptique, calibrée pour les longueurs d'ondes prévues dans les applications d'émission-réception de données cellulaires, est active à cet égard.
Selon une possibilité, la seconde surface conductrice dans la seconde partie du substrat isolant peut être rectangulaire, voire carrée, une forme pratique pour mettre en œuvre la superposition des masses, s'il y a lieu. Plus précisément encore, les côtés de la seconde surface rectangulaires sont parallèles ou perpendiculaires aux axes de l'ellipse, ce qui contribue à optimiser la superposition des plans de masse lorsque les antennes planaires sont disposées perpendiculairement l'une à l'autre.
Selon une configuration possible, pour chaque antenne planaire de l'invention, lesdites première et seconde surfaces conductrices ne présentent pas de recouvrement mais sont voisines ou tangentes en projection sur une surface parallèle au plan moyen du substrat isolant, bien que localisées sur les deux faces opposées du substrat. Plus précisément, elles se développent bien sur deux faces différentes et ne peuvent donc pas se toucher, mais si on les projette sur un plan parallèle à l'antenne planaire, elles sont voisines ou au contact l'une de l'autre de manière tangentielle ou quasi tangentielle.
De préférence, selon l'invention, les deux antennes planaires sont identiques, de sorte que le balayage dans les deux orientations puisse se faire de manière totalement équivalente, pour des fréquences elles-mêmes identiques ou quasi-identiques.
Lorsque l'invention présente un couple d'antennes disposées perpendiculairement l'une à l'autre, les deux antennes sont orientées, par exemple lors de leur fixation au châssis, de sorte que leurs plans de masses se superposent sans contact. Ils sont dès lors reliés par contact avec le châssis, sans se toucher pour ne pas modifier la surface de masse et sa relation avec le brin. L'épaisseur de la masse est cependant augmentée par cette configuration particulière, contribuant à améliorer l'efficacité globale du plan de masse, lequel joue un rôle essentiel car les courants circulant dans les antennes produisent des courants induits dans les plans de masse, créant à leur tour des champs qui s'ajoutent à ceux qui sont créés par les courants d'antenne. Le champ résultant finit par s'approcher de celui qui est créé par un dipôle, conférant à l'ensemble un rendement d'antenne correspondant. D'où l'importance des plans métalliques conducteurs tels que ceux qui sont utilisés comme plans de masse dans l'invention.
Selon une configuration alternative, les deux antennes planaires perpendiculaires peuvent être disposées sur un même substrat diélectrique comportant un unique plan de masse, les dimensions de leurs premières surfaces, c'est-à- dire des antennes proprement dites, et de leurs brins, étant sensiblement identiques. Une telle solution n'implique donc qu'un seul plan de masse qui est partagé entre les deux antennes.
Selon une autre variante encore, les antennes peuvent être fixées sur au moins un dispositif permettant leur rotation relativement au châssis. Cela peut par exemple être réalisé de manière classique avec des balais, charbons etc. glissant sur un collecteur solidaire de l'antenne. Il est alors aisé d'optimiser la réception en modifiant leur calage respectif.
De préférence, selon l'invention et pour les applications envisagées, les antennes planaires présentent les caractéristiques suivantes :
- impédance d'entrée : 50 ohms
- puissance maximale d'entrée : 30 W
- bande passante comprise entre : 600 MHz et 2700 MHz - rendement : 5dBi.
L'impédance est liée à celle du câble de liaison, et la bande passante dépend de l'application, en l'occurrence il s'agit de la gamme des fréquences UHF et des bandes L et S utilisées pour la transmission des données mobiles cellulaires.
De manière avantageuse, dans ces conditions et pour ces applications, les dimensions de l'antenne présentent les caractéristiques suivantes :
- grand axe de la première surface elliptique : entre 90 mm à 100 mm
- petit axe de l'ellipse : entre 45 mm à 50 mm - largeur du brin : entre 3 mm à 5 mm
- longueur du brin : entre 50 mm à 60 mm
- dimension des côtés de la seconde surface rectangulaire parallèles au grand axe de l'ellipse : entre 50 mm à 60 mm
- dimension des côtés de la seconde surface rectangulaire perpendiculaires au grand axe de l'ellipse : entre 50 mm à 60 mm.
Le dispositif antenne de l'invention fonctionne alors, en lien avec le modem, de manière classique avec l'envoi par le modem d'un bref signal à destination des antennes relais des opérateurs qui sont situées aux alentours, pour accéder au réseau de communication.
Une passerelle s'établit alors entre eux, basée sur un protocole de communication IP, une adresse physique MAC et un numéro GSM. En cas d'atténuation du signal, le dispositif d'antenne de l'invention permet une efficacité opérationnelle sans commune mesure avec les dispositifs qui existent à ce jour.
L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles :
- la figure 1 représente une vue en perspective d'une des antennes constituant le dispositif antenne de l'invention, vue du côté antenne ;
- la figure 2 est une vue en perspective de la même antenne, vue du côté plan de masse ; et
- la figure 3 montre une vue d'une antenne double selon l'invention, dans la version dans laquelle les deux antennes planaires perpendiculaires sont disposées sur un même substrat diélectrique. En référence à la figure 1, la partie active de chaque antenne planaire est constituée d'une première surface conductrice d'allure elliptique (1) disposée sur une première partie ou portion (2) d'un substrat isolant (5). La surface conductrice (1) peut simplement être une couche de cuivre de la forme choisie, placée sur une plaque isolante (5) par exemple en résine isolante, la fabrication de l'antenne obéissant alors aux techniques bien connues de fabrication des circuits imprimés, en l'occurrence un circuit imprimé double face.
Le brin (3) de l'antenne se développe axialement dans le prolongement du grand axe de l'ellipse en direction et, pour la plus grande partie sinon la totalité de son extension, dans une seconde partie (4) du substrat (5), au dos de laquelle s'étend la seconde surface conductrice ou plan de masse (10) de ladite antenne (voir en figure 2). A son extrémité distale de la surface elliptique (1) de l'antenne, le brin (3) est soudé en (6) à un câble (7) coaxial qui est connecté à un modem traitant les entrées/sorties de signaux respectivement en provenance / et à destination de l'antenne. Les câbles coaxiaux présentent classiquement une impédance de 50 Ohm à laquelle l'impédance de l'antenne doit être accordée. L'âme du câble coaxial est soudée au brin (3), alors que la tresse torsadée entourant ladite âme est soudée au plan de masse (10).
Dans la configuration montrée en figure 1 (qui n'est pas à l'échelle), la première surface elliptique (1) de l'antenne a une longueur (suivant le grand axe) d'environ 92 mm, alors que la largeur (suivant le petit axe) est de l'ordre de 45 mm. Le brin (3) s'étend sur environ 56 mm et présente une largeur de l'ordre de 4 mm.
Les dimensions du plan de masse (10) relativement à la seconde partie (4) du substrat isolant (5) apparaissent principalement en figure 2 (et sont représentées à titre informatif par un trait transversal en figure 1).
Il est en particulier visible, en figure 1, que le brin
(3) présente une longueur telle qu'il « traverse » la totalité de la surface du plan de masse, sur la face opposée, le point de soudure (6) étant au voisinage immédiat de la bordure dudit plan de masse (10) distale de la surface elliptique (1) de l'antenne.
Les deux figures montrent que le plan de masse (10) et la première surface elliptique (1) de l'antenne n'ont pas de zone de recouvrement, afin que l'antenne n'émette pas au niveau du brin (3) « couvert » par le plan de masse (10).
Le dispositif d'antenne de l'invention fonctionne de préférence avec deux antennes par exemple identiques à celle qui est représentée aux figures 1 et 2 disposées perpendiculairement l'une à l'autre. Il est à noter que la seconde partie (4) du substrat (5) recevant d'un côté la majeure partie du brin (3) et de l'autre le plan de masse
(10) est telle que sa forme est non seulement rectangulaire mais carrée, permettant un recouvrement et une superposition très complets lorsque deux antennes de ce type sont associées perpendiculairement et à proximité immédiate l'une à l'autre dans le châssis du modem.
Dans la version de la figure 3, les deux antennes sont disposées perpendiculairement sur un même substrat (5), en l'occurrence un unique circuit imprimé (PCB) doté sur une première face de deux surfaces elliptiques (1, l') reliées à des brins (3, 3') qui « traversent » un plan de masse (10) qui est sur la seconde face du PCB. On retrouve bien l'idée de perpendicularité des deux antennes, à savoir les deux surfaces conductrices (1, l') et l'accès à deux brins (3, 3'), en l'occurrence parallèles, sur un même côté du substrat isolant (5). Les antennes (1, l') et les brins (3, 3') sont de même surface ou de surfaces approchantes. Les caractéristiques mentionnées ci-dessus sur le soudage d'un câble et/ou l'existence d'un connecteur sont toujours vraies et mises en œuvre exactement dans les mêmes conditions. En particulier, la première partie (2) du PCB est bien celle qui voit les premières surfaces conductrices formant les antennes elliptiques (1, l'), alors que la seconde partie (4) de ce substrat sous forme de PCB comprend d'un côté les brins (3, 3') et de l'autre la seconde surface conductrice formant l'unique plan de masse (10).
La forme et les dimensions données permettent une bonne compatibilité électrique de l'antenne à la connectique de transmission entre elle et le modem, préservant notamment un taux d'ondes stationnaires (TOS) correct. Du point de vue des calculs de compatibilité d'impédance, on peut penser que les deux antennes formant le dispositif d'antenne de l'invention sont envisagées indépendamment l'une de l'autre, notamment également parce qu'elles sont reliées chacune au châssis du modem par une connexion (par fiche ou câble) qui lui est propre : en réalité, leur proximité permettant la superposition des plans de masse, connectés via ledit châssis, permet un fonctionnement combiné des deux antennes notamment du fait des interactions des champs électriques générés par les différentes parties des deux antennes.
L'association des antennes, qui aboutit à un fonctionnement omnidirectionnel en permettant un champ de balayage bien plus important par captage des signaux dans deux directions, augmente aussi le spectre des fonctionnements possibles puisque, comme déjà mentionné, un mode opératoire directionnel est aussi possible, si le gain de la configuration combinée est insuffisant. L'optimisation peut alors aussi être effectuée par calage de l'antenne directive par tout moyen, y compris des moyens motorisés et automatisés via un collecteur et des balais.
De manière générale, si les formes décrites en référence aux exemples illustrés conduisent à d'excellents résultats qui en font des formes préférentielles, elles ne sont pas limitatives de l'invention, les structures, matériaux et formes de l'antenne, du plan et masse etc. pouvant changer tout en restant dans le cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif antenne relié au châssis d'un modem d'un émetteur-récepteur radiofréquences , caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux antennes planaires orientées sensiblement perpendiculairement l'une à l'autre et dont les plans de masse sont reliés, lesdites antennes comportant chacune sur une première face d'une première partie (2) d'un substrat diélectrique (5) une première surface conductrice (1, l')) formant antenne et reliée par un brin (3, 3') à une connexion (6) de raccordement à des moyens de transmission du signal de type câble coaxial (7) et sur la seconde face et dans une seconde partie (4) du substrat (5) une seconde surface conductrice (10) formant plan de masse située au dos du brin (3, 3 ' ) .
2. Dispositif antenne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première surface (1, l') est d'allure elliptique.
3. Dispositif antenne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la dimension selon le grand axe de l'ellipse est comprise entre 1,5 et 2,5 fois la dimension selon le petit axe.
4. Dispositif antenne selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le brin (3) est orienté parallèlement au grand axe de l'ellipse, de préférence coaxial audit axe, ou perpendiculairement (3') au grand axe.
5. Dispositif antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde surface conductrice (10) dans la seconde partie (4) du substrat isolant (5) est rectangulaire, voire carrée.
6. Dispositif antenne selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les côtés de la seconde surface (10) rectangulaires sont parallèles ou perpendiculaires aux axes de l'ellipse.
7. Dispositif antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites première et seconde surfaces (1, l', 10) conductrices ne présentent pas de recouvrement mais sont voisines ou tangentes en projection sur une surface parallèle au plan moyen du substrat isolant (5).
8. Dispositif antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux antennes sont orientées de sorte que leurs plans de masses (10) se superposent sans contact.
9. Dispositif antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux antennes planaires sont identiques.
10. Dispositif antenne selon l'une des revendications
1 à 7 , caractérisé en ce que les deux antennes planaires perpendiculaires sont disposées sur un même substrat diélectrique (5) comportant un unique plan de masse (10), les dimensions de leurs premières surfaces (1, l') et de leurs brins (3, 3') étant sensiblement identiques.
11. Dispositif antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux antennes sont orientées respectivement l'une verticalement et l'autre horizontalement .
12. Dispositif antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux antennes sont fixées sur au moins un dispositif permettant leur rotation relativement au châssis.
13. Dispositif antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les antennes planaires présentent les caractéristiques suivantes :
- impédance d'entrée : 50 ohms
- puissance maximale d'entrée : 30 W - bande passante comprise entre : 600 MHz et 2700 MHz
- rendement : 5dBi
14. Dispositif antenne selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que les dimensions de l'antenne présentent les caractéristiques suivantes :
- grand axe de la première surface elliptique : compris entre 90 mm à 100 mm
- petit axe de l'ellipse : compris entre 45 mm à 50 mm
- largeur du brin : comprise entre 3 mm à 5 mm
- longueur du brin : comprise entre 50 mm à 60 mm
- dimension des côtés de la seconde surface rectangulaire parallèles au grand axe de l'ellipse : comprise entre 50 mm à 60 mm
- dimension des côtés de la seconde surface rectangulaire perpendiculaires au grand axe de l'ellipse : comprise entre 50 mm à 60 mm.
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