FR3068178A1 - BANDWIDTH MINIATURE ANTENNA EXTENDED - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une antenne (1) à bande-passante élargie comprenant : - une antenne primaire (10) ; - au moins un résonateur principal (11a) en couplage électromagnétique avec ladite antenne primaire. L'antenne à bande-passante élargie comporte au moins un résonateur secondaire (11b) en couplage électromagnétique avec l'antenne primaire (10) et l'au moins un résonateur principal (11a). Les résonateurs comportent chacun au moins une fréquence de résonance proche d'une fréquence de fonctionnement de ladite antenne à bande-passante élargie. L'invention permet de diminuer l'encombrement d'une antenne tout en assurant une bande-passante de largeur relative pouvant aller jusqu'aux environs de 10%.The invention relates to an antenna (1) with an enlarged bandwidth comprising: - a primary antenna (10); at least one main resonator (11a) in electromagnetic coupling with said primary antenna. The broadband antenna has at least one secondary resonator (11b) electromagnetically coupled to the primary antenna (10) and the at least one main resonator (11a). The resonators each comprise at least one resonant frequency close to an operating frequency of said broadband antenna. The invention makes it possible to reduce the size of an antenna while ensuring a bandwidth of relative width that can go up to about 10%.
Description
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
L’invention appartient au domaine des antennes.The invention belongs to the field of antennas.
Plus particulièrement, l’invention appartient au domaine des antennes miniatures à bande-passante élargie.More particularly, the invention belongs to the field of miniature antennas with increased bandwidth.
ETAT DE L’ARTSTATE OF THE ART
Les antennes très hautes fréquences et ultra hautes fréquences 10 classiquement utilisées en aéronautique ou en automobile sont généralement des monopoles quart d’onde dont la longueur peut varier du centimètre (de l’ordre de 5 centimètres pour une antenne à 1GHz) à des dizaines de centimètres (de l’ordre de 60cm pour une antenne à 120MHz). De telles antennes sont génératrices de traînée et sont d’autant plus vulnérables mécaniquement que leurs dimensions sont importantes.The very high frequency and ultra high frequency antennas 10 conventionally used in aeronautics or in automobile are generally quarter wave monopolies the length of which can vary from the centimeter (of the order of 5 centimeters for an antenna at 1 GHz) to tens of centimeters (around 60cm for a 120MHz antenna). Such antennas generate drag and are all the more mechanically vulnerable as their dimensions are large.
La miniaturisation des antennes permet de limiter la traînée des antennes et de réduire leur vulnérabilité. La demande de brevet américain US 2009/0140946 décrit une solution d’antenne miniature composée d’un monopole imprimé sur une première face d’un substrat diélectrique rectangulaire, sur une seconde face duquel est formé un circuit imprimé.The miniaturization of antennas limits the drag of the antennas and reduces their vulnerability. American patent application US 2009/0140946 describes a miniature antenna solution composed of a monopoly printed on a first face of a rectangular dielectric substrate, on a second face of which a printed circuit is formed.
Un inconvénient de la miniaturisation des antennes est qu’elle se fait au détriment de la bande-passante de l’antenne. A titre d’exemple, la bande passante relative de la solution décrite dans la demande de brevet américain est de l’ordre de 1% à 4% de la fréquence centrale. Dans le cas de forte miniaturisation, c’est-àdire que les dimensions de l’antenne sont inférieures à Ào/10, avec Ào la longueur d’onde de travail, la bande passante peut être inférieure à 1%.A disadvantage of the miniaturization of the antennas is that it is done to the detriment of the bandwidth of the antenna. For example, the relative bandwidth of the solution described in the American patent application is of the order of 1% to 4% of the central frequency. In the case of strong miniaturization, that is to say that the dimensions of the antenna are less than λ o / 10, with λ o the working wavelength, the bandwidth can be less than 1%.
Un problème technique objectif est donc de permettre un élargissement de la bande-passante d’une antenne, afin par exemple de compenser la diminution de bande-passante qu’entraînerait une réduction de la taille de l’antenne.An objective technical problem is therefore to allow a broadening of the bandwidth of an antenna, in order for example to compensate for the reduction in bandwidth that would result from a reduction in the size of the antenna.
EXPOSE DE L’INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
L’invention apporte une solution au problème de l’art antérieur.The invention provides a solution to the problem of the prior art.
L’invention concerne une antenne à bande-passante élargie comprenant : une antenne primaire ;The invention relates to a broadband antenna comprising: a primary antenna;
au moins un résonateur principal en couplage électromagnétique avec ladite antenne primaire ;at least one main resonator in electromagnetic coupling with said primary antenna;
Selon l’invention :According to the invention:
ladite antenne à bande-passante élargie comporte par ailleurs au moins un résonateur secondaire en couplage électromagnétique avec l’antenne primaire et l’au moins un résonateur principal ;said broadband antenna also comprises at least one secondary resonator in electromagnetic coupling with the primary antenna and at least one main resonator;
ledit au moins un résonateur principal et ledit au moins un résonateur secondaire comportent chacun au moins une fréquence de résonance proche d’une fréquence de fonctionnement fo ,associée à une longueur d’onde Ào de fonctionnement, de ladite antenne à bande-passante élargie.said at least one main resonator and said at least one secondary resonator each comprise at least one resonant frequency close to an operating frequency fo, associated with an operating wavelength λ o of said widened bandwidth antenna .
Dans une forme de réalisation, chacune des fréquences de résonance présente un écart relatif avec la fréquence de fonctionnement fo inférieur ou égal à 10%.In one embodiment, each of the resonance frequencies has a relative deviation with the operating frequency fo less than or equal to 10%.
Dans une forme de réalisation, l’au moins un résonateur principal et l’au moins un résonateur secondaire comportent une plaque rectangulaire d’un substrat diélectrique et un monopole à méandres rectangulaires imprimé sur l’une des faces principales dudit substrat diélectrique.In one embodiment, the at least one main resonator and the at least one secondary resonator comprise a rectangular plate of a dielectric substrate and a monopoly with rectangular meanders printed on one of the main faces of said dielectric substrate.
Dans une forme de réalisation, l’antenne primaire est en contact physique avec au moins un de l’au moins un résonateur principal et/ou ledit au moins un résonateur principal est en contact physique avec au moins un de l’au moins un résonateur secondaire.In one embodiment, the primary antenna is in physical contact with at least one of the at least one main resonator and / or said at least one main resonator is in physical contact with at least one of the at least one resonator secondary.
Dans une forme de réalisation, l’antenne primaire est un monopole de longueur inférieure à un quart de la longueur d’onde de fonctionnement Ào.In one embodiment, the primary antenna is a monopoly of length less than a quarter of the operating wavelength λ o .
Dans une forme de réalisation, l’antenne primaire est une antenne exponentielle.In one embodiment, the primary antenna is an exponential antenna.
Dans une forme de réalisation, une épaisseur de ladite antenne à bandepassante élargie est inférieure ou égale à Ào/100.In one embodiment, a thickness of said extended bandepassante antenna is less than or equal to a o / 100.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These are presented only as an indication and in no way limit the invention.
La figure 1A représente une vue isométrique en transparence d’une antenne selon l’invention dans une première forme de réalisation.FIG. 1A represents an isometric view in transparency of an antenna according to the invention in a first embodiment.
La figure 1B représente une vue isométrique éclatée de l’antenne dans la forme de réalisation de la figure 1 A.Figure 1B shows an exploded isometric view of the antenna in the embodiment of Figure 1 A.
La figure 2 représente une forme générique de la piste conductrice d’un circuit imprimé à méandres rectangulaires et ses dimensions caractéristiques.FIG. 2 represents a generic form of the conductive track of a printed circuit with rectangular meanders and its characteristic dimensions.
La figure 3 représente l’évolution d’un coefficient de réflexion Su de l’antenne selon l’invention dans la forme de réalisation de la figure 1A, fonctionnant à une fréquence de 1GHz.FIG. 3 represents the evolution of a reflection coefficient Su of the antenna according to the invention in the embodiment of FIG. 1A, operating at a frequency of 1 GHz.
La figure 4 représente les diagrammes de directivité de l’antenne selon l’invention, dans la forme de réalisation de la figure 1A, dans un plan E, un plan H et un plan horizontal.FIG. 4 represents the directivity diagrams of the antenna according to the invention, in the embodiment of FIG. 1A, in a plane E, a plane H and a horizontal plane.
La figure 5 représente une vue isométrique éclatée de l’antenne selon l’invention dans une seconde forme de réalisation.FIG. 5 represents an exploded isometric view of the antenna according to the invention in a second embodiment.
La figure 6 représente l’évolution du coefficient de réflexion Su de l’antenne selon l’invention dans la forme de réalisation de la figure 5, fonctionnant à une fréquence de 125MHz.FIG. 6 represents the evolution of the reflection coefficient Su of the antenna according to the invention in the embodiment of FIG. 5, operating at a frequency of 125 MHz.
La figure 7 représente les diagrammes de directivité de l’antenne selon l’invention, dans la forme de réalisation de la figure 5, dans un plan E et un plan H.FIG. 7 represents the directivity diagrams of the antenna according to the invention, in the embodiment of FIG. 5, in a plane E and a plane H.
Les figures ne sont pas nécessairement à l’échelle. Les éléments identiques ou assurant la même fonction conservent la même référence d’une figure à l’autre.Figures are not necessarily to scale. Identical elements or elements performing the same function keep the same reference from one figure to another.
DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION
Par souci de clarté de la description, un repère orthogonal (OXYZ) est défini.For clarity of description, an orthogonal coordinate system (OXYZ) is defined.
En référence à ce repère, une direction verticale est définie comme étant la direction portée par l’axe (OZ), le plan (OXY) définissant un plan horizontal. En particulier, une hauteur est définie comme une dimension suivant l’axe (OZ).With reference to this coordinate system, a vertical direction is defined as being the direction carried by the axis (OZ), the plane (OXY) defining a horizontal plane. In particular, a height is defined as a dimension along the axis (OZ).
Par souci de simplification, les vecteurs seront notés en caractère gras dans la description.For simplicity, the vectors will be noted in bold in the description.
En référence aux figures 1A et 1 B, une antenne à bande-passante élargie 1 selon l’invention comporte :With reference to FIGS. 1A and 1B, an antenna with enlarged bandwidth 1 according to the invention comprises:
un monopole primaire 10 ;a primary monopoly 10;
un résonateur primaire 11 a et un résonateur secondaire 11 b.a primary resonator 11 a and a secondary resonator 11 b.
Chacun des deux résonateurs 11a, 11b est composé d’un substrat diélectrique 110a, 110b, par exemple un matériau époxy, ayant une forme d’une plaque rectangulaire et comprenant une face avant, de vecteur normal le vecteur Y et une face arrière, de vecteur normal le vecteur -Y. Un monopole secondaire 111a, 111b à méandres rectangulaires est imprimé sur la face arrière de chacun des deux résonateurs 11a, 11b, lesdits deux monopoles secondaires étant constitués d’un matériau métallique, par exemple du cuivre. Une forme générique d’un tel monopole à méandres rectangulaires, ainsi que des caractéristiques géométriques principales dudit monopole, sont illustrées sur la figure 2, et présente une succession de rubans R de largeur de ruban Lr, distants d’un espacement Esp, et de coudes C présentant une largeur au coude Lc et une hauteur Hc. Le monopole illustré sur la figure 2 présente par ailleurs une hauteur totale Ht et une largeur totale Lt.Each of the two resonators 11a, 11b is composed of a dielectric substrate 110a, 110b, for example an epoxy material, having the shape of a rectangular plate and comprising a front face, of normal vector the vector Y and a rear face, of normal vector the vector -Y. A secondary monopoly 111a, 111b with rectangular meanders is printed on the rear face of each of the two resonators 11a, 11b, said two secondary monopolies being made of a metallic material, for example copper. A generic form of such a monopoly with rectangular meanders, as well as the main geometric characteristics of said monopoly, are illustrated in FIG. 2, and presents a succession of ribbons R of ribbon width Lr, spaced apart by a spacing Esp, and of elbows C having a width at the elbow L c and a height H c . The monopoly illustrated in Figure 2 also has a total height H t and a total width L t .
Les résonateurs 11a, 11b sont en contact physique entre eux, la face diélectrique avant du résonateur secondaire 11 b étant en contact avec la face diélectrique arrière du résonateur primaire 11a, sur laquelle face diélectrique arrière est imprimé le monopole secondaire 111a. Les monopoles secondaires 111a, 111b sont connectés électriquement par le biais d’un plan de masse électrique situé à une base des résonateurs 11a, 11b.The resonators 11a, 11b are in physical contact with each other, the front dielectric face of the secondary resonator 11b being in contact with the rear dielectric face of the primary resonator 11a, on which the rear dielectric face is printed the secondary monopoly 111a. The secondary monopolies 111a, 111b are electrically connected by means of an electrical ground plane located at a base of the resonators 11a, 11b.
Le monopole primaire 10 est constitué d’un brin métallique, par exemple en cuivre, rectangulaire et imprimé sur la face avant du substrat diélectrique 110a du résonateur primaire 11a. Le monopole primaire 10 s’étend depuis une extrémité inférieure du résonateur primaire 11a selon un axe sensiblement vertical, sur une hauteur hm.The primary monopoly 10 consists of a metallic strand, for example of copper, rectangular and printed on the front face of the dielectric substrate 110a of the primary resonator 11a. The primary monopoly 10 extends from a lower end of the primary resonator 11a along a substantially vertical axis, over a height h m .
De par leur position vis-à-vis du monopole primaire 10, les résonateurs 11a, 11b sont fortement couplés audit monopole primaire. Le résonateur primaire 11a étant placé au plus près du monopole primaire 10, il subit le couplage électromagnétique avec ledit monopole primaire le plus important. Le résonateur secondaire 11b étant plus éloigné que ledit résonateur primaire dudit monopole primaire, il subit en conséquence un couplage électromagnétique moindre avec celui-ci.Because of their position with respect to the primary monopoly 10, the resonators 11a, 11b are strongly coupled to said primary monopoly. The primary resonator 11a being placed as close as possible to the primary monopoly 10, it undergoes electromagnetic coupling with said most important primary monopoly. The secondary resonator 11b being more distant than said primary resonator from said primary monopoly, it consequently undergoes less electromagnetic coupling therewith.
Lorsque le monopole primaire 10 est alimenté (par une alimentation non illustrée ici), les résonateurs 11a, 11b sont en couplage électromagnétique avec ledit monopole primaire. Le couplage électromagnétique entre les résonateurs 11a, 11b est renforcé par les contacts entre le monopôle 10 et le résonateur primaire 11 a d’une part et d’autre part entre les résonateurs 11a, 11b.When the primary monopoly 10 is supplied (by a supply not illustrated here), the resonators 11a, 11b are in electromagnetic coupling with said primary monopoly. The electromagnetic coupling between the resonators 11a, 11b is reinforced by the contacts between the monopole 10 and the primary resonator 11a on the one hand and on the other hand between the resonators 11a, 11b.
La figure 3 illustre une évolution en fonction de la fréquence d’un coefficient 5 de réflexion Su de l’antenne à bande-passante élargie 1 ainsi constituée. Dans l’exemple de réalisation pour lequel la mesure a été réalisée, ladite antenne à bande-passante élargie présente les caractéristiques suivantes :FIG. 3 illustrates an evolution as a function of the frequency of a reflection coefficient 5 Su of the broadband antenna 1 thus constituted. In the embodiment for which the measurement was made, said broadband antenna has the following characteristics:
le monopole primaire 10 présente une hauteur de 6mm et une largeur de 1mm ;the primary monopoly 10 has a height of 6mm and a width of 1mm;
- les résonateurs 11a, 11b présentent sensiblement les dimensions suivantes :- the resonators 11a, 11b have substantially the following dimensions:
Le profil d’évolution mesuré 2 fait apparaître deux pics de résonance 21,22, aux fréquences fr,i, fr,2, avec :The measured evolution profile 2 shows two resonance peaks 21,22, at frequencies f r , i, f r , 2, with:
frl = 1.04 GHz fr2 = 1.07 GHzf rl = 1.04 GHz f r2 = 1.07 GHz
Une bande de fréquences Bf,_i0 pour lesquelles le coefficient de réflexion Su est inférieur ou égal à -10dB est :A frequency band Bf, _i 0 for which the reflection coefficient Su is less than or equal to -10dB is:
Bf _10 = [1.03; 1.08] GHzB f _ 10 = [1.03; 1.08] GHz
En conséquence, une bande-passante BP.-ιο à -10dB, définie comme un écart entre une valeur maximale et une valeur minimale de la gamme de fréquences pour lesquelles le coefficient de réflexion Su est inférieur ou égal à10dB est sensiblement égale à :Consequently, a bandwidth BP.-ιο to -10dB, defined as a difference between a maximum value and a minimum value of the frequency range for which the reflection coefficient Su is less than or equal to 10dB is substantially equal to:
BP_10 = 50 MHzBP_ 10 = 50 MHz
Une largeur relative de bande Br,.10 à -10dB, définie comme un rapport entre la bande-passante à -10dB et la fréquence centrale de la bande passante est ici égale à environ 4,8%.A relative band width B r,. 10 at -10dB, defined as a ratio between the bandwidth at -10dB and the center frequency of the bandwidth is here equal to approximately 4.8%.
La figure 4 représente un diagramme de directivité 3 de l’antenne 1, dans la forme de réalisation des figures 1A et 1 B, à 1 GHz :FIG. 4 represents a directivity diagram 3 of the antenna 1, in the embodiment of FIGS. 1A and 1B, at 1 GHz:
un premier profil 30 (représenté par des tirets) représente la directivité de l’antenne 1 dans un plan E ;a first profile 30 (represented by dashes) represents the directivity of the antenna 1 in a plane E;
un second profil 31 (représenté par des pointillés) représente la directivité de l’antenne 1 dans un plan H ;a second profile 31 (represented by dotted lines) represents the directivity of the antenna 1 in a plane H;
un troisième profil 32 (représenté en trait plein continu) représente la directivité de l’antenne 1 dans le plan (OXY).a third profile 32 (shown in solid solid line) represents the directivity of the antenna 1 in the plane (OXY).
Les profils 30, 31,32 observés sont sensiblement ceux d’un monopole quart d’onde.The profiles 30, 31, 32 observed are substantially those of a quarter-wave monopoly.
Ainsi, l’antenne 1 permet d’obtenir des caractéristiques de rayonnement similaires à celles du monopole primaire 10. Dans l’exemple de réalisation des figures 1A et 1B, l’antenne à bande-passante élargie 1 permet de travailler à une fréquence d’environ 1 GHz, avec une bande-passante de 4.8% environ, élargie par rapport à la bande-passante du monopole primaire 10 seul, environ égale à 2%.Thus, the antenna 1 makes it possible to obtain radiation characteristics similar to those of the primary monopoly 10. In the embodiment of FIGS. 1A and 1B, the antenna with enlarged bandwidth 1 makes it possible to work at a frequency d '' approximately 1 GHz, with a bandwidth of approximately 4.8%, enlarged compared to the bandwidth of the primary monopoly 10 alone, approximately equal to 2%.
Pour fonctionner efficacement à 1GHz, un monopole doit être quart d’onde, donc présenter une longueur de 7.5cm. Dans le mode de réalisation décrit cidessus, l’antenne 1 permet de travailler à une fréquence proche de 1 GHz pour un encombrement de 12mm suivant les axes (OX) et (OZ), soit égal à À0/25, où Ào est la longueur d’onde associée à une fréquence de fonctionnement f0, ici 1 GHz. Dans ce mode de réalisation, la hauteur du monopole primaire est de 6mm, soit Ào/5O.To operate effectively at 1 GHz, a monopoly must be quarter wave, therefore have a length of 7.5 cm. In the embodiment described above, the antenna 1 makes it possible to work at a frequency close to 1 GHz for a space requirement of 12mm along the axes (OX) and (OZ), ie equal to A 0/25 , where À o is the wavelength associated with an operating frequency f 0 , here 1 GHz. In this embodiment, the height of the primary monopoly is 6 mm, that is A o / 5O.
Dans l’exemple illustré, une épaisseur ep de l’antenne 1, correspondant sur les figures à un encombrement de ladite antenne selon l’axe (OY), est égale à 0,75mm (l’épaisseur des éléments imprimés étant égale à 0,05mm et celle des substrats à 0,3mm). L’épaisseur de l’antenne 1 est alors égale à À0/400. Une telle épaisseur permet de limiter les phénomènes liés à la propagation des ondes électromagnétiques et favorise les couplages des éléments entre eux.In the example illustrated, a thickness ep of the antenna 1, corresponding in the figures to a space requirement of said antenna along the axis (OY), is equal to 0.75 mm (the thickness of the printed elements being equal to 0 , 05mm and that of the substrates at 0.3mm). The thickness of the antenna 1 is equal to a 0/400. Such a thickness makes it possible to limit the phenomena linked to the propagation of electromagnetic waves and promotes the coupling of the elements together.
II convient de noter que les fréquences de résonance fr,i, fr,2 sont ajustables par variation d’une ou plusieurs caractéristiques géométriques du monopôle 10 et/ou des résonateurs 11a, 11b. Elles peuvent par exemple être ajustées par augmentation ou diminution de la hauteur hm du monopôle 10, de la largeur au coude Lc des monopoles à méandres rectangulaires 111a, 111b, de la hauteur H desdits monopoles, etc. Préférentiellement, ces fréquence de résonance seront adaptées de sorte qu’elles soient comprises dans un intervalle de fréquences :It should be noted that the resonance frequencies f r , i, f r , 2 are adjustable by variation of one or more geometric characteristics of the monopole 10 and / or of the resonators 11a, 11b. They can for example be adjusted by increasing or decreasing the height h m of the monopole 10, the width at the elbow L c of the monopoles with rectangular meanders 111a, 111b, the height H of said monopolies, etc. Preferably, these resonance frequencies will be adapted so that they are included in a frequency interval:
[/o-O.l/o;/ô + O-l/o][/o-O.l/o;/ô + O-l / o]
Où f0 désigne une fréquence de fonctionnement souhaitée, c’est-à-dire qu’un écart relatif entre la fréquence de fonctionnement souhaitée f0 et les fréquences de résonance fri, fr2 est inférieur à 10%.Where f 0 denotes a desired operating frequency, that is to say that a relative difference between the desired operating frequency f 0 and the resonance frequencies f r i, f r 2 is less than 10%.
Dans l’exemple décrit précédemment, la fréquence de fonctionnement souhaitée est de 1 GHz, et les fréquences de résonance fri, fr2 sont comprises dans l’intervalle [0.9 ;1.1] GHz.In the example described above, the desired operating frequency is 1 GHz, and the resonance frequencies f r i, f r 2 are in the range [0.9; 1.1] GHz.
Dans une forme préférée de réalisation, l’écart relatif entre la fréquence de fonction souhaitée fo et chacune des fréquences de résonance fri, fr2 est inférieur à 5%.In a preferred embodiment, the relative difference between the desired function frequency fo and each of the resonance frequencies f r i, f r 2 is less than 5%.
Cette condition sur les fréquences de résonance favorise l’obtention d’une antenne à large bande-passante grâce à un chevauchement des bande-passantes des deux résonateurs 11a, 11b.This condition on the resonant frequencies favors the obtaining of a broadband antenna thanks to an overlap of the bandwidths of the two resonators 11a, 11b.
Avantageusement, l’épaisseur ep de l’antenne 1 est inférieure Ào/100 afin de limiter les phénomènes liés à la propagation des ondes électromagnétiques et de favoriser les couplages des éléments entre eux.Advantageously, the thickness ep of the antenna 1 is less than o / 100 in order to limit the phenomena linked to the propagation of the electromagnetic waves and to favor the couplings of the elements between them.
Le nombre de résonateurs n’est pas limité à deux, et les caractéristiques de rayonnement de l’antenne 1 peuvent être ajustées par ajout de résonateurs ou par modification des caractéristiques du monopole 10. Dans tous les cas, les résonateurs sont disposés de sorte que les faces présentant les monopoles à méandres rectangulaires ne sont pas en contact entre elles, lesdits monopoles étant électriquement reliés par les bases des résonateurs. De la même manière, l’antenne primaire 10 est séparée des monopoles à méandres rectangulaires par une couche de diélectrique.The number of resonators is not limited to two, and the radiation characteristics of the antenna 1 can be adjusted by adding resonators or by modifying the characteristics of the monopoly 10. In all cases, the resonators are arranged so that the faces having the rectangular meander monopolies are not in contact with each other, said monopolies being electrically connected by the bases of the resonators. In the same way, the primary antenna 10 is separated from the monopoles with rectangular meanders by a layer of dielectric.
En référence à la forme de réalisation illustrée sur la figure 5, une antenne 1 selon l’invention comprend :With reference to the embodiment illustrated in FIG. 5, an antenna 1 according to the invention comprises:
une antenne primaire 10 ;a primary antenna 10;
deux résonateurs primaires 11 a-1, 11 a-2 ;two primary resonators 11 a-1, 11 a-2;
deux résonateurs secondaires 11 b-1, 11 b-2.two secondary resonators 11 b-1, 11 b-2.
Chacun des résonateurs 11 a-1, 11 a-2, 11 b-1, 11 b-2 est composé d’un substrat diélectrique 110a-1, 110a-2, 110b-1, 110b-2 et d’un monopôle secondaire 111 a-1, 111 a-2, 111 b-1, 111 b-2 à méandres rectangulaires.Each of the resonators 11 a-1, 11 a-2, 11 b-1, 11 b-2 is composed of a dielectric substrate 110a-1, 110a-2, 110b-1, 110b-2 and a secondary monopole 111 a-1, 111 a-2, 111 b-1, 111 b-2 with rectangular meanders.
L’antenne primaire 10 est une antenne exponentielle, dont une face arrière est juxtaposée à une face avant d’un premier résonateur primaire 11 a-1 et une face avant est juxtaposée à une face arrière d’un second résonateur primaire 11a2. Une face avant d’un premier résonateur secondaire 11 b-1 est juxtaposée à une face arrière du premier résonateur primaire 11 a-1, et une face arrière d’un second résonateur secondaire 11 b-2 est juxtaposée à une face avant du second résonateur primaire 11 a-2. L’antenne primaire 10 est donc en contact physique direct avec les résonateurs primaires 11 a-1, 11a-2, et les résonateurs sont en contact physique direct entre eux.The primary antenna 10 is an exponential antenna, a rear face of which is juxtaposed with a front face of a first primary resonator 11 a-1 and a front face of which is juxtaposed with a rear face of a second primary resonator 11a2. A front face of a first secondary resonator 11 b-1 is juxtaposed to a rear face of the first primary resonator 11 a-1, and a rear face of a second secondary resonator 11 b-2 is juxtaposed to a front face of the second primary resonator 11 a-2. The primary antenna 10 is therefore in direct physical contact with the primary resonators 11 a-1, 11a-2, and the resonators are in direct physical contact with one another.
Lorsque l’antenne primaire 10 est alimentée par une alimentation 4, les résonateurs 11 a-1, 11 a-2, 11 b-1, 11 b-2 sont en couplage électromagnétique entre eux et avec ladite antenne primaire. Le couplage électromagnétique entre les résonateurs 11 a-1, 11 a-2, 11 b-1,11 b-2 est renforcé par les contacts directs physiques qui existent d’une part entre l’antenne primaire 10 et les résonateurs primaires 11 a-1, 11 a-2 et d’autre part entre lesdits résonateurs primaires et les résonateurs secondaires 11 b-1, 11 b-2.When the primary antenna 10 is supplied by a power supply 4, the resonators 11 a-1, 11 a-2, 11 b-1, 11 b-2 are in electromagnetic coupling therebetween and with said primary antenna. The electromagnetic coupling between the resonators 11 a-1, 11 a-2, 11 b-1.11 b-2 is reinforced by the direct physical contacts which exist on the one hand between the primary antenna 10 and the primary resonators 11 a -1, 11 a-2 and on the other hand between said primary resonators and the secondary resonators 11 b-1, 11 b-2.
La fréquence de fonctionnement souhaitée fo dans le cas décrit ici est 125 MHz.The desired operating frequency fo in the case described here is 125 MHz.
La figure 6 illustre la mesure de l’évolution en fonction de la fréquence du coefficient de réflexion Su de l’antenne 1 ainsi constituée. Le profil 5 observé révèle deux pics de résonance principaux 50, 51, aux fréquences fr,3, fr,4 et deux pics de résonance secondaires 52, 53 aux fréquences fr,s, fr>6, avec :FIG. 6 illustrates the measurement of the evolution as a function of the frequency of the reflection coefficient Su of the antenna 1 thus formed. Profile 5 observed reveals two main resonance peaks 50, 51, at frequencies f r , 3, f r , 4 and two secondary resonance peaks 52, 53 at frequencies f r , s, f r> 6, with:
/r,3 = 121 MHz frA = 127 MHz fr5 = 133.5 MHz fri6 = 140.5 MHz/ r , 3 = 121 MHz f rA = 127 MHz f r5 = 133.5 MHz f ri6 = 140.5 MHz
Lesdits pics de résonance principaux et secondaires étant imputables respectivement aux couplages entre résonateurs principaux et secondaires placés de part et d’autre de l’antenne primaire 10.Said main and secondary resonance peaks being attributable respectively to the couplings between main and secondary resonators placed on either side of the primary antenna 10.
La bande-passante BP.-ιο à -1 OdB, est sensiblement égale à 11 MHz.The bandwidth BP.-ιο at -1 OdB, is substantially equal to 11 MHz.
La fréquence de travail est de 125 MHz et la largeur relative de bande Br,.10 est égale à 8.8%.The working frequency is 125 MHz and the relative bandwidth B r,. 10 is 8.8%.
De même que dans l’exemple de réalisation précédemment décrit, les caractéristiques géométriques des résonateurs et/ou de l’antenne primaire 10 peuvent être ajustées pour modifier les fréquences de résonance, et ainsi augmenter ou diminuer la bande-passante de l’antenne 1.As in the embodiment previously described, the geometric characteristics of the resonators and / or of the primary antenna 10 can be adjusted to modify the resonance frequencies, and thus increase or decrease the bandwidth of the antenna 1 .
La figure 7 illustre un diagramme de directivité 6 de l’antenne 1, dans la forme de réalisation de la figure 5, à 125MHz :FIG. 7 illustrates a directivity diagram 6 of the antenna 1, in the embodiment of FIG. 5, at 125 MHz:
un premier profil 60 représente la directivité de l’antenne 1 dans un plan E ;a first profile 60 represents the directivity of the antenna 1 in a plane E;
un second profil 61 représente la directivité de l’antenne 1 dans un plan H.a second profile 61 represents the directivity of the antenna 1 in a plane H.
Les profils 60,61 observés sont sensiblement ceux d’une antenne monopole quart d’onde.The profiles 60.61 observed are substantially those of a quarter-wave monopole antenna.
Ainsi, l’antenne 1 permet d’obtenir des caractéristiques de rayonnement similaires à celles d’une antenne monopole quart d’onde. Dans l’exemple de réalisation de la figure 5, l’antenne 1 permet de travailler à une fréquence d’environ 125 MHz, avec une bande-passante élargie plus grande que dans le cas d’un monopole miniature sans résonateur.Thus, the antenna 1 makes it possible to obtain radiation characteristics similar to those of a quarter-wave monopole antenna. In the exemplary embodiment of FIG. 5, the antenna 1 makes it possible to work at a frequency of approximately 125 MHz, with a wider bandwidth greater than in the case of a miniature monopoly without resonator.
L’antenne à bande-passante élargie selon l’invention permet donc d’augmenter la bande-passante d’une antenne de référence (« antenne primaire »), par adjonction de résonateurs.The broadband antenna according to the invention therefore makes it possible to increase the bandwidth of a reference antenna ("primary antenna"), by adding resonators.
Les résonateurs font apparaître des fréquences de résonance, suffisamment proches les unes des autres et d’une fréquence de travail souhaitée, pour permettre un élargissement de la bande de fréquences utilisables en fonctionnement de l’antenne.The resonators show resonant frequencies, sufficiently close to each other and to a desired working frequency, to allow a widening of the frequency band usable in operation of the antenna.
II est ainsi possible d’obtenir des bandes-passantes de l’ordre de 10%, tout en limitant l’encombrement.It is thus possible to obtain bandwidths of the order of 10%, while limiting the size.
II convient de noter que l’antenne primaire 10 n’est pas nécessairement un monopole quart d’onde ou une antenne exponentielle et que d’autres types d’antennes sont envisageables. De la même manière, les résonateurs ne sont pas limités aux formes décrites ici. Par exemple, le circuit imprimé n’est pas nécessairement un circuit imprimé à méandres rectangulaires mais peut avoir une autre forme. Dans tous les cas ce résonateur doit se comporter comme un circuit LC avec une partie inductive et une partie capacitive.It should be noted that the primary antenna 10 is not necessarily a quarter-wave monopoly or an exponential antenna and that other types of antenna are possible. Likewise, resonators are not limited to the shapes described here. For example, the printed circuit is not necessarily a rectangular meandered circuit but can have another shape. In all cases this resonator must behave like an LC circuit with an inductive part and a capacitive part.
Un bénéfice de l’invention est qu’elle permet de substituer à une première antenne monopole quart d’onde présentant un encombrement jugé trop important une seconde antenne à hauteur réduite, dont la bande-passante peut être élargie pour obtenir une bande-passante équivalente à la bande-passante de la première antenne.A benefit of the invention is that it makes it possible to substitute for a first quarter-wave monopoly antenna having a space considered too large a second antenna at reduced height, whose bandwidth can be widened to obtain an equivalent bandwidth to the bandwidth of the first antenna.
Claims (7)
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Citations (3)
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| US20050280588A1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-22 | Kazuhiko Fujikawa | Antenna |
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2017
- 2017-06-21 FR FR1755649A patent/FR3068178B1/en active Active
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