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WO2010142780A1 - Antenne multibande a polarisation croisee - Google Patents

Antenne multibande a polarisation croisee Download PDF

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Publication number
WO2010142780A1
WO2010142780A1 PCT/EP2010/058219 EP2010058219W WO2010142780A1 WO 2010142780 A1 WO2010142780 A1 WO 2010142780A1 EP 2010058219 W EP2010058219 W EP 2010058219W WO 2010142780 A1 WO2010142780 A1 WO 2010142780A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiating
dipoles
plane
radiating plane
pair
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/058219
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Harel
Patrick Lecam
Jérôme Plet
Aurélien Hilary
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Lucent SAS
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 Alcatel Lucent SAS filed Critical Alcatel Lucent SAS
Priority to US13/376,555 priority Critical patent/US8994603B2/en
Priority to BRPI1012948-0A priority patent/BRPI1012948B1/pt
Priority to JP2012514479A priority patent/JP2012529827A/ja
Priority to CN201080025880.8A priority patent/CN102804492B/zh
Priority to EP10743057.1A priority patent/EP2441117B1/fr
Publication of WO2010142780A1 publication Critical patent/WO2010142780A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • 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
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/42—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more imbricated arrays
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device
    • H01Q5/47—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device with a coaxial arrangement of the feeds
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    • 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
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines

Definitions

  • the present invention relates to a radiating element, such as those present in particular in multi-band telecommunication antennas. These are in particular multi-band antennas, so-called panel antennas, intended more particularly for cell phone applications.
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • UMTS Universal Mobile Telephone Service
  • Operators of telecommunication networks must therefore have a network of antennas transmitting according to the various frequency bands used. For this, some operators set up complementary networks of antennas, each of these networks operating according to a telecommunication system. Thus, operators use a GSM antenna network and a DCS antenna network while they install a UMTS antenna network. However, as part of the deployment of their network, operators have difficulty getting permission to install new antennas. Current sites are already very crowded in terms of their visual impact. In addition, the proliferation of antenna networks entails increasing costs for operators - purchases of antennas, site rentals, facilities - as well as a deterioration of the environment.
  • two-band or tri-band antennas are known in which the radiating elements assigned to each frequency are aligned either in parallel along a longitudinal periodic structure, or for example staggered, so as to ensure a radioelectric environment similar to all items radiating corresponding to the same frequency.
  • These configurations lead to a significant increase in the width of the antenna, which degrades the radiation performance, at least for the highest frequency.
  • a strabismus effect of the azimuthal pattern is caused by the asymmetry in the azimuth plane of the alignment of the radiating elements at high frequency.
  • a dual polarization radiating element is formed of two independent dipoles each comprising two collinear conducting arms of a given polarization, positive or negative, for transmitting / receiving radiofrequency signals.
  • the length of each arm is substantially equal to one quarter of the wavelength of the working signal.
  • the radiating elements are mounted longitudinally aligned above a reflector, which makes it possible, by reflection of the rear radiation of the dipoles, to refine the directivity of the radiation pattern of the assembly thus formed.
  • Each dipole of a radiating element is connected by a power line to an external source of energy. These radiating elements are dedicated to remission / reception of a single frequency.
  • Radiating elements comprising four substantially triangular conducting arms which are orthogonally arranged with respect to one another in a horizontal plane, called cross-linked dipolar assemblies (or "cross-bow ties").
  • radiating elements known as "butterfly" (or
  • Butterfly formed of four conducting arms bent axially V and arranged orthogonally with respect to each other.
  • Printed elements are also known, also called “patch” elements, comprising four conducting arms drawn by a conductive layer deposited on a dielectric substrate.
  • the present invention therefore aims to provide a radiating element for a multi-band antenna that reduces its bulk.
  • the object of the present invention is a multi-band antenna radiating element comprising a first pair of crossed double polarization dipoles each comprising two collinear conducting arms, the four conducting arms defining a first radiating plane corresponding to a low frequency band.
  • the element radiating circuit further comprises at least a second pair of cross-polarized dipoles each comprising two collinear conducting arms, the four conducting arms defining a second radiating plane corresponding to a band of higher frequency.
  • the first radiating plane and the second radiating plane are parallel, the second radiating plane being placed above the first radiating plane from which it is electrically isolated, and the surface of the first radiating plane covering the conducting arms of the first pair of dipoles is greater than on the surface of the second radiating plane covering the conducting arms of the second pair of dipoles.
  • the lower radiating plane of lower frequency, is designed so as to provide sufficient surface area for the higher radiating plane, of higher frequency, so that it can be likened to a ground plane vis-à-vis the upper radiating plane. This is obtained with a surface covered by the dipoles of the lower radiating plane as large as possible.
  • the first radiating plane is defined by a pair of printed dipoles and the second radiating plane is defined by a pair of dipoles chosen from cross dipoles, dipole dipoles and printed dipoles.
  • the first radiating plane is defined by a pair of cross dipoles and the second radiating plane is defined by a pair of dipoles chosen from dipoles in cross of the dipole dipoles and printed dipoles.
  • the cross dipoles comprise triangular arms.
  • the cross dipoles comprise square-shaped arms.
  • the cross dipoles comprise arms consisting of a volume fractal pattern.
  • the cross dipoles comprise arms consisting of separate strands.
  • the strands are separated by a distance less than or equal to ⁇ HF / 10 where ⁇ HF is the wavelength of the RF high frequency signal.
  • the radiating element comprises three radiating planes superimposed in parallel: a first lower radiating plane, a second plane intermediate radiating plate placed above the first radiating plane from which it is electrically isolated, and a third upper radiating plane placed above the second radiating plane from which it is electrically isolated.
  • the invention also relates to a multi-band telecommunications antenna comprising radiating elements as described above.
  • the present invention has the advantage of reducing the width of the antenna, so its surface, which reduces its manufacturing cost and gives it a lower wind.
  • the characteristics of the antenna comprising elements according to the invention are better than in the configurations of the prior art for two reasons.
  • the radiating elements of a frequency band will be less disturbed by the radiating elements of the other frequency bands, because these become "invisible" to them because of the position of the dipoles one above the other.
  • all the dipoles have a symmetrical environment.
  • FIG. 1 represents a radiating element according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a multi-band antenna comprising radiating elements similar to those of FIG. 1,
  • FIG. 3 represents a radiating element according to a second embodiment
  • FIG. 4 represents a radiating element according to a third embodiment
  • FIG. 5 represents a radiating element according to a fourth embodiment
  • FIG. 6 represents a radiating element according to a fifth embodiment
  • FIG. 7 represents a radiating element according to a sixth embodiment
  • FIG. 8 shows a radiating element according to a seventh embodiment.
  • a radiating element 1 comprising a lower radiating plane 2 defined by a first pair of cross dipoles composed of a first dipole 3 and a second double polarization dipole 4 crosswise length substantially equal to 1 / 2 ⁇ BF , where ⁇ BF is the wavelength of the low frequency RF signal, and arranged orthogonally relative to each other so as to have orthogonal polarizations at ⁇ 45 °.
  • the first dipole 3 comprises a first conductive arm 5 and a second conductive arm 6 collinear negative polarization (- 45 °), each of length substantially equal to 1 / 4 ⁇ F - each conducting arm 5, 6 is substantially triangular shape.
  • the arms could just as easily adopt another form, square for example.
  • the first 5 and second 6 conductive arms are arranged in the extension of one another in a horizontal plane so as to approach one of their top without coming into contact.
  • the second dipole 4 comprises a first conducting arm 7 and a second collinear conducting arm 8 with positive polarization (+ 45 °).
  • Each conducting arm 7, 8 is of substantially triangular shape.
  • the first 7 and second 8 conducting arms are arranged in the extension of one another in a horizontal plane so as to approach by one of their top without coming into contact.
  • the dipoles 3, 4 in cross are carried by a foot 9.
  • the four conducting arms 5, 6, 7, 8 are each supported by a rod 10 fixed on a base plate 11 common, forming the foot 9.
  • Each dipole 3, 4 is respectively provided with a balanced supply to generate a linear polarization.
  • the radiating element 1 also comprises an upper radiating plane 13, for example similar to the lower radiating plane 2, defined by a second pair of cross dipoles composed of a first dipole 14 and a second double polarization dipole 15 of length substantially equal to M2X HF , where ⁇ ⁇ is the wavelength of the high frequency RF signal, and arranged orthogonally relative to each other so as to present Orthogonal polarizations at ⁇ 45 °.
  • the dipole 14 comprises a first conductive arm 16 and a second collinear conducting arm 17 with negative polarization (-45 °) and the dipole 15 comprises a first conductive arm 18 and a second collinear conducting arm 19 with positive polarization (+ 45 °).
  • the arms 16, 17, 18, 19 are of substantially triangular shape and arranged in the extension of one another in a horizontal plane.
  • the dipoles 14, 15 cross are carried by a foot 20, each arm 16, 17, 18, 19 being carried by a rod 21 fixed on a base plate 22 common, forming the foot 20.
  • Each dipole 14, 15 is provided respectively a balanced feed to generate a linear polarization.
  • the lower plane 2 is mounted on a reflector 24 plane, serving ground plane ("ground plane” in English), through its base plate 11.
  • the upper radiating plane 13 is placed above the lower plane 2, of which it is electrically insulated, for example by a layer of dielectric material 23, and there it is fixed by means of its base plate 20.
  • the negative-polarized (-45 °) conducting arms 5, 6, 16, 17 are superposed, and the positive-biased conducting arms 7, 8, 18, 19 are also superposed ( + 45 °) are superimposed.
  • the conducting arms 5, 6, 7, 8 of the dipoles 3, 4 of the lower plane 2 have a metal surface sufficiently developed to serve as an RF energy reflector for the upper plane 13.
  • FIG. 2 illustrates an advantageous embodiment of a telecommunication antenna 30 comprising radiating elements 31 mounted on a reflector 32.
  • the radiating element 31 comprises an upper radiating plane 33 dedicated to the UMTS frequency band and a lower radiating plane 34 dedicated to the GSM frequency band.
  • the antenna 30 may further comprise elements comprising a radiating plane 35, similar to the upper radiating plane 33, dedicated to the UMTS frequency band, which are interposed between the radiating elements 31.
  • the radiating planes 35 and 33 must either be located physically at the same height be electrically compensated by adding a cable so as to generate a plane wavefront.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a radiating element 40 comprising a base 41 surmounted by a radiating plane 42.
  • the lower radiating plane 42 is defined by a first pair of cross dipoles composed of two dipoles 43 and 44 to double cross polarization.
  • the negative-polarized dipole 43 (-45 °) comprises a first conducting arm 45 and a second conducting arm 46
  • the positive-polarization dipole 44 (+ 45 °) comprises a first conducting arm 47 and a second conducting arm 48.
  • upper radiating plane 49 defined by a second pair of printed dipoles or metal double-polarization, called "patch" type, overcomes the lower radiating plane 42 from which it is electrically isolated.
  • the conducting arms 45, 46, 47, 48 are each carried by a rod 50 fixed to a base plate 51.
  • Each dipole 43, 44 is thus provided with a balanced supply, respectively, to generate a linear polarization.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a radiating element according to the invention.
  • the radiating element 60 comprises a foot 61 carrying a lower radiating plane 62 defined by a first pair of crossed double polarization dipoles composed of a first dipole 63 and a second dipole 64 arranged in a cross each having two arms 65, 66 and 67 , 68 respectively.
  • Each arm 65, 66, 67, 68 is formed of separated strands having a length substantially equal to 1 / 4 ⁇ BF , where ⁇ BF is the wavelength of the low frequency RF signal
  • the strands are separated by a distance less than or equal to ⁇ HF / 10, where ⁇ HF is the length of wave of the RF high frequency signal.
  • An upper radiating plane 69 is superimposed on the lower radiating plane 62 from which it is electrically isolated.
  • the upper radiating plane 69 is defined by a second pair of crossed double polarization dipoles comprising, carried by a foot 70, a first dipole 71 and a second dipole 72 arranged in a cross, each having two arms 73, 74 and 75, 76 respectively. substantially triangular shape and arranged in the extension of one another in a horizontal plane. It is likewise possible to produce radiating elements comprising a number of different radiating planes, for example a lower radiating plane, an intermediate radiating plane and a superimposed radiating upper plane.
  • the lower radiating plane must have vis-à-vis the intermediate plane the same characteristics as those already described vis-à-vis the upper radiating plane.
  • the intermediate radiating plane must have vis-à-vis the upper radiating plane the same characteristics as those already described for the lower radiating plane.
  • the radiating element 80 shown in FIG. 5 is a fourth embodiment of a radiating element according to the invention.
  • the radiating element 80 comprises a lower radiating plane 81 defined by a first pair of dipoles, which is a printed circuit forming dipoles 82 and 83 each respectively having two arms 84, 85 and 86, 87 fed by a conducting line 88.
  • radiating plane 89 defined by a second pair of crossed double polarization dipoles is superimposed on the lower radiating plane 81 from which it is electrically insulated.
  • the upper radiating plane 89 comprises two crossed dipoles carried by a foot, similar to the upper radiating plane 69 of FIG. 4 and already described.
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment of a radiating element according to the invention.
  • the radiating element 90 comprises a lower radiating plane 91 defined by a first pair of dipoles, which is a printed circuit forming dipoles 92 and 93 cross similar to the radiating plane 81 of Figure 5 already described.
  • a radiating plane 94 defined by a second pair of cross dipoles is superimposed on the lower radiating plane 91 from which it is electrically insulated.
  • the upper radiating plane 94 comprises two orthogonally disposed "butterfly" type dipoles 95, 96 carried by a foot 97. Each dipole 95, 96 is formed of two conducting arms bent axially in V.
  • FIG. 7 shows a seventh embodiment of a radiating element according to the invention.
  • the radiating element 100 comprises a lower radiating plane 101, defined by a first pair of dipoles, which is a printed circuit forming dipoles 102 and 103 in a cross similar to the lower plane 81 of FIG. 5 and already described.
  • An upper radiating plane 104 is superposed on the lower radiating plane 101 from which it is electrically insulated.
  • the upper radiating plane 104 is a printed circuit forming dipoles 105 and 106 in cross.
  • a radiating element 110 comprising a lower radiating plane 111, an intermediate radiating plane 112 and an upper radiating plane 113 superimposed as shown in FIG. 8.
  • the lower radiating plane 111 must present with respect to the radiating element 110.
  • intermediate plane 112 the same characteristics as those previously described vis-à-vis the upper radiating plane 113.
  • the intermediate radiating plane 112 must have vis-à-vis the upper radiating plane 113 the same characteristics as those already described for the plan lower radiating 111.
  • the lower radiating plane 111 defined by a first pair of dipoles, is a printed circuit forming dipoles 114 and 115 cross similar to the lower plane 81 of Figure 5 and already described.
  • An intermediate radiating plane 112 defined by a second pair of dipoles is superimposed on the lower radiating plane 111 from which it is electrically insulated.
  • the intermediate radiating plane 112 is also a printed circuit forming dipoles 116 and 117 arranged in a cross.
  • An upper radiating plane 113 defined by a third pair of dipoles, is superimposed on the intermediate radiating plane 112 from which it is electrically insulated.
  • the upper radiating plane 113 is also a printed circuit forming dipoles 118 and 119 in cross.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

La présente invention a pour objet un élément rayonnant d'antenne multi-bande comportant une première paire de dipôles à polarisation croisée comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires, les quatre bras conducteurs définissant un premier plan rayonnant correspondant à une bande de basse fréquence. L'élément rayonnant comporte en outre au moins une deuxième paire de dipôles à polarisation croisée comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires, les quatre bras conducteurs définissant un deuxième plan rayonnant correspondant à une bande de plus haute fréquence. Le premier plan rayonnant et le deuxième plan rayonnant sont parallèles, le deuxième plan rayonnant étant placé au-dessus du premier plan rayonnant dont il est électriquement isolé, et la surface du premier plan rayonnant recouvrant les bras conducteurs de la première paire de dipôles est supérieure à la surface du deuxième plan rayonnant recouvrant les bras conducteurs de la deuxième paire de dipôles. Le premier plan rayonnant peut être défini par une première paire de dipôles en croix à double polarisation ou un dipôle de type circuit imprimé,et le deuxième plan rayonnant peut être défini par une deuxième paire de dipôles choisis parmi les dipôles en croix, les dipôles"papillon" et les dipôles de type circuit imprimé.

Description

ANTENNE MULTIBANDE A POLARISATION CROISEE
La présente invention se rapporte à un élément rayonnant, tel que ceux présent notamment dans les antennes multi-bandes de télécommunication. Il s'agit en particulier d'antennes multi-bandes, dites antennes panneau, destinées plus particulièrement aux applications à la téléphonie cellulaire.
La téléphonie cellulaire utilise diverses bandes de fréquences correspondant aux différents systèmes de télécommunication connus. Plusieurs systèmes de télécommunication sont actuellement utilisés simultanément, comme par exemple le "Global System for Mobile communications" GSM (870-960 MHz) ou le "Universal Mobile Téléphone Service" UMTS (1710-2170 MHz).
Dès lors, les opérateurs des réseaux de télécommunication doivent se pourvoir d'un réseau d'antennes effectuant des transmissions suivant les diverses bandes de fréquences utilisées. Pour cela, certains opérateurs mettent en place des réseaux complémentaires d'antennes, chacun de ces réseaux fonctionnant suivant un système de télécommunication. Ainsi, des opérateurs utilisent un réseau d'antennes GSM et un réseau d'antennes DCS tandis qu'ils installent un réseau d'antennes UMTS. Cependant, dans le cadre du déploiement de leur réseau, les opérateurs obtiennent difficilement l'autorisation d'installer de nouvelles antennes. Les sites actuels sont déjà très encombrés au niveau de leur impact visuel. Par ailleurs la multiplication des réseaux d'antennes entraîne des coûts croissants pour les opérateurs - achats d'antennes, locations d'emplacements, installations - ainsi qu'une dégradation de l'environnement.
Pour toutes ces raisons, les opérateurs évitent d'augmenter le nombre d'antennes déjà installées. Une solution pour régler ce problème est l'utilisation d'antennes multi-bandes résultant de la combinaison, à l'intérieur d'un unique châssis d'antenne, d'éléments rayonnants appartenant respectivement à plusieurs systèmes de télécommunication. Ces antennes intègrent dans un volume réduit plusieurs antennes mono-bandes en conservant la même qualité de service.
On connaît par exemple des antennes bi-bande ou tri-bande dans lesquels les éléments rayonnants affectés à chaque fréquence sont alignés soit parallèlement selon une structure périodique longitudinale, soit par exemple intercalés en quinconce, de manière à assurer un environnement radioélectrique similaire à tous les éléments rayonnants correspondants à une même fréquence. Ces configurations conduisent à une augmentation sensible de la largeur de l'antenne, ce qui dégrade les performances en rayonnement, au moins pour la fréquence la plus élevée. Pour les deux types de configuration, un effet de strabisme du diagramme azimutal est causé par la dissymétrie dans le plan azimutal de l'alignement des éléments rayonnant à haute fréquence. On observe également une forte dégradation de la polarisation croisée dans la section angulaire ±60° en raison de cette dissymétrie.
Un élément rayonnant à double polarisation est formé de deux dipôles indépendants comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires d'une polarisation donnée, positive ou négative, pour émettre/recevoir des signaux radiofréquence. La longueur de chaque bras est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde du signal de travail. Les éléments rayonnants sont montés alignés longitudinalement au-dessus d'un réflecteur, ce qui permet, par réflexion du rayonnement arrière des dipôles, d'affiner la directivité du diagramme de rayonnement de l'ensemble ainsi formé. Chaque dipôle d'un élément rayonnant est relié par une ligne d'alimentation à une source extérieure d'énergie. Ces éléments rayonnants sont dédiés à rémission/réception d'une seule fréquence.
On connaît des éléments rayonnants comportant quatre bras conducteurs sensiblement triangulaires qui sont disposés orthogonalement les uns par rapport aux autres dans un plan horizontal, appelés ensembles dipolaires en croix (ou « cross bow tie » en anglais).
On connaît aussi notamment des éléments rayonnants dits « papillon » (ou
« butterfly » en anglais) formés de quatre bras conducteurs plies axialement en V et disposés orthogonalement les uns par rapport aux autres. On connaît encore des éléments imprimés, aussi appelée éléments "patch", comprenant quatre bras conducteurs dessinés par une couche conductrice déposée sur un substrat diélectrique.
La présente invention a donc pour but de proposer un élément rayonnant pour une antenne multi-bande qui permette de réduire son encombrement.
L'objet de la présente invention est un élément rayonnant d'antenne multi-bande comportant une première paire de dipôles à double polarisation croisée comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires, les quatre bras conducteurs définissant un premier plan rayonnant correspondant à une bande de basse fréquence. L'élément rayonnant comporte en outre au moins une deuxième paire de dipôles à polarisation croisée comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires, les quatre bras conducteurs définissant un deuxième plan rayonnant correspondant à une bande de plus haute fréquence. Le premier plan rayonnant et le deuxième plan rayonnant sont parallèles, le deuxième plan rayonnant étant placé au-dessus du premier plan rayonnant dont il est électriquement isolé, et la surface du premier plan rayonnant recouvrant les bras conducteurs de la première paire de dipôles est supérieure à la surface du deuxième plan rayonnant recouvrant les bras conducteurs de la deuxième paire de dipôles.
II s'agit de superposer parallèlement deux plans rayonnant séparés, isolés électriquement l'un de l'autre. Le plan rayonnant inférieur, de plus basse fréquence, est conçu de manière à offrir une surface suffisante pour le plan rayonnant supérieur, de plus haute fréquence, de telle sorte qu'il puisse être assimilé à un plan de masse vis-à-vis du plan rayonnant supérieur. Ceci est obtenu avec une surface recouverte par les dipôles du plan rayonnant inférieur la plus grande possible.
Selon un premier mode de réalisation, le premier plan rayonnant est défini par une paire de dipôles imprimés et le deuxième plan rayonnant est défini par une paire de dipôles choisis parmi des dipôles en croix, des dipôles papillon et des dipôles imprimés.
Selon un deuxième mode de réalisation, le premier plan rayonnant est défini par une paire de dipôles en croix et le deuxième plan rayonnant est défini par une paire de dipôles choisis parmi des dipôles en croix des dipôles papillon et des dipôles imprimé.
Selon une première forme d'exécution, les dipôles en croix comportent des bras dé forme triangulaire.
Selon une deuxième forme d'exécution, les dipôles en croix comportent des bras de forme carrée.
Selon une troisième forme d'exécution, les dipôles en croix comportent des bras constitués d'un motif fractal volumique.
Selon une quatrième forme d'exécution, lequel les dipôles en croix comportent des bras constitués de brins séparés. De préférence les brins sont séparés par une distance inférieure ou égale à λHF/10 où λHF est la longueur d'onde du signal RF haute fréquence.
Selon une variante, l'élément rayonnant comprend trois plans rayonnants superposés parallèlement : une premier plan rayonnant inférieur, un deuxième plan rayonnant intermédiaire placé au-dessus du premier plan rayonnant dont il est électriquement isolé, et un troisième plan rayonnant supérieur placé au-dessus du deuxième plan rayonnant dont il est électriquement isolé.
L'invention a encore pour objet une antenne de télécommunication multi-bande comportant des éléments rayonnants tels que décrits précédemment.
La présente invention a comme avantage de réduire la largeur de l'antenne, donc sa surface, ce qui diminue son coût de fabrication et lui confère une prise au vent moindre.
En outre les caractéristiques de l'antenne comportant des éléments selon l'invention sont meilleures que dans les configurations de l'art antérieur pour deux raisons. D'une part les éléments rayonnants d'une bande de fréquence seront moins perturbés par les éléments rayonnants des autres bandes de fréquence, car ceux-ci leur deviennent "invisibles" du fait de la position des dipôles les uns au-dessus des autres. D'autre part tous les dipôles ont un environnement symétrique.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel
- la figure 1 représente un élément rayonnant selon un premier mode de réalisation,
- la figure 2 montre une antenne multi-bande comportant des éléments rayonnants analogue à ceux de la figure 1 ,
- la figure 3 représente un élément rayonnant selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 4 représente un élément rayonnant selon un troisième mode de réalisation,
- la figure 5 représente un élément rayonnant selon un quatrième mode de réalisation,
- la figure 6 représente un élément rayonnant selon un cinquième mode de réalisation, - la figure 7 représente un élément rayonnant selon un sixième mode de réalisation,
- la figure 8 représente un élément rayonnant selon un septième mode de réalisation.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1 , on a représenté un élément rayonnant 1 comprenant un plan rayonnant inférieur 2 défini par une première paire de dipôles en croix composée d'un premier dipôle 3 et d'un second dipôle 4 à double polarisation croisée de longueur sensiblement égale à 1/2λBF, où λBF est la longueur d'onde du signal RF basse fréquence, et disposés orthogonalement l'un par rapport à l'autre de manière à présenter des polarisations orthogonales à ±45°. Le premier dipôle 3 comporte un premier bras conducteur 5 et un second bras conducteur 6 colinéaires à polarisation négative (- 45°), chacun de longueur sensiblement égale à 1/4λβF- Chaque bras conducteur 5, 6 est de forme sensiblement triangulaire. Bien entendu les bras pourraient tout aussi bien adopter une autre forme, carrée par exemple. Les premier 5 et second 6 bras conducteur sont disposés, dans le prolongement l'un de l'autre dans un plan horizontal de manière se rapprocher par un de leur sommet sans toutefois entrer en contact. De même, le second dipôle 4 comporte un premier bras conducteur 7 et un second bras conducteur 8 colinéaire à polarisation positive (+ 45°). Chaque bras conducteur 7, 8 est de forme sensiblement triangulaire. Les premier 7 et second 8 bras conducteurs sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre dans un plan horizontal de manière à se rapprocher par un de leur sommet sans toutefois entrer en contact. Les dipôles 3, 4 en croix sont portés par un pied 9. Les quatre bras conducteurs 5, 6, 7, 8 sont chacun supportés par une tige 10 fixée sur une plaque de base 11 commune, formant le pied 9. Chaque dipôle 3, 4 est pourvu respectivement d'une alimentation équilibrée pour générer une polarisation linéaire.
Selon une forme d'exécution de l'invention, l'élément rayonnant 1 comprend aussi un plan rayonnant supérieur 13, par exemple analogue au plan rayonnant inférieur 2, défini par une deuxième paire de dipôles en croix composée d'un premier dipôle 14 et d'un second dipôle 15 à double polarisation croisée de longueur sensiblement égale à M2XHF, où λ^ est la longueur d'onde du signal RF haute fréquence, et disposés orthogonalement l'un par rapport à l'autre de manière à présenter des polarisations orthogonales à ±45°. Le dipôle 14 comporte un premier bras conducteur 16 et un second bras conducteur 17 colinéaires à polarisation négative (- 45°) et le dipôle 15 comporte un premier bras conducteur 18 et un second bras conducteur 19 colinéaires à polarisation positive (+ 45°). Les bras 16, 17, 18, 19 sont de forme sensiblement triangulaire et disposés dans le prolongement l'un de l'autre dans un plan horizontal. Les dipôles 14, 15 en croix sont portés par un pied 20, chaque bras 16, 17, 18, 19 étant porté par une tige 21 fixée sur une plaque de base 22 commune, formant le pied 20. Chaque dipôle 14, 15 est pourvu respectivement d'une alimentation équilibrée pour générer une polarisation linéaire.
Le plan inférieur 2 est monté sur un réflecteur 24 plan, servant de plan de masse ("ground plane" en anglais), par l'intermédiaire de sa plaque de base 11. Le plan rayonnant supérieure 13 est placée au-dessus du plan inférieur 2, dont il est électriquement isolé, par exemple par une couche de matériau diélectrique 23, et il y est fixée par l'intermédiaire de sa plaque de base 20. Les bras conducteurs 5, 6, 16, 17 à polarisation négative (- 45°) sont superposés, et de même les bras conducteurs 7, 8, 18, 19 à polarisation positive (+ 45°) sont superposés. Dans le cas présent, les bras conducteurs 5, 6, 7, 8 des dipôles 3, 4 du plan inférieur 2 présentent une surface métallique suffisamment développée pour servir de réflecteur d'énergie RF pour le plan supérieur 13.
On considérera maintenant la figure 2 qui illustre un mode de réalisation avantageux d'une antenne 30 de télécommunication comportant des éléments rayonnants 31 montés sur un réflecteur 32. L'élément rayonnant 31 comprend un plan rayonnant supérieur 33 dédiée à la bande de fréquence UMTS et un plan rayonnant inférieure 34 dédié à la bande de fréquence GSM. L'antenne 30 peut comporter en outre des éléments comprenant un plan rayonnant 35, analogue au plan rayonnant supérieur 33, dédié à la bande de fréquence UMTS, qui sont intercalée entre les éléments rayonnants 31. Les plans rayonnant 35 et 33 doivent soit se situer physiquement à la même hauteur soit être compensés électriquement par l'ajout d'un câble de manière à générer un front d'onde plan.
La figure 3 montre un deuxième mode de réalisation d'un élément rayonnant 40 comportant un pied 41 surmonté d'un plan rayonnant 42. Le plan rayonnant 42 inférieur est défini par une première paire de dipôles en croix composé de deux dipôles 43 et 44 à double polarisation croisée. Le dipôle 43 à polarisation négative (- 45°) comporte un premier bras conducteur 45 et un second bras conducteur 46, et le dipôle 44 à polarisation positive (+ 45°) comporte un premier bras conducteur 47 et un second bras conducteur 48. Un plan rayonnant 49 supérieur défini par une deuxième paire de dipôles imprimés ou métalliques à double polarisation, dit de type « patch », surmonte le plan rayonnant 42 inférieur dont il est électriquement isolé. Comme précédemment les bras conducteurs 45, 46, 47, 48 sont portés chacun par une tige 50 fixée sur une plaque de base 51. Chaque dipôle 43, 44 est ainsi pourvu respectivement d'une alimentation équilibrée pour générer une polarisation linéaire.
La figure 4 montre un troisième mode de réalisation d'un élément rayonnant selon l'invention. L'élément rayonnant 60 comporte un pied 61 portant un plan rayonnant inférieur 62 défini par une première paire de dipôles à double polarisation croisée composée d'un premier dipôle 63 et un second dipôle 64 disposés en croix ayant chacun deux bras 65, 66 et 67, 68 respectivement. Chaque bras 65, 66, 67, 68 est formé de brins séparés ayant une longueur sensiblement égale à 1/4λBF, où λBF est la longueur d'onde du signal RF basse fréquence Les brins sont séparés par une distance inférieure ou égale à λHF/10, où λHF est la longueur d'onde du signal RF haute fréquence.
Un plan rayonnant 69 supérieur est superposé au plan rayonnant 62 inférieur dont il est isolé électriquement. Le plan rayonnant 69 supérieur est défini par une deuxième paire de dipôles à double polarisation croisée comprend, portés par un pied 70, un premier dipôle 71 et un second dipôle 72 disposés en croix ayant chacun deux bras 73, 74 et 75, 76 respectivement de forme sensiblement triangulaire et disposés dans le prolongement l'un de l'autre dans un plan horizontal. On pourra de la même façon réaliser des éléments rayonnants comportant un nombre de plans rayonnants différents, par exemple un plan rayonnant inférieur, un plan rayonnant intermédiaire et un plan rayonnant supérieur superposés. Bien entendu dans ce cas le plan rayonnant inférieur doit présenter vis-à-vis du plan intermédiaire les mêmes caractéristiques que celles déjà décrites vis-à-vis du plan rayonnant supérieur. De même le plan rayonnant intermédiaire doit présenter vis-à-vis du plan rayonnant supérieur les mêmes caractéristiques que celles déjà décrites pour le plan rayonnant inférieur.
L'élément rayonnant 80 représenté sur la figure 5 est un quatrième mode de réalisation d'un élément rayonnant selon l'invention. L'élément rayonnant 80 comprend un plan rayonnant 81 inférieur défini par une première paire de dipôles, qui est un circuit imprimé formant des dipôles 82 et 83 ayant chacun respectivement deux bras 84, 85 et 86, 87 alimenté par une ligne conductrice 88. Un plan rayonnant 89 défini par une deuxième paire de dipôles à double polarisation croisée est superposé au plan rayonnant 81 inférieur dont il est électriquement isolé. Le plan rayonnant 89 supérieur comprend deux dipôles croisés porté par un pied, analogue au plan rayonnant 69 supérieur de la figure 4 et déjà décrit.
La figure 6 montre un cinquième mode de réalisation d'un élément rayonnant selon l'invention. L'élément rayonnant 90 comprend un plan rayonnant 91 inférieur défini par une première paire de dipôles, qui est un circuit imprimé formant des dipôles 92 et 93 en croix analogue au plan rayonnant 81 inférieur de la figure 5 déjà décrit. Un plan rayonnant 94 défini par une deuxième paire de dipôles en croix est superposé au plan rayonnant 91 inférieur dont il est électriquement isolé. Le plan rayonnant 94 supérieur comprend deux dipôles 95, 96 croisés du type « papillon » disposés orthogonalement et porté par un pied 97. Chaque dipôle 95, 96 est formé de deux bras conducteurs plies axialement en V.
La figure 7 montre un septième mode de réalisation d'un élément rayonnant selon l'invention. L'élément rayonnant 100 comprend un plan rayonnant 101 inférieur, défini par une première paire de dipôles, qui est un circuit imprimé formant des dipôles 102 et 103 en croix analogue au plan inférieur 81 de la figure 5 et déjà décrit. Un plan rayonnant 104 supérieur est superposé au plan rayonnant 101 inférieur dont il est électriquement isolé. Le plan rayonnant 104 supérieur est un circuit imprimé formant des dipôles 105 et 106 en croix.
On pourra de la même façon réaliser des éléments rayonnants comportant un nombre de plans rayonnants différents. Par exemple un élément rayonnant 110 comportant un plan rayonnant inférieur 111 , un plan rayonnant intermédiaire 112 et un plan rayonnant supérieur 113 superposés comme le montre la figure 8. Bien entendu dans ce cas le plan rayonnant inférieur 111 doit présenter vis-à-vis du plan intermédiaire 112 les mêmes caractéristiques que celles précédemment décrites vis-à- vis du plan rayonnant supérieur 113. De même le plan rayonnant intermédiaire 112 doit présenter vis-à-vis du plan rayonnant supérieur 113 les mêmes caractéristiques que celles déjà décrites pour le plan rayonnant inférieur 111.
Le plan rayonnant 111 inférieur, défini par une première paire de dipôles, est un circuit imprimé formant des dipôles 114 et 115 en croix analogue au plan inférieur 81 de la figure 5 et déjà décrit. Un plan rayonnant 112 intermédiaire défini par une deuxième paire de dipôles, est superposé au plan rayonnant 111 inférieur dont il est électriquement isolé. Le plan rayonnant 112 intermédiaire est aussi un circuit imprimé formant des dipôles 116 et 117 disposés en croix. Un plan rayonnant 113 supérieur, défini par une troisième paire de dipôles, est superposé au plan rayonnant 112 intermédiaire dont il est électriquement isolé. Le plan rayonnant 113 supérieur est également un circuit imprimé formant des dipôles 118 et 119 en croix.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément rayonnant d'antenne multi-bande comportant une première paire de dipôles à polarisation croisée comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires, les quatre bras conducteurs définissant un premier plan rayonnant correspondant à une bande de basse fréquence. L'élément rayonnant comporte en outre au moins une deuxième paire de dipôles à polarisation croisée comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires, les quatre bras conducteurs définissant un deuxième plan rayonnant correspondant à une bande de plus haute fréquence. Le premier plan rayonnant et le deuxième plan rayonnant sont parallèles, le deuxième plan rayonnant étant placé au-dessus du premier plan rayonnant dont il est électriquement isolé, et la surface du premier plan rayonnant recouvrant les bras conducteurs de la première paire de dipôles est supérieure à la surface du deuxième plan rayonnant recouvrant les bras conducteurs de la deuxième paire de dipôles.
2. Elément rayonnant selon la revendication 1 , dans lequel le premier plan rayonnant est défini par une paire de dipôles imprimés et le deuxième plan rayonnant est défini par une paire de dipôles choisis parmi des dipôles en croix, des dipôles papillon et des dipôles imprimés.
3. Elément rayonnant selon la revendication 1 , dans lequel le premier plan rayonnant est défini par une paire de dipôles en croix et le deuxième plan rayonnant est défini par une paire de dipôles choisis parmi des dipôles en croix des dipôles papillon et des dipôles imprimé.
4. Elément rayonnant selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel les dipôles en croix comportent des bras de forme triangulaire.
5. Elément rayonnant selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel les dipôles en croix comportent des bras de forme carrée.
6. Elément rayonnant selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel, les dipôles en croix comportent des bras constitués d'un motif fractal volumique.
7. Elément rayonnant selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel les dipôles en croix comportent des bras constitués de brins séparés.
8. Elément rayonnant selon la revendication 7, dans lequel les brins sont séparés par une distance inférieure ou égale à λHF/10 où λHF est la longueur d'onde du signal de plus haute fréquence.
9. Elément rayonnant selon l'une des revendications précédentes, comprenant trois plans rayonnants superposés parallèlement : une premier plan rayonnant inférieur, un deuxième plan rayonnant intermédiaire placé au-dessus du premier plan rayonnant dont il est électriquement isolé, et un troisième plan rayonnant supérieur placé au-dessus du deuxième plan rayonnant dont il est électriquement isolé.
10. Antenne multi-bande comprenant au moins un élément rayonnant comportant une première paire de dipôles à polarisation croisée comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires, les quatre bras conducteurs définissant un premier plan rayonnant correspondant à une bande de basse fréquence.
L'élément rayonnant comporte en outre au moins une deuxième paire de dipôles à polarisation croisée comprenant chacun deux bras conducteurs colinéaires, les quatre bras conducteurs définissant un deuxième plan rayonnant correspondant à une bande de plus haute fréquence. Le premier plan rayonnant et le deuxième plan rayonnant sont parallèles, le deuxième plan rayonnant étant placé au-dessus du premier plan rayonnant dont il est électriquement isolé, et la surface du premier plan rayonnant recouvrant les bras conducteurs de la première paire de dipôles est supérieure à la surface du deuxième plan rayonnant recouvrant les bras conducteurs de la deuxième paire de dipôles.
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